CN108483690B - 一种处理高砷废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种处理高砷废水的方法，包括：将含三价砷的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液混合均匀，调整pH值为1.2‑2.0，将混合液转至反应釜中，在温度为135‑200℃下反应生成沉淀，将所述沉淀去除即可，生成的沉淀包括臭葱石和图水羟砷铁矾矿物，稳定性好，无二次污染，在臭葱石和图水羟砷铁矾矿物的协同作用下除砷率高，高达89.8％‑99.6％，砷毒性浸出浓度低至2.2mg/L‑29.82mg/L。

Description

一种处理高砷废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种处理高砷废水的方法。
背景技术
重金属污染防治是我国环保的首要任务之一。据统计，在有色冶炼过程中，冶炼烟气制酸过程产生的污酸约占工厂重金属废水的80％。由于矿产资源的不断开采，矿物品位逐渐降低，多种元素的伴生导致了废水的复杂性。因其含有大量的酸、三价砷及其他有害元素，污染物成分复杂、浓度高且毒性大而成为治理难点。
对含砷废水的处理技术可归纳为两类：一是回收废水中的砷及其它有用成分，从而降低水中相应污染物质的浓度；二是采用化学的方法使废水中的砷以沉淀形式被去除。目前，由于直接回收废水中砷的技术还不成熟，致使直接回收法的应用受到一定程度的限制。目前国内外多采用化学法，分为石灰中和法、铁盐法和硫化沉淀法，其原理是通过加入化学试剂，使其与废水中的砷发生化学反应生成难溶于水的沉淀物而使砷分离去除，适用于高浓度含砷废水的处理。但由于化学法普遍要加入大量的化学试剂，因此易造成二次污染。
砷在自然界中广泛分布，以各种价态稳定存在超过320种矿物中，在采矿和冶炼企业广泛运用，并产生各种含砷废水。受稳定天然矿物的启发，将除砷固砷和地球化学联系在一起，通过在废水中形成稳定的矿物达到除砷固砷要求，同时所形成的矿物仍具备潜在的利用价值，成为地球的储备资源。图水羟砷铁矾和臭葱石分别为三价砷和五价砷的矿物，在处理废水中有不同的优缺点，比如图水羟砷铁矾能够直接处理三价砷，但稳定性不佳；臭葱石稳定性好，但处理三价砷的能力较差。
综上所述，开发一种矿物共生，并具有协同作用来稳定处理三价砷的方法是本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
基于此，有必要针对现有的处理高砷废水存在稳定性不佳或处理效果不好的技术问题，提供一种处理高砷废水的方法。
一种处理高砷废水的方法，包括：将含三价砷的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液混合均匀，调整pH值为1.2-2.0，将混合液转至反应釜中，在温度为135-200℃下反应生成沉淀，完成砷的去除。
进一步地，所述混合液中Fe3+、As3+、SO4 2-摩尔比为1.5：1：0.25。
优选地，所述pH值调整为1.6-1.8。图水羟砷铁矾最佳成矿的pH值在1.6-1.8左右，在此条件下，矿物间的协同作用更明显。
优选地，所述温度为160-170℃，更为优选的温度为165℃。
优选地，所述反应的时间包括8-10h，更为优选的反应时间为8h。
在某些实施例中，所述铁盐溶液包括氯化铁和/或硝酸铁溶液，所述硫酸盐溶液包括硫酸钠和/或硫酸钾溶液；在某优选的实施例中，硝酸盐类易溶于水，铁盐溶液为硝酸铁溶液，在某优选的实施例中，为了减少引入的其他杂质离子对图水羟砷铁矾成矿的影响，硫酸盐优选为硫酸钠溶液。
优选地，转至所述反应釜中的所述混合液的体积为20-60mL。
进一步地，所述混合液中Fe3+的浓度为15-18g/L、As3+的浓度为14-17g/L、SO4 2-的浓度为4-6g/L；优选混合液中Fe3+的浓度为16.8g/L、As3+的浓度为15g/L、SO4 2-的浓度为4.8g/L。
有益效果：将含三价砷的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液混合均匀，调整pH值为1.2-2.0，将混合液转至反应釜中，在温度为135-200℃下反应生成沉淀，完成砷的去除，生成的沉淀包括臭葱石和图水羟砷铁矾矿物，稳定性好，无二次污染，在臭葱石和图水羟砷铁矾矿物的协同作用下除砷率高，除砷率高达89.8％-99.6％，砷毒性浸出浓度低至2.2mg/L-29.82mg/L。
附图说明
图1是实施例1处理高砷废水的方法所得沉淀的XRD与标准卡片对比图。
图2是本发明实施例1-2和对比例1-3处理含高砷废水的方法的砷去除率和砷毒性浸出浓度对比图。
图3是本发明实施例1-2和对比例1-3处理含高砷废水的方法所得沉淀的XRD对比图。
图4是本发明实施例1处理含高砷废水的方法所得沉淀的SEM图。
图5是实施例1和对比例4-7处理含高砷废水的方法的砷去除率和砷毒性浸出浓度对比图。
图6是实施例1和对比例4-7处理高砷废水的方法所得沉淀的XRD对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，在本发明实施例及对比例中，亚砷酸(H3AsO3)、硝酸铁(Fe(NO3)3)和硫酸钠(Na2SO4)等均为市售产品，反应后的体系中的As包括三价的砷和五价的砷，五价的砷是在高温高压下硝酸根和反应釜内氧气的共同作用下产生。
还需要说明的是，本发明中的对比例也属于本发明具体实施方式，描述为对比例是为了方便描述本发明的实验结果。
实施例1
本实施例提供了一种矿物协同稳定处理高砷废水的方法，具体过程如下：
分别采用亚砷酸、硝酸铁和硫酸钠为原料，配制As3+浓度为15g/L(以砷计)的含砷溶液、Fe3+浓度为16.8g/L的铁盐溶液和SO4 2-浓度为4.8g/L的硫酸盐溶液备用；分别取20ml充分混合后，用NaOH调节溶液pH为1.6。将此溶液倒入容量为100ml的反应釜中，放入烘箱，分别设定温度为165℃，温度升至设定温度开始计时，在此温度下反应8h，自然冷却。取上清液检测其As的浓度，计算得到As的去除率为99.6％；同时，混合溶液用0.45μm的滤膜真空抽滤后，于60℃下真空烘干。将固体样品(沉淀)做砷毒性浸出分析，浸出液中As的浓度为2.20mg/L。
实施例2
本实施例提供了一种矿物协同稳定处理高砷废水的方法，具体过程如下：
分别采用亚砷酸、硝酸铁和硫酸钠为原料，配制As3+浓度为15g/L(以砷计)的含砷溶液、Fe3+浓度为16.8g/L的铁盐溶液和SO4 2-浓度为4.8g/L的硫酸盐溶液备用；分别取20ml充分混合后，调节溶液pH为1.8。将此溶液倒入容量为100ml的反应釜中，放入烘箱，分别设定温度为165℃，温度升至设定温度开始计时，在此温度下反应8h，自然冷却。取上清液检测其As的浓度，计算得到As的去除率为99.1％；同时，混合溶液用0.45μm的滤膜真空抽滤后，于60℃下真空烘干。将固体样品(沉淀)做砷毒性浸出分析，浸出液中As的浓度为2.33mg/L。
对比例1
本对比例提供了一种矿物协同稳定处理高砷废水的方法，具体过程如下：
分别采用亚砷酸、硝酸铁和硫酸钠为原料，配制As3+浓度为15g/L(以砷计)的含砷溶液、Fe3+浓度为16.8g/L的铁盐溶液和SO4 2-浓度为4.8g/L的硫酸盐溶液备用；分别取20ml充分混合后，调节溶液pH为1.2。将此溶液倒入容量为100ml的反应釜中，放入烘箱，分别设定温度为165℃，温度升至设定温度开始计时，在此温度下反应8h，自然冷却。取上清液检测其As的浓度，计算得到As的去除率为97.4％；同时，混合溶液用0.45μm的滤膜真空抽滤后，于60℃下真空烘干。将固体样品(沉淀)做砷毒性浸出分析，浸出液中As的浓度为5.69mg/L。
对比例2
本对比例提供了一种矿物协同稳定处理高砷废水的方法，具体过程如下：
分别采用亚砷酸、硝酸铁和硫酸钠为原料，配制As3+浓度为15g/L(以砷计)的含砷溶液、Fe3+浓度为16.8g/L的铁盐溶液和SO4 2-浓度为4.8g/L的硫酸盐溶液备用；分别取20ml充分混合后，调节溶液pH为1.4。将此溶液倒入容量为100ml的反应釜中，放入烘箱，分别设定温度为165℃，温度升至设定温度开始计时，在此温度下反应8h，自然冷却。取上清液检测其As的浓度，计算得到As的去除率为96.1％；同时，混合溶液用0.45μm的滤膜真空抽滤后，于60℃下真空烘干。将固体样品(沉淀)做砷毒性浸出分析，浸出液中As的浓度为14.32mg/L。
对比例3
本对比例提供了一种矿物协同稳定处理高砷废水的方法，具体过程如下：
分别采用亚砷酸、硝酸铁和硫酸钠为原料，配制As3+浓度为15g/L(以砷计)的含砷溶液、Fe3+浓度为16.8g/L的铁盐溶液和SO4 2-浓度为4.8g/L的硫酸盐溶液备用；分别取20ml充分混合后，调节溶液pH为2.0。将此溶液倒入容量为100ml的反应釜中，放入烘箱，分别设定温度为165℃，温度升至设定温度开始计时，在此温度下反应8h，自然冷却。取上清液检测其As的浓度，计算得到As的去除率为91.2％；同时，混合溶液用0.45μm的滤膜真空抽滤后，于60℃下真空烘干。将固体样品(沉淀)做砷毒性浸出分析，浸出液中As的浓度为19.49mg/L。
对比例4
本对比例提供了一种矿物协同稳定处理高砷废水的方法，具体过程如下：
分别采用亚砷酸、硝酸铁和硫酸钠为原料，配制As3+浓度为15g/L(以砷计)的含砷溶液、Fe3+浓度为16.8g/L的铁盐溶液和SO4 2-浓度为4.8g/L的硫酸盐溶液备用；分别取20ml充分混合后，调节溶液pH为2.0。将此溶液倒入容量为100ml的反应釜中，放入烘箱，分别设定温度为135℃，温度升至设定温度开始计时，在此温度下反应8h，自然冷却。取上清液检测其As的浓度，计算得到As的去除率为89.8％；同时，混合溶液用0.45μm的滤膜真空抽滤后，于60℃下真空烘干。将固体样品(沉淀)做砷毒性浸出分析，浸出液中As的浓度为29.82mg/L。
对比例5
本对比例提供了一种矿物协同稳定处理高砷废水的方法，具体过程如下：
分别采用亚砷酸、硝酸铁和硫酸钠为原料，配制As3+浓度为15g/L(以砷计)的含砷溶液、Fe3+浓度为16.8g/L的铁盐溶液和SO4 2-浓度为4.8g/L的硫酸盐溶液备用；分别取20ml充分混合后，调节溶液pH为2.0。将此溶液倒入容量为100ml的反应釜中，放入烘箱，分别设定温度为150℃，温度升至设定温度开始计时，在此温度下反应8h，自然冷却。取上清液检测其As的浓度，计算得到As的去除率为95.4％；同时，混合溶液用0.45μm的滤膜真空抽滤后，于60℃下真空烘干。将固体样品(沉淀)做砷毒性浸出分析，浸出液中As的浓度为23.42mg/L。
对比例6
本对比例提供了一种矿物协同稳定处理高砷废水的方法，具体过程如下：
分别采用亚砷酸、硝酸铁和硫酸钠为原料，配制As3+浓度为15g/L(以砷计)的含砷溶液、Fe3+浓度为16.8g/L的铁盐溶液和SO4 2-浓度为4.8g/L的硫酸盐溶液备用；分别取20ml充分混合后，调节溶液pH为2.0。将此溶液倒入容量为100ml的反应釜中，放入烘箱，分别设定温度为180℃，温度升至设定温度开始计时，在此温度下反应8h，自然冷却。取上清液检测其As的浓度，计算得到As的去除率为96.8％；同时，混合溶液用0.45μm的滤膜真空抽滤后，于60℃下真空烘干。将固体样品(沉淀)做砷毒性浸出分析，浸出液中As的浓度为18.20mg/L。
对比例7
本对比例提供了一种矿物协同稳定处理高砷废水的方法，具体过程如下：
分别采用亚砷酸、硝酸铁和硫酸钠为原料，配制As3+浓度为15g/L(以砷计)的含砷溶液、Fe3+浓度为16.8g/L的铁盐溶液和SO4 2-浓度为4.8g/L的硫酸盐溶液备用；分别取20ml充分混合后，调节溶液pH为2.0。将此溶液倒入容量为100ml的反应釜中，放入烘箱，分别设定温度为200℃，温度升至设定温度开始计时，在此温度下反应8h，自然冷却。取上清液检测其As的浓度，计算得到As的去除率为97.8％；同时，混合溶液用0.45μm的滤膜真空抽滤后，于60℃下真空烘干。将固体样品(沉淀)做砷毒性浸出分析，浸出液中As的浓度为10.50mg/L。
图1实施例1处理高砷废水的方法所得沉淀的XRD与标准卡片对比图，PDF#44-1468为图水羟砷铁矾的标准卡片，PDF#37-0468为臭葱石的标准卡片，沉淀的XRD图在9°等峰为图水羟砷铁矾的特征峰，在15°等峰为臭葱石的特征峰，从图中可以看出沉淀包括图水羟砷铁矾和臭葱石。
图2是本发明实施例1-2和对比例1-3处理含高砷废水的方法的砷去除率和砷毒性浸出浓度对比图；通过比较不同实施例与对比例，pH值对比分析砷去除率和砷毒性浸出浓度发现，pH在1.6-1.8时除砷率最高，且都达到了砷毒性浸出的标准。
图3为本发明实施例1-2和对比例1-3处理含三价砷废水的方法所得沉淀的XRD对比图；由该图可以发现，沉淀的晶体主要由臭葱石组成，也存在图水羟砷铁矾，但由于臭葱石的衍射峰特别强，突出的图水羟砷铁矾衍射峰不容易看出。
图4为本发明实施例1处理含三价砷废水的方法所得沉淀的SEM图；可知，两种物相在SEM图中显示，块状的是臭葱石，而围绕在块状表层的花状(片层)结构是图水羟砷铁矾。表明两者在该体系中共存，共同作用下具有除砷固砷的效果。
图5为实施例1和对比例4-7处理含高砷废水的方法的砷去除率和砷毒性浸出浓度对比图。对比分析砷去除率和砷毒性浸出浓度发现，温度在165℃时除砷率最高且都达到了砷毒性浸出的标准。
图6为实施例1和对比例4-7处理高砷废水的方法所得沉淀的XRD对比图。由该图可以发现，臭葱石在温度大于150℃时开始形成。显然，随着温度的升高，体系的氧化性不断增强，臭葱石更易形成。结合图5，对比180-200℃的砷去除率和砷毒性浸出结果，臭葱石的增加反而没有提高砷的去除率和除砷的稳定性(即降低砷毒性浸出浓度)，该稳定性判断是执行美国的3111TCLP标准，因此，可以得出，图水羟砷铁矾和臭葱石在反应温度为165℃共存时，具有最好的协同除砷固砷的效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种处理高砷废水的方法，其特征在于，包括：将含三价砷的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液混合均匀，调整pH值为1.6-1.8，将混合液转至反应釜中，在温度为165℃下反应生成沉淀，完成砷的去除；所述混合液中Fe3+、As3+、SO4 2-摩尔比为1.5:1:0.25；所述反应的时间包括8-10h；所述混合液中Fe3+的浓度为16.8g/L、As3+的浓度为15g/L、SO4 2-的浓度为4.8g/L。
2.根据权利要求1所述的处理高砷废水的方法，其特征在于，所述铁盐溶液包括氯化铁和/或硝酸铁溶液；所述硫酸盐包括硫酸钠和/或硫酸钾溶液。
3.根据权利要求1所述的处理高砷废水的方法，其特征在于，转至所述反应釜中的所述混合液的体积包括20-60mL。
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