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有色金属冶炼高砷废水处理技术-佳洁纯水设备
发布日期:[ 2020-04-13 ]    共阅 [  ] 次

 

强化混凝技术是利用具有较大活性表面积的混凝剂的强大吸附作用吸附水体中的砷,然后过滤或用滤膜除砷。混凝技术对砷的去除效果取决于混凝剂水解形成的无定性氢氧化物对砷的吸附能力、矾花对所吸附砷的包埋效果及含砷絮体的沉降性能。混凝剂分为无机和有机两类。 常见和运用 广泛的无机混凝剂有铁盐、铝盐、煤渣和聚硅酸铁(PFSC)、无机铈铁(稀土基材料)等。用颗粒活性炭、骨炭等作骨架材料,以铁盐等混凝剂作基团材料做成的强化除砷剂,可以提高除砷效果。有机混凝剂主要是一些高分子絮凝剂,如聚己二烯二甲基氯化铵、聚烯丙基二甲基氯化铵等。

S.Song等研究发现,加入粗糙的方解石颗粒(38~74μm),通过增大絮体的粒径和沉淀性能,在铁盐混凝过程中可以提高除砷效果。当方解石投加量相同时,颗粒的粒径越小,其表面积越小,表面上黏附的含砷絮体越多,强化除砷效果越明显。实际应用表明,当进水中As(Ⅴ)质量浓度高达5mg/L时,该方法可使出水中As(Ⅴ)质量浓度降至13μg/L,去除率>99%。姚娟娟等〔2〕研究比较了铝盐和铁盐对As(Ⅴ)的去除效果。研究结果表明:由于铝盐水解形成的无定形氢氧化物的可溶性高于铁盐,且FeCl3的 适pH范围(5~7)大于Al2(SO4)3(6~7),所以铁盐的去除效果明显好于铝盐。通过增加混凝剂的投加量进行强化混凝,可使As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除率分别达到98%和60%以上。此外,混凝对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除率均受原水水质的影响。因为无定形金属氢氧化物对As(Ⅴ)亲和力强于As(Ⅲ),所以铝盐不能通过混凝有效去除As(Ⅲ)。因此,As(Ⅲ)的预氧化对于混凝除砷是必须的,同时应当优先考虑铁盐作为混凝剂。

吸附除砷技术

吸附作用是一种十分有效、发展迅速的技术,该技术操作简单,对重金属的去除效果好,同时价格比较低廉。常用的吸附剂有活性氧化铝、活性炭和天然沸石等。O.M.Vatutsina等证实铁盐水解产生的无定形水合氧化铁(HFO)对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均有极强的亲和力。As(Ⅴ)和As(Ⅲ)通过共价键的形式有选择性地固定在其表面,与之形成双核桥式内层表面配位体。

ZhimangGu等将HFO固定在粒状活性炭(GAC)的表面,利用GAC巨大的比表面积和良好的机械强度,强化除砷并实现HFO的固定化。L.Cumbal等将HFO分散在阴离子树脂表面(Fe质量分数6%),利用阴离子树脂中带正电的季铵官能团难以从固相迁移到液相的特点,形成Donnan膜平衡效应,强化除砷并实现HFO的固定化。

M.N.Haque等研究表明,高粱纤维可作为一种金属吸附剂。该吸附剂可能的两大吸附位点是羧基和羟基,其对砷吸附的平衡时间是12h。pH对高粱吸附砷有影响,当pH=5时,高粱对砷的去除量 高达到2.437mg/g。S.F.Lim等提出用一种改进的钙与藻酸盐合成的磁性吸附剂同时去除砷和铜离子。吸附剂的平均直径309.6μm,表面积312.94mg/L,可用外加磁力将其分离。其对As(Ⅴ)和铜的吸附平衡时间分别是25、3h, 大吸附量分别是6.75、60.24mg/g。pH对砷和铜的吸附量影响不同,pH越高,对铜的吸附量越大,而pH越低,对砷的吸附量越大。S.Kundu等发现:在铁的氧化物上涂上一层水泥(IOCC)对As(Ⅲ)的去除效果很好。动力学研究表明,Ho和McKay二级动力学方程能够很好地描述IOCC吸附As(Ⅲ)的过程。pH影响研究表明,在酸度接近中性(pH为6~8)时,As(Ⅲ)的去除量达到 大。热力学研究表明,吸附平衡符合angmuir、Freundlich和R-P热力学模型,不符合D-R模型。

微滤(MF)是指根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程,能够去除相对分子质量>50000或粒径>0.05μm的颗粒。MF膜对砷的去除率很大程度上取决于附着砷的颗粒在水中的粒径分布。微滤膜的孔径通常>0.1μm,因此不能截留溶解态的重金属离子,必须经过适当的预处理如氧化、还原、吸附等手段将其转化为>0.1μm的不溶态微粒,再利用微滤膜将其有效去除。

为了提高MF技术对砷的去除效率,人们采用混凝来增大含砷颗粒的粒径。J.Shorr用硫酸铁作为砷的共沉淀剂,再配以微滤膜滤除沉淀物的工艺处理含砷水,对砷的去除率明显高于单纯的MF工艺。

由于含砷离子的废水同时还含有有机物,如油、脂、洗涤剂和螯合物等,而且砷的去除率取决于二价铁络合物对砷的吸附能力以及MF对含砷矾花的截留能力,因此,采用氢氧化铁作为凝聚剂,在与砷离子共沉淀的同时,亦可吸附某些螯合物和有机物。

此外,在一定的pH条件下,氢氧化铁还可吸附不沉淀的某些阳离子。G.Ghurye等采用混凝联合孔径为0.2μm的商业化MF膜工艺,研究了絮凝-微滤(CMF)工艺对砷的去除效率。当进水中砷的质量浓度为40μg/L时,CMF工艺能保证出水中砷的质量浓度<2μg/L。

但是,与As(Ⅴ)相比,其对As(Ⅲ)的去除率相当低,这是因为As(Ⅲ)以中性分子形态存在,而混凝过程依赖混凝剂水解后形成的氢氧化物与离子的交互作用。因此,为了有效地去除水中的As(Ⅲ),需要将其全部氧化为As(Ⅴ)。

电吸附技术

电吸附处理技术(EST)是利用电极表面吸附水中离子和带电粒子的性能,使水中溶解性盐类和带电粒子富集、浓缩于电极表面,达到净化水质的目的。电吸附技术处理高砷废水的效果好,运行成本低(1.5元/m3),处理装置结实耐用,操作简单易于掌握。

其基于电吸附材料形成的双电层对不同价态的含砷带电粒子具有特异的吸附与解吸性能去除水中的砷。电吸附材料的再生不需任何化学试剂,无二次污染,但必须用原水彻底排污,排污时只需将正负电极短接,并保持0.5h,使电极上的粒子不断解析下来,至进出水电导率相近为止。

电吸附技术的上述特点是目前流行的反渗透法不能比拟的。反渗透在起始砷质量浓度为0.3mg/L时的去除率仅83%,而电吸附法的去除率达96%以上,且电耗仅1kW&dot;h/m3,大大低于反渗透法。孙晓慰利用电吸附技术去除水中过量的砷,结果表明,原水砷质量浓度0.06~0.33mg/L时,出水砷均低于0.01mg/L,符合国家生活饮用水卫生标准的要求。

 

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