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有色金屬冶煉高砷廢水處理技術(shù)
強(qiáng)化混凝技術(shù)是利用具有較大活性表面積的混凝劑的強(qiáng)大吸附作用吸附水體中的砷，然后過濾或用濾膜除砷。混凝技術(shù)對砷的去除效果取決于混凝劑水解形成的無定性氫氧化物對砷的吸附能力、礬花對所吸附砷的包埋效果及含砷絮體的沉降性能。混凝劑分為無機(jī)和有機(jī)兩類。 常見和運用 廣泛的無機(jī)混凝劑有鐵鹽、鋁鹽、煤渣和聚硅酸鐵(PFSC)、無機(jī)鈰鐵(稀土基材料)等。用顆粒活性炭、骨炭等作骨架材料，以鐵鹽等混凝劑作基團(tuán)材料做成的強(qiáng)化除砷劑，可以提高除砷效果。有機(jī)混凝劑主要是一些高分子絮凝劑，如聚己二烯二甲基氯化銨、聚烯丙基二甲基氯化銨等。
S.Song等研究發(fā)現(xiàn)，加入粗糙的方解石顆粒(38～74μm)，通過增大絮體的粒徑和沉淀性能，在鐵鹽混凝過程中可以提高除砷效果。當(dāng)方解石投加量相同時，顆粒的粒徑越小，其表面積越小，表面上黏附的含砷絮體越多，強(qiáng)化除砷效果越明顯。實際應(yīng)用表明，當(dāng)進(jìn)水中As(Ⅴ)質(zhì)量濃度高達(dá)5mg/L時，該方法可使出水中As(Ⅴ)質(zhì)量濃度降至13μg/L，去除率>99%。姚娟娟等〔2〕研究比較了鋁鹽和鐵鹽對As(Ⅴ)的去除效果。研究結(jié)果表明：由于鋁鹽水解形成的無定形氫氧化物的可溶性高于鐵鹽，且FeCl3的 適pH范圍(5～7)大于Al2(SO4)3(6～7)，所以鐵鹽的去除效果明顯好于鋁鹽。通過增加混凝劑的投加量進(jìn)行強(qiáng)化混凝，可使As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除率分別達(dá)到98%和60%以上。此外，混凝對As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除率均受原水水質(zhì)的影響。因為無定形金屬氫氧化物對As(Ⅴ)親和力強(qiáng)于As(Ⅲ)，所以鋁鹽不能通過混凝有效去除As(Ⅲ)。因此，As(Ⅲ)的預(yù)氧化對于混凝除砷是必須的，同時應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮鐵鹽作為混凝劑。
吸附除砷技術(shù)
吸附作用是一種十分有效、發(fā)展迅速的技術(shù)，該技術(shù)操作簡單，對重金屬的去除效果好，同時價格比較低廉。常用的吸附劑有活性氧化鋁、活性炭和天然沸石等。O.M.Vatutsina等證實鐵鹽水解產(chǎn)生的無定形水合氧化鐵(HFO)對As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均有的親和力。As(Ⅴ)和As(Ⅲ)通過共價鍵的形式有選擇性地固定在其表面，與之形成雙核橋式內(nèi)層表面配位體。
ZhimangGu等將HFO固定在粒狀活性炭(GAC)的表面，利用GAC巨大的比表面積和良好的機(jī)械強(qiáng)度，強(qiáng)化除砷并實現(xiàn)HFO的固定化。L.Cumbal等將HFO分散在陰離子樹脂表面(Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%)，利用陰離子樹脂中帶正電的季銨官能團(tuán)難以從固相遷移到液相的特點，形成Donnan膜平衡效應(yīng)，強(qiáng)化除砷并實現(xiàn)HFO的固定化。
M.N.Haque等研究表明，高粱纖維可作為一種金屬吸附劑。該吸附劑可能的兩大吸附位點是羧基和羥基，其對砷吸附的平衡時間是12h。pH對高粱吸附砷有影響，當(dāng)pH=5時，高粱對砷的去除量 高達(dá)到2.437mg/g。S.F.Lim等提出用一種改進(jìn)的鈣與藻酸鹽合成的磁性吸附劑同時去除砷和銅離子。吸附劑的平均直徑309.6μm，表面積312.94mg/L，可用外加磁力將其分離。其對As(Ⅴ)和銅的吸附平衡時間分別是25、3h， 大吸附量分別是6.75、60.24mg/g。pH對砷和銅的吸附量影響不同，pH越高，對銅的吸附量越大，而pH越低，對砷的吸附量越大。S.Kundu等發(fā)現(xiàn)：在鐵的氧化物上涂上一層水泥(IOCC)對As(Ⅲ)的去除效果很好。動力學(xué)研究表明，Ho和McKay二級動力學(xué)方程能夠很好地描述IOCC吸附As(Ⅲ)的過程。pH影響研究表明，在酸度接近中性(pH為6～8)時，As(Ⅲ)的去除量達(dá)到 大。熱力學(xué)研究表明，吸附平衡符合angmuir、Freundlich和R-P熱力學(xué)模型，不符合D-R模型。
微濾(MF)是指根據(jù)篩分原理以壓力差作為推動力的膜分離過程，能夠去除相對分子質(zhì)量>50000或粒徑>0.05μm的顆粒。MF膜對砷的去除率很大程度上取決于附著砷的顆粒在水中的粒徑分布。微濾膜的孔徑通常>0.1μm，因此不能截留溶解態(tài)的重金屬離子，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理如氧化、還原、吸附等手段將其轉(zhuǎn)化為>0.1μm的不溶態(tài)微粒，再利用微濾膜將其有效去除。
為了提高M(jìn)F技術(shù)對砷的去除效率，人們采用混凝來增大含砷顆粒的粒徑。J.Shorr用硫酸鐵作為砷的共沉淀劑，再配以微濾膜濾除沉淀物的工藝處理含砷水，對砷的去除率明顯高于單純的MF工藝。
由于含砷離子的廢水同時還含有有機(jī)物，如油、脂、洗滌劑和螯合物等，而且砷的去除率取決于二價鐵絡(luò)合物對砷的吸附能力以及MF對含砷礬花的截留能力，因此，采用氫氧化鐵作為凝聚劑，在與砷離子共沉淀的同時，亦可吸附某些螯合物和有機(jī)物。
此外，在一定的pH條件下，氫氧化鐵還可吸附不沉淀的某些陽離子。G.Ghurye等采用混凝聯(lián)合孔徑為0.2μm的商業(yè)化MF膜工藝，研究了絮凝-微濾(CMF)工藝對砷的去除效率。當(dāng)進(jìn)水中砷的質(zhì)量濃度為40μg/L時，CMF工藝能保證出水中砷的質(zhì)量濃度<2μg/L。
但是，與As(Ⅴ)相比，其對As(Ⅲ)的去除率相當(dāng)?shù)停@是因為As(Ⅲ)以中性分子形態(tài)存在，而混凝過程依賴混凝劑水解后形成的氫氧化物與離子的交互作用。因此，為了有效地去除水中的As(Ⅲ)，需要將其全部氧化為As(Ⅴ)。
電吸附技術(shù)
電吸附處理技術(shù)(EST)是利用電極表面吸附水中離子和帶電粒子的性能，使水中溶解性鹽類和帶電粒子富集、濃縮于電極表面，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。電吸附技術(shù)處理高砷廢水的效果好，運行成本低(1.5元/m3)，處理裝置結(jié)實耐用，操作簡單易于掌握。
其基于電吸附材料形成的雙電層對不同價態(tài)的含砷帶電粒子具有特異的吸附與解吸性能去除水中的砷。電吸附材料的再生不需任何化學(xué)試劑，無二次污染，但必須用原水*排污，排污時只需將正負(fù)電極短接，并保持0.5h，使電極上的粒子不斷解析下來，至進(jìn)出水電導(dǎo)率相近為止。
電吸附技術(shù)的上述特點是目前流行的反滲透法不能比擬的。反滲透在起始砷質(zhì)量濃度為0.3mg/L時的去除率僅83%，而電吸附法的去除率達(dá)96%以上，且電耗僅1kW˙h/m3，大大低于反滲透法。孫曉慰利用電吸附技術(shù)去除水中過量的砷，結(jié)果表明，原水砷質(zhì)量濃度0.06～0.33mg/L時，出水砷均低于0.01mg/L，符合國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。