砷锑废水处理工艺的优化

冷江某锑矿渗滤液处理站主要处理含砷锑废水，采用两级絮凝沉淀+砂滤处理工艺。原处理站砷和锑的设计进水浓度分别为≤15mg/L和≤10mg/L，砷和锑的实际进水浓度分别为40~100mg/L和20~40mg/L，远高于设计进水浓度。该站建成后，砷和锑的出水很难达到国家相关标准。为确保渗滤液出水能够满足《锡、锑、汞工业污染物排放标准》(GB3770-2014)相关排放限值中砷浓度≤0.1mg/L、锑浓度≤0.3mg/L的要求，需要在尽可能不改变原有结构的情况下，对现有试剂、反应条件和工艺进行优化。

1.污水处理站工艺现状及存在的问题

渗滤液处理站原设计处理能力为200m3/d，进水水质要求为:pH=6~9，砷≤15mg/L，锑≤10mg/L；采用两级絮凝沉淀+砂滤工艺，如图1所示。一级絮凝沉淀采用氢氧化钠调节pH值，加入硫化钠和PAM除锑，在斜管沉淀池中沉淀；投加硫酸亚铁和PAM除砷，同时曝气，在斜管沉淀池中沉淀，通过石英砂过滤器，然后排放，污泥脱水。

由于项目运营前新接入了其他矿山的渗滤液，实际进水砷浓度为40~90mg/L，锑浓度为20~40mg/L，pH为8.0~9.5。该站实际处理过程中，出水中砷、锑浓度较高，砷浓度为3~8mg/L，锑浓度为4 ~ 7 mg/L，为达到排放标准，需将处理后的废水返回前端工艺进行二次处理，严重降低了处理能力，导致运行成本高。废水经二级处理后仍不能满足《锡、锑、汞工业污染物排放标准》(GB3770-2014)中砷浓度≤0.1mg/L、锑浓度≤0.3mg/L的要求。

2.流程优化理念

考虑到尽量不改变现有结构，通过试剂的选择、反应条件和工艺的优化，可以达到预期的达标效果。目前硫酸亚铁、硫化钠等无机试剂效率不高，可以考虑选择更高效的无机试剂和反应条件。研究表明，无机药剂对低浓度砷锑废水的处理效率较低。当水中砷锑降低到2mg/L时，无机药剂与超低浓度的摩尔比急剧增加，因此低浓度砷锑废水应考虑使用有机药剂。为确保废水稳定达标，考虑采用高效吸附材料处理砷和锑。

该工艺流程的总体思路是:利用无机药剂，通过一级混凝沉淀，将高浓度砷锑废水降至中等浓度(砷浓度5～10mg/L，锑浓度4～8mg/L)；通过两级混凝沉淀，用有机药剂将中低浓度砷锑废水降至低浓度(砷浓度0.1-1.0mg/L，锑浓度0.3-1.0mg/L)；采用吸附工艺，确保废水稳定达标(砷浓度≤0.1mg/L，锑浓度≤0.3mg/L)。通过研究各种无机/有机化学品和吸附材料的性质，参考工艺参数和技术经济分析，探索出较好的工艺优化方案。

3.优化测试

3.1无机试剂的筛选

实验选用的无机药剂主要是硫化钠、硫酸亚铁和聚合硫酸铁。待处理废水的砷浓度为91.5毫克/升，锑浓度为38.2毫克/升；用5%硫酸和5%石灰乳调节pH，分别加入上述无机药剂，考察它们在不同pH条件下对砷和镉的去除能力。5%硫化钠溶液的加入量为，硫酸亚铁和聚合硫酸铁溶液的加入量为。机械搅拌30分钟后，静置1h，取上清液分析砷和锑，结果见图2。

从图2可以看出，弱酸性条件下硫化钠对As和Sb的去除率分别为86.1%和85.5%；当pH大于9时，去除率低于铁盐的去除率。考虑到实际进水为碱性废水，硫化钠的处理效率并不突出。同时，大量的硫化钠会导致一些配位络合物在水中的稳定性差，水和硫化氢气体的色度差，所以不选择硫化钠。硫酸亚铁和聚合硫酸铁的最佳pH范围为9.8±0.5。在此pH条件下，聚合硫酸铁对砷和锑的去除率分别为96.7%和87.6%，对应的硫酸亚铁去除率分别为90.5%和84.3%。聚合硫酸铁对砷和锑的去除率较高。聚合硫酸铁效果更好的原因是铁离子更容易形成胶体氢氧化铁，其混凝共沉淀的吸附效果更好。但是，硫酸亚铁需要曝气才能形成胶体氢氧化铁。因此，选择聚合硫酸铁进行定量实验。用5%石灰乳调节pH至9.8±0.5后，加入不同量的聚合硫酸铁溶液，机械搅拌30分钟，然后加入10毫克/LPAM，搅拌5分钟。静置1小时后，取上清液分析砷和锑。结果如图3所示。

从图3可以看出，当聚合硫酸铁的投加量达到500mg/L时，砷的去除率为96%，当药剂投加量继续增加时，去除率增加不多；当聚合硫酸铁投加量达到750mg/L时，锑的去除率达到87%，基本达到最佳投加量。砷酸盐，比锑更容易生产，或亚砷酸盐被去除。同时，随着剂量的增加，pH值下降。考虑到同时去除砷和锑的效果较好，选用聚合硫酸铁，最佳投加量约为750mg/L，pH≈7.5，出水砷浓度为5～10mg/L，锑浓度为4～8mg/L

3.2有机试剂的筛选

目前，重金属污染水的有机处理剂主要是有机聚合物和官能团微生物处理剂。其中，有机高分子药剂与重金属螯合反应生成的沉淀物多为配位键，形成高度交联的三维结构，重金属难以重新释放，是环境友好型药剂。微生物菌剂是以铁细菌和硫杆菌为主的复合功能菌群，含有大量羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、氨基(-NH2)等官能团，能与金属离子配位形成稳定的重金属络合物。同时，该类药物具有高效絮凝作用，可以实现多种重金属离子的同时高效净化。使用过程中不需要额外的营养源，抗冲击能力强，无二次污染。本实验选用石灰乳和聚合硫酸铁处理后的上清液500mL，其中砷的浓度为6.8mg/L，锑的浓度为3.2 mg/L，分别加入相同成本的有机和微生物菌剂(见表1)。机械螺旋搅拌30分钟后，将上清液静置1小时，以分析砷和锑，如图2所示。

从表2中可以看出，根据市场价格的换算，在药品成本相同的情况下，3#净水剂对砷和锑的去除效果较好，选择3#有机高分子药剂。同时，根据现场主要设备对工艺进行了优化，在原有的二级上清液缓冲池中增加了调节出水pH值的功能，确保pH值控制在6~9。

3.3吸附和过滤材料的筛选

重金属废水的吸附材料有5种，包括活性炭、活性氧化铝、沸石分子筛、螯合交换树脂和改性海泡石。本实验的要求是在满足深度净化标准的前提下，尽可能找到一种来源稳定、成本低廉的填充材料。

吸附水是从两级处理到低浓度的重金属污染水体，其pH为6.5±0.2，0.1 mg/L

实验表明，改性活性炭和海泡石的吸附效果有所提高，活性氧化铝和阳离子交换树脂同时对砷和锑有较好的吸附效果。砷浓度

如图6所示，通过对水体中不同pH值的吸附效果分析，活性氧化铝对砷和锑的去除率在弱酸性和中性环境下可达60%以上，在碱性环境下其去除效果随着溶液pH的升高而逐渐降低。因此，在工业生产中，在进入吸附过滤过程之前，应提高pH值，控制在6.0~6.5。

4.结论。

实验表明，一级混凝处理可以控制pH≈9.8，投加聚合硫酸铁效果更好。砷浓度可从90mg/L降至12mg/L以下，锑浓度从40mg/L降至8 mg/L以下。在二次混凝处理中加入有机化学药剂(微生物群)可使砷浓度从12mg/L降至0.3mg/L以下，锑浓度从8mg/L降至0.5mg/L以下。采用活性氧化铝代替石英砂滤料作为过滤吸附材料，控制进水pH值为6.0 ~ 6.5，砷和锑的去除效果较好技术改造后，废水中砷的实际浓度

免责声明：本网站内容来源网络，转载是出于传递更多信息之目的，并不意味赞成其观点或证实其内容真实性。转载稿涉及版权等问题，请立即联系网站编辑，我们会予以更改或删除相关文章，保证您的权利。
标签:  含砷锑废水处理工艺优化