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共沉淀—纳米复合树脂吸附耦合工艺去除碱性矿冶废水中高浓度砷的研究

姜英男  
【摘要】:随着我国有色冶金行业的快速发展,有色金属冶炼过程中产生的含砷废水排放量与日俱增,对地表水和地下水水质造成严重污染。近年来国家立法对含砷废水排放要求日益严格,有色金属冶炼废水中砷的去除和达标排放成为亟待解决的重要环境技术问题。本文针对江西某钨矿冶炼厂排放的废水砷含量高、碱性强、金属离子及硅酸根离子含量高的特点,开发出一种铁盐共沉淀-纳米复合树脂吸附的新型耦合除砷工艺,并进行了工艺参数优化和可行性分析。在共沉淀预处理工序,采用了沉淀物性质稳定、沉渣量小、除砷效果突出的氯化铁作为除砷共沉淀剂,同时加入氯化钙以降低废水中硅酸根的含量、进一步提升砷去除率,并减少吸附工段硅酸根对砷酸根吸附位点的竞争。试验中考察了氯化铁共沉淀工艺除砷的效率,优化了反应参数。优化结果表明,氯化铁投加量为520 mg/L、氯化钙投加量为300 mg/L、反应pH为6.5、反应时间60 min、沉淀20 min时,共沉淀效果最佳,砷的去除率高于93%,且废水中的三价砷被完全去除。在纳米复合树脂吸附深度处理工序,将实验室新开发的载锆纳米复合树脂HZO-201和已商品化的载铁纳米复合树脂HFO-201两种高效除砷吸附剂进行理化性质表征和性能比较研究。透射电镜(TEM)图显示,水合氧化锆(HZO)和水合氧化铁(HFO)分别稳定分散于两种纳米复合树脂孔道内。比表面积分析结果表明,与基体D201相比,两种纳米复合材料由于纳米金属氧化物颗粒的负载,比表面积均有所增大。除砷动力学、热力学、pH适用范围、抗硅酸根影响和柱吸附循环使用性能等的试验结果表明,HZO-201在静态吸附和动态吸附方面的除砷效果皆优于HFO-201。共沉淀出水固定床吸附结果表明,以HZO-201为深度除砷材料,在流速为5倍床体积/小时(BV/h),控制温度为25℃的条件下,使出水砷含量达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)要求的0.5 mg/L以下,HZO-201的处理能力达到220倍床体积(BV),纳米复合树脂穿透后用5%NaOH+5%NaCl溶液脱附再生,再生率可达98%以上。在上述研究基础上,本论文对该工艺处理钨冶含砷废水进行了可行性分析,包括共沉淀物环境安全性、脱附液可处置性和工艺成本分析。结果表明,共沉淀过程中产生的含砷沉淀物符合国家规定的危险废物填埋场进场标准;纳米复合树脂的高浓度含砷脱附液可返回到共沉淀反应池前端而几乎不会引起原水砷浓度的变化,从而真正实现砷的零排放。初步技术经济性评价表明,与现用除砷工艺相比,不仅效果显著提升,且具有良好的经济和技术可行性。


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