三氯化鐵除砷的工藝研究

葉恒朋，杜亞光，嚴立爽

(中南民族大學 環境科學與工程研究所 化學與材料科學學院，湖北 武漢 430074)

砷是具有類金屬特性的原生質毒物，對人的中毒劑量為0.01～0.052 g，致死量為0.06～0.2 g。各國地表水的最高允許含砷質量濃度一般為50 μg·L-1[1]。砷侵入人體后會作用于神經系統、刺激造血器官、影響紅血球的生成，長期接觸砷會引發細胞中毒和毛細管中毒，甚至可能誘發惡性腫瘤[2，3]。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

所用試劑均為分析純。亞砷酸鈉用于配制砷(Ⅲ)模擬廢水，砷酸三鈉用于配制砷(Ⅴ)模擬廢水。

PB-10型pH計、精密電子天平，北京賽多利斯儀器有限公司；85-2型恒溫磁力加熱攪拌器，江蘇金壇宏華儀器廠；AA-6300型原子吸收分光光度計、UV-1750型紫外可見分光光度計，日本島津公司；DHG-9030型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精密實驗設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 含砷模擬廢水的配制

分別稱取17.338 g亞砷酸鈉和47.332 g砷酸三鈉用蒸餾水溶解，定容到5 L，測定其準確濃度，砷(Ⅲ)為1647.8 mg·L-1、砷(Ⅴ)為3697.2 mg·L-1。

1.2.2 除砷工藝條件的選擇

pH值：分別取100 mL模擬廢水置于10個燒杯中，邊攪拌邊緩慢加入35%的FeCl3溶液(鐵砷摩爾比為1.5),依次用NaOH溶液調節pH值到3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，攪拌1 h，過濾，測濾液砷濃度。

鐵砷摩爾比(nFe/As)：分別取100 mL模擬廢水置于8個燒杯中，按照nFe/As為1.2、1.5、1.75、2、3、4、5、6的比例加入35%的FeCl3溶液，用NaOH溶液調到最佳pH值，攪拌1 h，過濾，測濾液砷濃度。

反應時間：分別取100 mL模擬廢水置于12個燒杯中，按照最佳nFe/As加入35%的FeCl3溶液，用NaOH溶液調節到最佳pH值，依次反應30 min、45 min、60 min、75 min、90 min、120 min，過濾，測濾液砷濃度。

PAM(聚丙烯酰胺)：分別取100 mL在最佳條件下反應后的懸濁液置于12個燒杯中，依次加入0.1%的陽離子型PAM209cc和陰離子型PAM630s溶液0 mL、2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL，慢攪2～3 min。靜置2 h后，取上清液測砷濃度。選擇最適用的PAM類型以及投加量。

1.3 測試方法

總砷測定采用二乙基二硫代氨基甲酸銀光度法和原子吸收法。

總鐵測定采用鄰菲啰啉分光光度法(GB/T 14427-2008)。

2 結果與討論

2.1 pH值對砷去除率的影響(圖1)

圖1 pH值對砷去除率的影響

從圖1可以看出，pH值為3時砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的去除率均低于70%；隨著pH值的增大，砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的去除率大幅上升；pH值為9時砷(Ⅲ)去除率最高，達97.45%，pH值為8時砷(Ⅴ)去除率達最高；但當pH值超過10時，砷(Ⅴ)的去除率明顯下降。因此，選擇去除砷(Ⅲ)pH值為9、去除砷(Ⅴ)pH值為8。

2.2 鐵砷摩爾比對砷去除率的影響(圖2)

圖2 鐵砷摩爾比對砷去除率的影響

從圖2可以看出，砷的去除率均隨著鐵濃度的增大而增大，當nFe/As為1.5時，砷去除率大于90%；當nFe/As為2時，砷去除率達到98%以上；當nFe/As大于2以后，砷去除率逐漸上升至接近100%。考慮到工業應用成本，選擇nFe/As為2。

2.3 反應時間對砷去除率的影響(圖3)

從圖3可以看出，在最佳pH值和鐵砷摩爾比的條件下，隨著反應時間的延長，砷去除率均顯著升高；反應時間超過1 h后，砷去除率升幅趨緩。考慮到工業應用成本，選擇反應時間為1 h。

2.4 PAM(聚丙烯酰胺)對砷去除率的影響(圖4)

從圖4可以看出，無論是對砷(Ⅲ)還是砷(Ⅴ)，陽離子型PAM209cc去除率明顯高于陰離子型PAM603s，可以確定陽離子型PAM209cc為最佳類型。對于砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的去除，PAM209cc(0.1%)的最佳投加量分別為40 mL·L-1、20 mL·L-1。

3 結論

圖3 反應時間對砷去除率的影響

圖4 PAM類型和用量對砷去除率的影響

(1)采用三氯化鐵去除廢水中的砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)，對于砷(Ⅲ)廢水，最佳工藝條件為：pH=9，nFe/As=2，反應時間1 h；對于砷(Ⅴ)廢水，最佳工藝條件為：pH=8，nFe/As=2，反應時間1 h。在上述條件下，砷的去除率都可達99.2%以上。

(2)適合于鐵砷沉淀物沉降的絮凝劑為陽離子型PAM209cc，對于砷(Ⅲ)廢水的最佳投加量為40 mL·L-1,對于砷(Ⅴ)廢水的最佳投加量為20 mL·L-1。

參考文獻：

[1] 袁濤,羅啟芳.環境砷對人體健康的影響[J].國外醫學衛生學分冊，1999，26(6)：321-323.

[2] Water Treatment Engineering and Research Group.Arsenic Fact Sheet[R].US Department of the Interior Bureau of Reclamation Technical Service Center.Denver，Colorado，2001.

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[7] Viraraghavan T，Subramanian K S，Aruldoss J A.Arsenic in drin-king water problems and solution[J].Water Science and Technology，1999，40(2)：69-76.

[8] Rosehart R,Lee J.Effective methods of arsenic removal from gold mine wastes[J].Call Min J,1972,(6):53-57.