污酸階梯脫砷技術(shù)工藝研究

劉 燕

（郴州市環(huán)境生態(tài)局永興分局，湖南 永興 423300）

在鉛、銅、鋅等硫化精礦的火法冶煉過程中，通常以二氧化硫煙氣為原料制備硫酸，而硫化精礦中的有害元素砷也會(huì)揮發(fā)至煙氣中，因此，硫酸制備過程產(chǎn)生的污酸中含有重金屬砷［1-3］。砷是劇毒元素，必須妥善處理，以免造成嚴(yán)重的環(huán)境污染事故。從污酸中脫除砷的方法主要有鈣鹽沉淀法［4］、鐵鹽沉淀法［5］、硫化沉淀法等［6-7］，由于污酸中的砷含量較高，直接采用鈣鹽沉淀和鐵鹽沉淀法去除其中的砷會(huì)產(chǎn)生大量的含砷廢水處理渣，而這些處理渣也屬于危險(xiǎn)廢物，雖然去除了污酸廢水中的砷，但又產(chǎn)生了大量的固體危險(xiǎn)廢物，還是會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來較大的隱患［8-10］。而硫化沉淀法雖然產(chǎn)生的廢水處理渣較少，但污酸中砷的濃度較低時(shí)，需要大量的硫化劑才能將砷達(dá)標(biāo)脫除。試驗(yàn)先使硫化鈉與污酸中大部分的砷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化砷，再往硫化沉砷后液中加入FeSO4-H2O2，使其中少量的砷與鐵鹽沉淀，達(dá)到砷達(dá)標(biāo)脫除的目的。既沒有產(chǎn)生大量的廢水處理渣，也能降低廢水脫砷的生產(chǎn)成本。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用污酸來自湖南省某鉛冶煉廠產(chǎn)生的污酸，主要成分見表1。

表1 污酸各成分含量 g／L

1.2 試驗(yàn)原理及試驗(yàn)方法

由于污酸中的砷來源于高濃度二氧化硫煙氣，因此，污酸中的砷以As（III）的形式存在，本試驗(yàn)是調(diào)好pH值后，先加入硫化鈉將其中大量的砷去除后過濾，再往硫化沉砷后液中加入FeSO4-H2O2進(jìn)行砷的深度脫除。其主要化學(xué)反應(yīng)如下：

本試驗(yàn)的主要工藝流程如圖1所示。

圖1 階梯脫砷工藝流程圖

2 結(jié)果和討論

2.1 硫化沉淀污酸中的砷

2.1.1 pH值對(duì)硫化沉砷的影響

在常溫下，在pH為0～4，往污酸溶液中加入硫化鈉（質(zhì)量理論值的3倍），攪拌反應(yīng)1 h后過濾，檢測(cè)硫化沉砷后溶液中的砷的濃度，結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH對(duì)硫化沉淀砷的影響

從圖2可知，當(dāng)pH為0～4時(shí)，隨著pH的升高，硫化沉砷后液中砷的濃度越來越低，這是因?yàn)閜H較低時(shí)，硫化鈉與［H+］反應(yīng)速度較快，大量的硫化氫溢出，以致沒有及時(shí)與污酸中的砷反應(yīng)。然而，當(dāng)pH大于3.0后，硫化沉砷后液中的As沒有明顯的變化，均在0.12 g／L左右，這主要是因?yàn)楫?dāng)pH大于3時(shí)，污酸中［H+］較低，與硫化鈉發(fā)生反應(yīng)的機(jī)會(huì)較少。因此，選擇最佳沉砷pH為3.0。

2.1.2 硫化鈉加入量對(duì)硫化沉砷的影響

在常溫下，在pH＝3.0的條件下往污酸溶液中加入不同劑量（溶液中砷質(zhì)量的1～3.5倍）的硫化鈉，攪拌反應(yīng)1 h，反應(yīng)結(jié)束后過濾，檢測(cè)硫化沉砷后溶液中的砷的濃度，結(jié)果如圖3所示。

圖3 硫化鈉加入量對(duì)硫化沉淀砷的影響

從圖3可知，隨著硫化鈉加入量的增加，砷的濃度越來越低，當(dāng)硫化鈉加入量為理論量的2.5倍時(shí)，砷濃度為0.12 g／L，而后沒有明顯變化，因此，選擇最佳硫化鈉加入量為理論量的3倍。

2.2 FeSO4-H2O2深度脫砷

在pH＝3.0，硫化鈉加入量為理論量3倍的條件下進(jìn)行硫化沉砷，反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到濾液中砷的濃度為120 mg／L，該濾液即為FeSO4-H2O2溶液，該溶液為深度脫砷原料。

2.2.1 FeSO4加入量對(duì)深度脫砷的影響

在常溫下，往硫化沉砷后溶液中加入FeSO4（理論用量的1～3.5倍）和H2O2（理論用量的5倍），攪拌反應(yīng)1 h，反應(yīng)結(jié)束后過濾，檢測(cè)硫化沉砷后溶液中的砷的濃度，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 FeSO4加入量對(duì)深度脫砷的影響

從圖4可知，隨著FeSO4加入量的增加，砷的濃度越來越低，當(dāng)FeSO4加入量為理論量的3倍時(shí)，砷濃度為0.32 mg／L，已經(jīng)達(dá)到綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)中砷的限值（0.5 mg／L）而后沒有明顯變化，因此，選擇最佳FeSO4加入量為理論量的3倍。

2.2.2 H2O2加入量對(duì)深度脫砷的影響

在常溫下，往硫化沉砷后液中加入理論量3倍的FeSO4后，再加入H2O2（理論用量的2～7倍），攪拌反應(yīng)1 h，反應(yīng)結(jié)束后過濾，檢測(cè)硫化沉砷后溶液中的砷的濃度，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 H2O2加入量對(duì)深度脫砷的影響

從圖5可知，隨著H2O2加入量的增加，砷的濃度越來越低，當(dāng)H2O2加入量為理論量的5倍時(shí)，砷濃度為0.32 mg／L，而后砷濃度沒有明顯的下降趨勢(shì)，因此，選擇最佳H2O2加入量為理論量的5倍。

3 結(jié) 論

污酸階梯脫砷技術(shù)工藝研究是先在污酸中加入硫化鈉，使其中大部分的砷形成硫化砷沉淀，再往硫化沉砷后液中加入FeSO4-H2O2進(jìn)行砷深度凈化。大部分的砷以硫化砷的形式開路，無過多的廢水處理渣，同時(shí)，由于硫化鈉的加入量較少，深度凈化采用的是價(jià)格便宜的FeSO4和H2O2，降低了污酸脫砷的處理成本。通過試驗(yàn)研究，確定最佳工藝條件為：pH＝3，硫化鈉加入量、FeSO4加入量和H2O2加入量分別為理論用量的3倍、3倍和5倍。在最佳工藝條件下，脫砷后液中砷的濃度為0.32 mg／L。