申请日2017.05.02
公开(公告)日2017.08.04
IPC分类号C02F1/52; C02F101/10
摘要
本发明公开了一种处理含三价砷废水的方法，包括将含三价砷的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液同时进料，进料同时充分碰撞，调节pH为1.8‑3.0，常温，混合均匀，反应，分离沉淀。当含As3+20.5g/L的砷溶液、Fe3+23.0g/L的铁盐溶液和SO42‑6.56g/L的硫酸盐溶液以1.8mL/min加入到30mL去离子水时，25±1℃、600±20r/min、pH=2.4，进料反应18min，图水羟砷铁矾矿物结晶良好，As3+去除率为87.6%。本发明处理含三价砷废水的方法除砷效率高，效果好，原料低廉易得，条件温和，过程可控，沉淀含砷量高，稳定且易于分离，无二次污染，实际应用前景广阔。
权利要求书
1.一种处理含三价砷废水的方法，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同时进料，且进料同时充分碰撞接触，调节pH值为1.8-3.0，常温，混合均匀，反应，分离沉淀后即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以砷计，所述待处理废水中三价砷的含量为7.5-37.5g/L，优选为15-22.5g/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液的加入速率分别为0.5-3ml/min，优选为1.5-2.0ml/min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述pH值调节为1.8-2.8，优选为2.0-2.6。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液的加入量以控制三价砷、铁离子和硫酸根离子的摩尔比为1：(1.25-1.75)：(0.2-0.3)为准，优选为1：1.5：0.25。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括底液，所述底液体积为10-50mL，优选的，所述底液为去离子水，所述去离子水体积与加入的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液总体积的比为1：1。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述反应的时间为15-40min，优选为15-20min。
8.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述常温为15-30℃，优选为24-26℃。
9.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述铁盐为氯化铁和/或硝酸铁，优选为硝酸铁;所述硫酸盐为硫酸钠和/或硫酸钾，优选为硫酸钠。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，控制所述搅拌速度为400-700rpm，优选为500-600rpm。
说明书
一种处理含三价砷废水的方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，更具体地，涉及一种处理含三价砷废水的方法。
背景技术
随着我国有色金属冶炼行业的不断发展，含三价砷的废水由于具有酸度大、三价砷含量高、成分复杂等特点，严重威胁环境安全和居民健康，逐渐引起人们的广泛关注，如今，含砷污染物，尤其是含三价砷污染物的回收处理已成为我国有色金属冶炼业必须面对的最棘手的问题。
现有技术中，含三价砷的废水主要采用铁盐沉淀法处理，该方法受溶度积的限制，需要消耗大量的碱和铁盐等使三价砷的去除率达标，同时导致大量废渣的产生，且其长期稳定性也不能满足实际应用的需要，存在成本高、存在二次污染以及操作难度大等问题。
近年来发展较快的离子交换法、反渗透法、生物除砷法等方法用于去除废水中的砷，取得了较好的效果，但离子交换法和反渗透法成本较高，仅限于小规模、组分单一的低浓度含砷废水的处理;而生物除砷法由于具有无需氧化直接处理含三价砷废水的潜力，且安全性好，逐渐得到了众多研究者的青睐，然而，实际上，生物除砷法一方面需要培养微生物，耗费时间较长，且不同微生物的除砷效果差异性大，实际除砷操作不易控制，另一方面，该方法所采用的生物氧化形成矿物从而实现除砷的反应过程所需时间较长，且须在较苛刻的反应条件下进行。
综上所述，开发一种条件温和，除砷效率高和处理成本低的处理含三价砷废水的方法是本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种处理含三价砷废水的方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种处理含三价砷废水的方法，包括，将含三价砷的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液同时进料，且进料同时充分碰撞接触，调节pH值为1.8-3.0，常温，混合均匀，反应，分离沉淀后即得。
在上述技术方案中，以砷计，所述待处理废水中三价砷的含量为7.5-37.5g/L，优选为15-22.5g/L。
在将含三价砷废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液碰撞接触并混合时，瞬间发生反应生成图水羟砷铁矾矿物处理含三价砷废水中，当三价砷的浓度小于7.5g/L时，浓度过低，图水羟砷铁矾矿物的反应成矿速度很小，成矿速度值接近零;当三价砷的浓度大于37.5g/L时，浓度过高，含三价砷废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液在碰撞接触并混合的瞬间，无法实现充分接触并反应，从而图水羟砷铁矾矿物的成矿不佳。进一步的，实验研究表明，三价砷的浓度为15-22.5g/L是上述技术方案中图水羟砷铁矾的最适成矿浓度，且该浓度与实际工业废水中三价砷的浓度基本一致，从而进一步说明上述技术方案在处理含三价砷废水中具有重要的实际应用价值。
在上述技术方案中，所述待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液的加入速率分别为0.5-3ml/min，优选为1.5-2.0ml/min。
控制待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液的加入速率，是为了控制反应液中各反应物的过饱和度，同时，为了促进各反应物在在进料瞬间的碰撞接触和混匀程度，从而促进图水羟砷铁矾矿物的结晶，最终达到快速有效去除三价砷的目的。
在上述技术方案中，所述pH值调节为1.8-2.8，优选为2.0-2.6。
在上述三价砷、铁离子和硫酸根离子的反应过程中，酸性体系有利于图水羟砷铁矾矿物的形成，pH较高时，铁离子易于水解，不利于反应生成图水羟砷铁矾矿物。当pH为2.0-3.0时，除砷率较高，生成的图水羟砷铁矾衍射峰峰型较高，产物稳定;且在实际工业应用中，含三价砷废水的pH通常较低，因此当采用本发明申请的方法处理含三价砷废水时，可以一定程度上减少pH调节剂的添加量，从而减少处理成本。
在上述技术方案中，所述待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液的加入量以控制三价砷、铁离子和硫酸根离子的摩尔比为1：(1.25-1.75)：(0.2-0.3)为准，优选为1：1.5：0.25。
在利用上述技术方案处理含三价砷废水中，控制反应物铁盐、硫酸盐及含三价砷废水加入量的比例，是为了促进As3+、Fe3+和SO42-能够快速反应形成图水羟砷铁矾矿物，从而达到快速有效地除砷固砷的目的。当三价砷、铁离子和硫酸根离子的摩尔比为1：1.5：0.25时，一方面能有效促进图水羟砷铁矾矿物的成矿，另一方面，在实际工业应用中，能有效减少再引入其他杂质，同时，在一定程度上降低处理过程中的原料成本。
在上述技术方案中，所述反应液还包括底液，所述底液体积为10-50mL，优选的，所述底液为去离子水，所述去离子水体积与加入的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液总体积的比为1：1。
在上述将待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液碰撞接触并混合反应处理含三价砷废水中，加入一定体积的底液，能有效促进三者之间的接触碰撞和均匀混合，从而促进图水羟砷铁矾矿物的生成;此外，为了消除底液所含杂质对反应的影响，同时为了控制反应物溶液的过饱和度，综合考虑，选取去离子水为底液，同时控制去离子水体积与加入的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液总体积的比为1：1
优选的，在上述技术方案中，所述反应的时间为15-40min，优选为15-20min。
在上述技术方案处理含三价砷废水过程中，反应物待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液在接触碰撞的瞬间，能够迅速发生反应生成图水羟砷铁矾矿物，从而达到快速、有效的处理含三价砷废水;综合考虑除砷效果和除砷效率，反应时间优选为15-20min。
优选的，在上述技术方案中，所述常温为15-30℃，优选为24-26℃。
优选的，在上述技术方案中，所述铁盐为氯化铁和/或硝酸铁，优选为硝酸铁;所述硫酸盐为硫酸钠和/或硫酸钾，优选为硫酸钠。
由于包括硝酸铁在内的硝酸盐类易溶于水，能促进反应进行，对图水羟砷铁矾矿物的成矿过程影响小。在本发明申请的方案中，需要采用氢氧化钠调节反应物溶液的pH，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，选择硫酸钠作为反应物提供硫酸根离子参与反应。
优选的，在上述技术方案中，控制所述搅拌速度为400-700rpm，优选为500-600rpm。
在本发明申请的处理含三价砷废水方案中，一方面需要搅拌，将反应物搅拌均匀、充分接触后反应生成矿物，达到除砷固砷的目的;另一方面，搅拌速度过高，会对产物图水羟砷铁矾矿物的后期分离带来负面影响。因此，综合考虑，控制搅拌速度为500-600rpm。
本发明的优点：
(1)本发明采用同时进料并进行混合的方法处理含三价砷废水，通过碰撞接触瞬间生成图水羟砷铁矾矿物，除砷效率高，效果好，反应20min后三价砷的去除率可达85%左右，且本发明所用原料低廉易得，条件温和，除砷过程可控，沉淀含砷量高，稳定性好，易于分离，无二次污染;
(2)本发明所采用的同时进料并进行混合的方法，在碰撞接触瞬间发生反应生成沉淀，在酸性条件下直接处理三价砷，既能省掉将三价砷氧化成五价砷的步骤，此外，反应需在酸性条件下进行，与实际工业应用中需处理的含三价砷废水一样同为酸性，具有广阔的实际应用前景;
(3)本发明所采用的同时进料并进行混合的方法，通过碰撞接触瞬间生成图水羟砷铁矾矿物处理含三价砷废水，图水羟砷铁矾沉淀的铁砷比为1.5，进而添加的反应物铁盐的加入量少，一方面反应生成的废物矿渣较少，另一方面能有效减少处理成本，具有重要的实际应用价值。
