鐵炭微電解工藝是依據金屬的腐蝕電化學(xué)原理，利用形成的微電池效應對廢水進(jìn)行處理，又稱(chēng)內電解法、鐵炭法、鐵屑過(guò)濾法、零價(jià)鐵法。該工藝自20世紀60年代開(kāi)始研究，但因鐵屑易成團結塊，廢水處理效果不佳，未能得到實(shí)際應用。此后，研究人員將鐵炭微電解工藝加以改進(jìn)，并用于印染廢水處理，取得了較好效果。鐵炭微電解工藝的原料可從工業(yè)廢料中得到，廢水處理成本低，且處理效果好，因此得到迅猛發(fā)展。近年來(lái)，該工藝在石油化工、電鍍、印染廢水及礦山含砷、氰廢水處理方面應用廣泛。隨著(zhù)鐵炭工藝研究的深入，鐵炭微電解法處理廢水工藝也日趨成熟。

　　砷的毒性極強，含砷廢水的凈化及處理一直都是環(huán)境治理方面的重要課題。目前較常用的除砷技術(shù)有鐵鹽法、硫化法、吸附法、離子交換法、生物法等。其中：硫化法、生物法多用于處理高濃度工業(yè)廢水;吸附法和離子交換法處理成本高，投資大，運營(yíng)費用高，難以在礦山環(huán)境中用于處理礦山廢水。鐵炭微電解工藝材料經(jīng)濟廉價(jià)，運營(yíng)成本低，去除效果好，但用于從礦山廢水中去除砷尚未見(jiàn)有報道，所以，試驗研究采用鐵炭工藝對貴州某含砷廢水進(jìn)行處理，通過(guò)考察各因素對砷去除率的影響，確定優(yōu)化工藝條件。

　　1、試驗部分

　　1.1 試驗材料

　　貴州某礦山含砷廢水，除砷超標外，其他元素都在排放標準限值之內，化學(xué)成分見(jiàn)表1。試驗所用鐵-炭參數見(jiàn)表2。

　　硫酸：工業(yè)級，純度95%。

　　1.2 分析方法

　　溶液中砷質(zhì)量濃度采用原子熒光分光光度法測定。

　　1.3 試驗原理及方法

　　試驗原理：鐵炭微電解通過(guò)腐蝕電化學(xué)原理，利用形成的微電池效應產(chǎn)生的二價(jià)鐵離子在弱酸性并曝氣條件下被氧化成三價(jià)鐵離子。三價(jià)鐵離子在弱酸性或中性條件下生成吸附性極強的氫氧化鐵，其與砷形成共沉淀，凝聚后從溶液中將砷去除?；痉磻缦拢?/p>

　　試驗方法：取一定量含砷廢水，用硫酸調pH，根據砷質(zhì)量濃度按比例加入一定質(zhì)量鐵炭，曝氣，定期取樣，測定溶液中砷質(zhì)量濃度。

　　2、試驗結果與討論

　　2.1 實(shí)驗室批次試驗

　　2.1.1 廢水初始pH及曝氣時(shí)間對砷去除率的影響

　　試驗在2L燒杯中進(jìn)行。燒杯中加入0.5L砷質(zhì)量濃度0.22mg/L廢水，分別用硫酸調初始pH為3、4、5、6。加入鐵炭50g(HMT，以下未特別說(shuō)明，均用此鐵炭)并曝氣，每隔10min取樣過(guò)濾后測定砷質(zhì)量濃度及pH。試驗結果見(jiàn)表2?？梢钥闯觯鸿F炭氧化分解過(guò)程消耗氫離子，隨反應進(jìn)行，廢水pH升高、砷質(zhì)量濃度下降;初始pH=3的廢水經(jīng)曝氣20min，砷質(zhì)量濃度降至檢測下限(<1.0μg/L)以下，而初始pH=6的廢水經(jīng)曝氣30min，砷質(zhì)量濃度為0.031mg/L。適當降低初始廢水pH使呈弱酸性更有利于鐵炭氧化分解，提高砷去除率。

　　2.1.2 曝氣對砷去除率的影響

　　用1.5m高的有機玻璃柱進(jìn)行試驗。玻璃柱中加入砷質(zhì)量濃度0.22mg/L廢水10L，用硫酸調初始pH=4，進(jìn)行3組試驗。試驗1：只添加1kg鐵炭，不曝氣，反應60min;試驗2：添加1kg鐵炭并曝氣60min;試驗3：不加鐵炭，只曝氣60min。反應完成后從沉降柱中取樣，測定砷質(zhì)量濃度。各試驗平行5組，各次試驗結果見(jiàn)表3。

　　由表3看出：只用鐵炭處理不曝氣，廢水中砷質(zhì)量濃度只降至0.17mg/L，且反應速度緩慢;相比之下，添加鐵炭并曝氣，處理效果更好，廢水中砷質(zhì)量濃度降至0.001mg/L?？赡艿脑蚴?，在酸性富氧條件下，鐵、砷電位差較大，電化學(xué)腐蝕速度較快，鐵形成絮狀氫氧化鐵，砷氧化為砷酸根，加快了吸附絮凝，進(jìn)而沉淀析出。

　　2.1.3 溶液砷質(zhì)量濃度對鐵炭去除砷的影響

　　分別取砷質(zhì)量濃度為0.22、0.55、1.03mg/L的廢水各5L，置于上述有機玻璃柱中，調pH=4。分別加入480g鐵炭并曝氣。每間隔一段時(shí)間取少許水樣過(guò)濾并測定其中砷質(zhì)量濃度，計算砷去除率。試驗共取樣9次，時(shí)間間隔及試驗結果見(jiàn)表4。

　　由表4看出：廢水中初始砷質(zhì)量濃度越高，曝氣處理至達標所需時(shí)間越長(cháng);初始砷質(zhì)量濃度為0.22mg/L時(shí)，曝氣20min即可達標，而初始砷質(zhì)量濃度為1.03mg/L時(shí)，曝氣90min才可達到排放標準。

　　2.1.4 鐵炭類(lèi)型對砷去除率的影響

　　分別取480g不同廠(chǎng)家的鐵炭(TB、HMT、YX、LAT)放入上述有機玻璃柱中，加入砷質(zhì)量濃度為0.22mg/L的廢水5L，曝氣一段時(shí)間后取樣測定廢水砷質(zhì)量濃度，試驗結果見(jiàn)表5。反應完成后，過(guò)濾，觀(guān)察鐵炭結垢情況。將鐵炭酸洗24h，觀(guān)察清洗后的鐵炭外觀(guān)。鐵炭結垢及清洗試驗結果見(jiàn)表6。

　　由表5、6看出，不同廠(chǎng)家的鐵炭形態(tài)、反應后結垢情況及砷處理能力有較大差別，鐵炭YX除砷效果較好，但酸洗后復原效果差。實(shí)際生產(chǎn)中，應根據具體廢水水質(zhì)綜合考慮加以選擇。

　　2.2 實(shí)驗室連續試驗

　　根據以上結果進(jìn)行實(shí)驗室連續試驗，驗證中性和弱酸性條件下用鐵炭工藝去除廢水中砷的效果。

　　試驗在22cm×11cm×15.5cm自制反應器中進(jìn)行。反應器分為反應槽、一級沉降槽和二級沉降槽3部分。設置蠕動(dòng)泵進(jìn)水速度，讓水在反應槽內的曝氣時(shí)間固定，處理后水樣溢流至一級沉降槽和二級沉降槽后排出。同時(shí)進(jìn)行3組試驗：試驗1，廢水pH=4，曝氣時(shí)間20min;試驗2，廢水pH=5，曝氣時(shí)間20min;試驗3，廢水pH=6，曝氣時(shí)間30min。反應槽內加入600g鐵炭、750mL廢水，廢水中砷質(zhì)量濃度0.22mg/L。曝氣一段時(shí)間后，打開(kāi)蠕動(dòng)泵，使廢水流入反應槽。連續反應后，定時(shí)取二級沉降槽的溢流分析砷質(zhì)量濃度。試驗結果見(jiàn)表7。

　　連續試驗結果(表7)很好地驗證了批次試驗結果：控制廢水pH在4～5之間，曝氣20min可使溶液中砷質(zhì)量濃度降至地表水標準以下;廢水pH=6時(shí)，曝氣30min，也可使廢水中砷質(zhì)量濃度低于0.05mg/L。

　　3、結論

　　用鐵炭微電解工藝處理含砷廢水可有效去除其中的砷，處理后的廢水中砷質(zhì)量濃度符合要求。在酸性條件下連續處理，控制廢水pH在4～5之間，曝氣時(shí)間20min，可將廢水中砷質(zhì)量濃度降至0.05mg/L以下，達到排放標準。

　　降低廢水pH有利于鐵炭的氧化、分解，提高對含砷廢水的處理效果。鐵炭氧化分解過(guò)程消耗氫離子，使溶液pH升高，出水pH達到中性。

　　不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的鐵炭形態(tài)、反應后結垢情況及砷處理能力有較大差別，需要根據實(shí)際水質(zhì)加以篩選。( >

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