D201負載Fe(Ⅲ)深度處理含As(Ⅲ)廢水

李福勤，王少雄，楊曉松，杜 佳，邵立南，胡建龍

(1.河北工程大學城市建設學院，河北邯鄲 056038；2.北京礦冶研究總院，北京100044)

D201負載Fe(Ⅲ)深度處理含As(Ⅲ)廢水

李福勤1，王少雄1，楊曉松2，杜 佳1，邵立南2，胡建龍2

(1.河北工程大學城市建設學院，河北邯鄲 056038；2.北京礦冶研究總院，北京100044)

研究了強堿性大孔型陰離子交換樹脂D201負載Fe(Ⅲ)的納米吸附材料在不同的試驗條件下對含As(Ⅲ)廢水深度處理效果的影響。結果表明：D201-Fe對As(Ⅲ)的最大靜態吸附容量為43 mg/g；動態吸附容量為1 092 mg/L；動態吸附處理的最佳pH范圍是7～8；當廢水中含有一定量的硫酸根離子和氯離子時，D201- Fe(Ⅲ)對As(Ⅲ)仍具有較高的吸附能力；采用8%氫氧化鈉和氯化鈉混合溶液再生效果較好，再生度達到80%以上。

As(Ⅲ)；深度處理；再生；共存離子

砷是“五毒”元素(As、Hg、Cd、Pb、Cr)之一，其中三價砷的毒性最大。砷通過自然的遷移或是人類活動進入土壤和水體，并隨生物鏈進入人和動植物的體內并積累。人體砷中毒后會引起黑足病、角質化等皮膚病及癌癥等[1]。為了嚴格控制砷污染，許多地區將砷的排放標準提高到滿足《中華人民共和國地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類水標準，即處理過的廢水中的砷濃度不得高于0.05 mg/L[2-5]。

目前國內外除砷技術主要有離子交換法、膜分離法和吸附法[6]。雖然膜處理法的出水水質很好，但是膜法處理之后的濃水中含有高濃度的As(Ⅲ)，它并沒有從水中分離出來，很容易造成二次污染。離子交換技術和吸附法都存在選擇性差不易再生的問題，給工程的實際應用帶來了困難。為此找出一種適用于深度處理含As(Ⅲ)廢水的吸附劑和再生方法十分迫切。潘炳才等以D201為載體將HFO載入樹脂中形成納米吸附材料對As(Ⅴ)進行吸附并取得了很好的效果[7]。徐偉等以D301負載Fe去除飲用水中的As(Ⅴ)[8]，朱慧杰[9]等以負載納米鐵吸附劑去除飲用水中的As(Ⅲ)都取得了良好效果。本文主要研究D201負載Fe(Ⅲ)深度處理含As(Ⅲ)廢水的效果以及影響因素，為其工程應用提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1試劑與儀器

D201-Fe(Ⅲ)由北京礦冶研究總院提供；三氧化二砷(As2O3)、氯化鐵、鹽酸、氯化鈉、氫氧化鈉、氫氧化鈣、硫酸鈉等均為分析純。

As(Ⅲ)儲備液的制備：取三氧化二砷2.112 g，溶解到50 mL裝有10%的氫氧化鈉的燒杯中，然后將燒杯中的溶液倒入1 000 mL的容量瓶中，再用去離子水定容至刻度線。

pH計(PHS-3C，上海精科有限公司)，砷的測定采用AFS-933原子熒光光度計(北京吉天儀器有限公司)、全溫度恒溫培養振蕩器(蘇坤SKY-2112B)。

1.2靜態試驗

稱取8份0.2 g的D201-Fe于8只250 ml錐形瓶中，依次加入100 ml初始As(Ⅲ)濃度為5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L的溶液。將這8個錐形瓶放入全溫度恒溫培養振蕩器中，調節溫度(298K)，轉速120 r/min下進行吸附，24 h后取出測定溶液中As(Ⅲ)的濃度，并按式(1)計算吸附容量。

(1)

式中：Co-As(Ⅲ)的初始質量濃度，mg/L；Ce-吸附平衡時As(Ⅲ)的質量濃度，mg/L；qe-D201-Fe對As(Ⅲ)的吸附容量，mg/g。

1.3動態試驗

動態試驗裝置是自制的直徑39 mm有機玻璃管，長1 000 mm，樹脂填裝高度600 mm。原水由高位水箱流入吸附柱內的上部，吸附柱底部設濾網，處理后水由底部引出。以自來水配制含AS(Ⅲ)廢水濃度為400 μg/L，平均流速21.5 m/h。并考察pH值、共存離子對吸附性能的影響。

2.試驗與分析

2.1靜態最大吸附容量

靜態試驗結果如圖1。

由圖1可以看出D201-Fe (Ⅲ)對As(Ⅲ)的吸附容量隨著原溶液中As(Ⅲ)的濃度的增大而不斷增大，當原溶液中As(Ⅲ)濃度達到一定的值后，吸附容量值不再增大，最大吸附容量為43 mg/g。

2.2動態吸附容量

動態試驗結果如圖2所示。

以地表水Ⅲ類要求，砷含量小于50 μg/L為標準，由圖2可知，D201-Fe的過流體積比為2 800 BV，動態吸附容量為1 092 mg/L。

2.3 pH對吸附性能的影響

在動態條件下，通過向含砷廢水中投加氫氧化鈉(NaOH)和鹽酸(HCl)來調節pH，試驗結果如圖3所示。

2.4共存離子的影響

在動態試驗水樣中投加不同濃度的硫酸根離子和氯離子進行試驗，結果如圖4所示。圖4說明在一定范圍內的硫酸根離子、氯離子對D201-Fe吸附As(Ⅲ)的影響不大。

2.5再生試劑

在動態條件下，以砷含量大于50 μg/L為失效標準，采用4%NaCl、4%NaOH、4%NaCl和NaOH混合液溶液分別進行再生，再生液流速為3.9 L/h，下進液30 min，浸泡30 min；最后用RO出水沖洗至中性，再生度分別為1.2%、3.2%、53%。為此，選用不同濃度的NaCl和NaOH混合液溶液進一步再生試驗，試驗結果如圖5所示。

由圖5可知，隨著再生試劑濃度的增加，再生度逐漸增加。當再生劑的濃度8%時，再生度達到80%以上。再加大再生劑濃度，再生度增加不大。因此選擇再生試劑的濃度為8%。

3結論

在試驗條件下，D201-Fe(Ⅲ)對As(Ⅲ)的靜態最大吸附容量為43 mg/g，動態工作時的吸附容量為1 120 mg/L。動態吸附的最佳pH范圍在7～8；當廢水中含有一定量的硫酸根離子和氯離子時，D201- Fe(Ⅲ)對As(Ⅲ)仍具有較高的吸附能力；采用8%的氫氧化鈉與和氯化鈉混合溶液的濃度為8%時再生效果較好，再生度達到80%以上。

[1]張 偉.含砷廢水處理新進展[J].環境科學導刊,2012,31(1):45-48.

[2]周文穎.周生賢在重金屬污染綜合防治“十二五”規劃視頻工作會議上強調堅決打好重金屬污染防治攻堅戰切實維護人民群眾利益和社會穩定[N].中國環境報,2011-02-21(1).

[3]管秀瓊，陳俊杰，徐偉濤.厭氧附著膜膨脹床處理生活廢水的研究[J].四川理工學院學報：自然科學版，2010，23(1)：81-84.

[4]李福勤,王 鵬,楊曉松,等.有色金屬礦山重金屬廢水深度處理技術研究[J].工業水處理,2013,33(9):20-22.

[5]李再興，劉 煥，劉艷芳，等.CIO-2催化氧化處理土霉素廢水處理站二級出水[J].河北科技大學學報，2013，34(4)：365-369.

[6]高小娟,王 璠,汪啟年.含砷廢水處理研究進展[J].工業水處理,2012,32(2):10-15.

[7]潘炳才,張慶建,陳新慶,等.基于Donnan膜效應的樹脂基水合氧化鐵的制備及對砷的吸附性能研究[J].中國科學,2007,37(5):426-431.

[8]徐 偉,李長海,賈冬梅,等.D301負載Fe(Ⅲ)去除飲用水中的As(Ⅴ)[J].工業水處理,2013,33(7):25-29.

[9]朱慧杰,賈永鋒,吳 星,等.負載型納米鐵吸附劑去除飲用水中As(Ⅲ)的研究[J].環境科學,2009,30(6):1645-1649.

(責任編輯 劉存英)

Removal of As(Ⅲ)from waste water by D201- Fe(Ⅲ)

LI Fu-qin1,WANG Shao-xiong1,YANG Xiao-song2,DU Jia1,SHAO Li-nan2,HU Jian-long2

(1.School of Urban Construction, Hebei University of Engineering, Hebei Handan 056038,China；2.Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy ,Beijing 100044,China)

The effects of macroporous and strong alkaline anion exchange resin D201 modified with Fe(Ⅲ)on the adsorptive capacity for As(Ⅲ)in waste water under different experimental conditions. The results show that dynamic adsorption capacity was 1120mg1092mg/L.And the static adsorption capacity was 43 mg/L. The optimum range of pH was 7～8 for D201-Fe adsorbing As(Ⅲ).The adsorption capacity of D201-Fe for As(Ⅲ)was still high in the presence of SO42-,Cl-1.And the static adsorption capacity is 43mg/g. The regeneration extent of D201-Fe can reach 80% treated by the NaOH and NaCl with the concentration of 8%.

As((Ⅲ));advanced treatment; pH; regeneration; co-existing ions

2014-07-10

環保公益性行業科研專項經費資助項目(201009037)

李福勤(1966.6-)，男，山西臨縣人，教授，博士，從事水污染控制工程及資源化、膜法水處理技術的研究。

1673-9469(2014)04-0035-03

10.3969/j.issn.1673-9469.2014.04.009

X303

A