CN110615515B - 一种吸附剂再生液的除砷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸附剂再生液的除砷方法和除砷系统,用于碱性含砷废水的除砷,该方法包括如下步骤:步骤S1:在反应器内加入含有铁黄晶种的固液混合物;步骤S2:搅拌步骤S1中的固液混合物,同时加入碱性含砷废水和铁水,添加酸碱调节剂调节反应的PH;步骤S3:待步骤S2中的含砷废水和铁水加入后,继续搅拌反应,反应时间为15min以上;步骤S4:将步骤S3中反应后的固液混合物进行压滤,分离得到滤饼和滤液。本发明技术方案改善传统的除砷方法,适用于高砷废水的处理,降低除砷剂的使用量,提高除砷率。
Description
技术领域
本发明涉及环保化工领域,特别涉及一种吸附剂再生液的除砷方法和除砷系统。
背景技术
在印制电路板蚀刻过程中,会得到大量的蚀刻废液,分为酸性蚀刻废液和碱性蚀刻废液,为避免资源浪费及环境污染,危废治理企业利用该类废液进行铜资源的回收,同时生产碱式氯化铜产品。碱式氯化铜产品又分为工业级和饲料级。蚀刻过程因覆铜板本身含有微量的砷,在蚀刻过程中会转移至蚀刻废液中,为得到满足饲料指标的碱式氯化铜产品,危废治理企业在合成碱式氯化铜前会对酸性蚀刻废液进行除砷预处理。考虑到体系特性及饲料行业要求,通常情况下可采用高锰酸钾对酸性蚀刻废液进行除砷处置,从而得到含砷二氧化锰固体。
考虑到二氧化锰的可重复利用性及高锰酸钾的经济指标,一般情况下,企业都会对首次除砷得到的含砷二氧化锰进行再生处理,得到活化二氧化锰,再用于蚀刻液除砷。再生剂一般采用氢氧化钠溶液,再生二氧化锰的同时产生含砷碱性废水。该类废水的基本属性是:碱性、砷含量较高,会对环境造成极大的危害。
对于含砷废水的处理大部分的研究基本上在于吸附材料的选用上,对于碱性高砷废水,采用纯吸附工艺导致除砷剂使用量大,且吸附剂制备过程复杂,经济指标不理想。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种吸附剂再生液的除砷方法和除砷系统,旨在改善传统的除砷方法,适用于高砷废水的处理,降低除砷剂的使用量,提高除砷率。
为实现上述目的,本发明提出的一种吸附剂再生液的除砷方法,用于碱性含砷废水的除砷,包括如下步骤:
步骤S1:在反应器内加入含有铁黄晶种的固液混合物;
步骤S2:搅拌步骤S1中的固液混合物,同时加入碱性含砷废水和铁水,添加酸碱调节剂调节反应的PH;
步骤S3:待步骤S2中的含砷废水和铁水加入后,继续搅拌反应,反应时间为15min以上;
步骤S4:将步骤S3中反应后的固液混合物进行压滤,分离得到滤饼和滤液。
优选地,步骤S2具体包括:
a:控制加入碱性含砷废水中砷与铁水中铁的摩尔比大于等于2,调节反应的PH为2~3;
b:待碱性含砷废水添加完毕后,继续添加铁水,至反应器内铁与砷的摩尔比大于等于8,调节反应的PH为4~5。
优选地,所述酸碱调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂,所述酸性调节剂包括盐酸或硫酸,且所述酸性调节剂的浓度为1%~5%;所述碱性调节剂包括碳酸钠、碳酸钾、氨水、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸铵中的一种或至少两种的组合,且所述碱性调节剂的浓度为1%~5%。
优选地,步骤S1中,所述含有铁黄晶种的固液混合物的加入量为反应器容积的1/6~1/5,且所述含有铁黄晶种的固液混合物的含固率为3%~8%。
优选地,所述铁水包括三氯化铁或硫酸铁或硝酸铁,且所述铁水的浓度设置为1%~5%。
为实现上述目的,本发明还提出一种吸附剂再生液的除砷系统,用于碱性含砷废水的除砷,包括:
反应釜:用于进行除砷反应;
碱性含砷废水加料槽:容置有碱性含砷废水,与所述反应釜连通,用于将碱性含砷废水输送至所述反应釜内;
铁水加料槽:容置有铁水,与所述反应釜连通,用于将铁水输送至所述反应釜内;
酸性调节剂加料槽:容置有酸性调节剂,与所述反应釜连通,用于将酸性调节剂输送至所述反应釜内;
碱性调节剂加料槽:容置有碱性调节剂,与所述反应釜连通,用于将碱性调节剂输送至所述反应釜内;
压滤机:与所述反应釜连通,用于将反应釜内反应后的固液混合物进行压滤分离,得到滤饼和滤液。
优选地,所述酸碱调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂,所述酸性调节剂包括盐酸或硫酸,且所述酸性调节剂的浓度为1%~5%;所述碱性调节剂包括碳酸钠、碳酸钾、氨水、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸铵中的一种或至少两种的组合,且所述碱性调节剂的浓度为1%~5%。
优选地,所述铁水包括三氯化铁或硫酸铁或硝酸铁,且所述铁水的浓度设置为1%~5%。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:改善了传统的除砷方法,有效降低了碱性高砷废水的砷含量,除砷剂无需预合成,除砷成本低,过程简单,易于控制。除砷过程中产生的固体为沉降性能优良的铁矿物,该铁矿物含水率低于75%,改善了过滤性能,除砷效果显著。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明除砷方法流程图;
图2为本发明除砷系统原理图;
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
本实施例提出的一种吸附剂再生液的除砷方法,用于碱性含砷废水的除砷,参考图1,包括如下步骤:
步骤S1:在反应器内加入含有铁黄晶种的固液混合物;该含有铁黄晶种的固液混合物的加入量为反应器容积的1/6~1/5,且所述含有铁黄晶种的固液混合物的含固率为3%~8%。应当说明的是,铁黄晶种化学式为FeOOH,为铁的一种氧化物,是除砷过程中,化学反应的晶核引发剂,可以加快反应的进行。本实施例中的铁黄晶种可以采用发明名称为一种含铁溶液的除铁方法(授权公告号CN 100357192C)中,说明书实施例一中的制备铁黄晶种的方法取得,在此不再进行赘述。
步骤S2:搅拌步骤S1中的固液混合物,同时加入碱性含砷废水和铁水,添加酸碱调节剂调节反应的PH;
具体地,开始时,先控制加入碱性含砷废水中砷与铁水中铁的摩尔比大于等于2,调节反应的PH为2~3;待碱性含砷废水添加完毕后,继续添加铁水,至反应器内铁与砷的摩尔比大于等于8,调节反应的PH为4~5。物料加入量由流速控制仪进行控制,根据预先设定值进行流速控制,通过电动调节阀自动调节。酸碱调节剂加入量由酸度调节仪控制酸和碱的加入量,通过电动调节阀自动调节。
步骤S3:待步骤S2中的含砷废水和铁水加入后,继续搅拌反应,反应时间为15min以上;
应当说明的是,本发明通过铁水溶液对碱性含砷废水进行除砷,铁水中的铁离子会和碱性含砷废水中的砷酸根反应并生成砷酸铁沉淀,同时在碱性含砷废水的条件下也会生成羟基氧化铁(是铁的一种氧化物,羟基氧化铁在一定条件下可转化为氧化铁),通过过滤所得到的固体为砷酸铁和羟基氧化铁的混合物,该混合物可以作为后续除砷反应的晶核诱发剂。其中,羟基氧化铁和砷酸铁形成共沉淀,有利于砷酸铁沉淀,同时,羟基氧化铁强大的表面吸附,利于深度除砷,沉淀物沉淀性能好、吸湿性低,过滤后的滤饼含水率低。同时,在碱性含砷废水中,为防止产生氢氧化铁沉淀,可以通过控制反应的PH和铁砷摩尔比,解决砷酸铁和氢氧化铁竞争性沉淀问题,降低除杂剂使用量,使除砷更彻底。
步骤S4:将步骤S3中反应后的固液混合物进行压滤,分离得到滤饼和滤液。应当说明的是,为降低生产成本,可以将步骤S3反应后生成的砷酸铁和羟基氧化铁的混合物做为后续反应的晶核诱发剂,可以在压滤前,保留1/6~1/5 的混合物于反应器内,无需重新添加铁黄晶种,降低成本,实现循环利用。
进一步地,所述酸碱调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂,所述酸性调节剂包括盐酸或硫酸,且所述酸性调节剂的浓度为1%~5%;所述碱性调节剂包括碳酸钠、碳酸钾、氨水、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸铵中的一种或至少两种的组合,且所述碱性调节剂的浓度为1%~5%。
进一步地,所述铁水包括三氯化铁或硫酸铁或硝酸铁,且所述铁水的浓度设置为1%~5%。
本实施例还提出一种吸附剂再生液的除砷系统,用于碱性含砷废水的除砷,参考图2,包括:
反应釜1:用于进行除砷反应;
碱性含砷废水加料槽2:容置有碱性含砷废水,与所述反应釜1连通,用于将碱性含砷废水输送至所述反应釜1内;
铁水加料槽3:容置有铁水,与所述反应釜1连通,用于将铁水输送至所述反应釜1内;
酸性调节剂加料槽4:容置有酸性调节剂,与所述反应釜1连通,用于将酸性调节剂输送至所述反应釜1内;
碱性调节剂加料槽5:容置有碱性调节剂,与所述反应釜1连通,用于将碱性调节剂输送至所述反应釜1内;
压滤机6:与所述反应釜1连通,用于将反应釜1内反应后的固液混合物进行压滤分离,得到滤饼和滤液。
应当说明的是,该系统在进行除砷前,在反应釜1内加入含有铁黄晶种的固液混合物;该含有铁黄晶种的固液混合物的加入量为反应釜1容积的 1/6~1/5,且所述含有铁黄晶种的固液混合物的含固率为3%~8%。应当说明的是,铁黄晶种化学式为FeOOH,为铁的一种氧化物,是除砷过程中,化学反应的晶核引发剂,可以加快反应的进行。本实施例中的铁黄晶种可以采用发明名称为一种含铁溶液的除铁方法(授权公告号CN 100357192C)中,说明书实施例一中的制备铁黄晶种的方法取得,在此不再进行赘述。
接着,通过反应釜1的搅拌桨16搅拌装好的含有铁黄晶种的固液混合物,搅拌桨16的转速设置为20~50rpm,同时通过碱性含砷废水加料槽2和铁水料槽分别加入碱性含砷废水和铁水,在通过酸性调节剂加料槽4和碱性调节剂加料槽5分别添加酸性调节剂和碱性调节剂,调节反应的PH;
具体地,开始时,先控制加入碱性含砷废水中砷与铁水中铁的摩尔比大于等于2,调节反应的PH为2~3;待碱性含砷废水添加完毕后,继续添加铁水,至反应器内铁与砷的摩尔比大于等于8,调节反应的PH为4~5。物料加入量由流速控制仪7进行控制,根据预先设定值进行流速控制,通过电动调节阀8自动调节。酸碱调节剂加入量由酸度调节仪9控制酸和碱的加入量,通过电动调节阀8自动调节,酸度调节仪9与反应釜1内的酸度计17连接。
待物料加入完全后,继续搅拌反应,反应时间为15min以上;
应当说明的是,本发明通过铁水溶液对碱性含砷废水进行除砷,铁水中的铁离子会和碱性含砷废水中的砷酸根反应并生成砷酸铁沉淀,同时在碱性含砷废水的条件下也会生成羟基氧化铁(是铁的一种氧化物,羟基氧化铁在一定条件下可转化为氧化铁),通过过滤所得到的固体为砷酸铁和羟基氧化铁的混合物,该混合物可以作为后续除砷反应的晶核诱发剂。其中,羟基氧化铁和砷酸铁形成共沉淀,有利于砷酸铁沉淀,同时,羟基氧化铁强大的表面吸附,利于深度除砷,沉淀物沉淀性能好、吸湿性低,过滤后的滤饼含水率低。同时,在碱性含砷废水中,为防止产生氢氧化铁沉淀,可以通过控制反应的PH和铁砷摩尔比,解决砷酸铁和氢氧化铁竞争性沉淀问题,降低除杂剂使用量,使除砷更彻底。
反应后,打开反应釜1与压滤机6之间的阀门10和止回阀11,通过输送泵12,将除砷后的碱性废水和反应生成的含铁矿物及砷酸铁固体混合物一起泵入压滤机6中,压滤后的滤饼通过滤斗13进入到滤饼堆料槽14中,滤液 (碱性废水)进入到中转槽15中。应当说明的是,为降低生产成本,可以将反应后生成的砷酸铁和羟基氧化铁的混合物做为后续反应的晶核诱发剂,可以在压滤前,保留1/6~1/5的混合物于反应器内,无需重新添加铁黄晶种,降低成本,实现循环利用。
进一步地,所述酸碱调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂,所述酸性调节剂包括盐酸或硫酸,且所述酸性调节剂的浓度为1%~5%;所述碱性调节剂包括碳酸钠、碳酸钾、氨水、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸铵中的一种或至少两种的组合,且所述碱性调节剂的浓度为1%~5%。
进一步地,所述铁水包括三氯化铁或硫酸铁或硝酸铁,且所述铁水的浓度设置为1%~5%。
以下,结合具体实施例进行说明:
在1m3反应釜内保留200L含固率5%的含有铁黄晶种的固液混合物,然后加入PH=13、总砷为220mg/L的含砷废水和3%三氯化铁溶液,开始时控制砷和铁的摩尔比为2,控制反应PH值为2.5,至含砷废水添加完毕,然后继续添加3%的三氯化铁溶液至铁砷摩尔比为8,在此过程缓慢调节溶液PH值至4.5。所有物料添加完毕后再反应30min,然后过滤,滤液砷含量经检测小于1mg/L(ICP法)、滤饼含水率为70%。除砷浑浊液经100ml量筒检视,分层时间小于1min。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种吸附剂再生液的除砷方法,用于碱性含砷废水的除砷,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:在反应器内加入含有铁黄晶种的固液混合物;
步骤S2:搅拌步骤S1中的固液混合物,同时加入碱性含砷废水和铁水,添加酸碱调节剂调节反应的PH,步骤S2具体包括:
a:控制加入碱性含砷废水中砷与铁水中铁的摩尔比大于等于2,调节反应的PH为2~3;
b:待碱性含砷废水添加完毕后,继续添加铁水,至反应器内铁与砷的摩尔比大于等于8,调节反应的PH为4~5;
步骤S3:待步骤S2中的含砷废水和铁水加入后,继续搅拌反应,反应时间为15min以上;
步骤S4:将步骤S3反应后生成的砷酸铁和羟基氧化铁的混合物做为后续反应的晶核诱发剂,在压滤前,保留1/6~1/5的混合物于反应器内,无需重新添加铁黄晶种,将步骤S3中反应后的固液混合物进行压滤,分离得到滤饼和滤液。
2.如权利要求1所述的吸附剂再生液的除砷方法,其特征在于,所述酸碱调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂,所述酸性调节剂包括盐酸或硫酸,且所述酸性调节剂的浓度为1%~5%;所述碱性调节剂包括碳酸钠、碳酸钾、氨水、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸铵中的一种或至少两种的组合,且所述碱性调节剂的浓度为1%~5%。
3.如权利要求1所述的吸附剂再生液的除砷方法,其特征在于,步骤S1中,所述含有铁黄晶种的固液混合物的加入量为反应器容积的1/6~1/5,且所述含有铁黄晶种的固液混合物的含固率为3%~8%。
4.如权利要求1所述的吸附剂再生液的除砷方法,其特征在于,所述铁水包括三氯化铁或硫酸铁或硝酸铁,且所述铁水的浓度设置为1%~5%。
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