常溫鐵氧體法處理低濃度重金屬廢水的研究

楊 文

(湖南有色金屬研究院，湖南長沙 410100)

目前處理廢水的方法有:化學沉淀法、離子交換法、絮凝沉淀法、反滲透法等［1～4］。鐵氧體法是日本電氣公司研究的一種從廢水中除去重金屬離子的新技術，國內學者對鐵氧體法去除重金屬廢水做了大量的研究。某冶煉廠產生大量的低濃度重金屬廢水，對該廢水前期采用了化學沉淀法、離子交換法、吸附、膜分離等工藝，這些方法對去除重金屬具有一定的效果，但同時也存在成本高，容易引起二次污染等問題。傳統鐵氧體法采用加熱氧化中和，效果理想，但處理成本偏高。試驗針對該冶煉廠產出的廢水進行了研究，采用常溫鐵氧體法，能耗低、鐵氧體渣穩定，無二次污染問題。

1 試驗部分

1.1 廢水水質

試驗采用某冶煉廠的廢水(現場廢水池取樣)，主要污染物成分見表1。

表1 某廠廢水水質成分

1.2 試驗藥劑

硫酸亞鐵和硫酸鐵均為分析純，用于調節廢水Fe2+和Fe3+的摩爾比;NaOH為分析純，用于調節溶液pH值。

1.3 試驗方法

廢水置于2 L的燒杯中，采用分析純的Fe2(SO4)3和FeSO4控制廢水溶液中Fe2+和Fe3+的量，攪拌加堿，控制加堿速度，調節pH值至堿性，即可形成黑色的鐵氧體。

2 結果與討論

2.1 Fe2+和Fe3+物質的量比的影響

在鐵氧體中Fe2+和Fe3+是以一定物質的量比存在的，只有Fe2+和Fe3+在一定物質的量比才能形成，在［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］=10，NaOH作為調節劑，溫度為室溫(20℃)，攪拌30 min條件下，考察不同［Fe3+］∶［Fe2+］對重金屬去除效果的影響，試驗結果見表2。

表2 Fe3+和Fe2+物質的量比對重金屬去除效果的影響

由表2可知，砷、鉛、鎘的去除率非常高，試驗過程中發現沉淀為黑色、易沉淀的顆粒物質。當［Fe3+］∶［Fe2+］=2 時，砷、鉛、鎘的去除率最好，均大于97%，處理后的廢水水質低于國家污水綜合排放標準。

2.2 pH值的影響

以NaOH為pH值調節劑，在［Fe3+］∶［Fe2+］=2，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］=10 的條件下，溫度為20℃，恒溫攪拌30 min的條件下，考察pH值對重金屬去除效果的影響，試驗結果見表3。

表3 pH值對重金屬去除效果的影響

由表3可知，pH值對砷、鎘、鉛的去除率影響很大，pH值越大，對重金屬的去除效果越好，考慮到pH值過高，處理成本高，因此，確定最佳pH值為8.5～9.0。

2.3 Fe2+與 Pb2+、Cd2+、As3+、As5+物質的量比的影響

合適的條件下，Pb2+、Cd2+、As3+、As5+占據 Fe2+或Fe3+的晶格，形成鐵氧體，同時還會發生砷酸根和亞砷酸根取代氫氧根與Fe3+形成沉淀等反應。由于廢水中 Pb2+、Cd2+、As3+、As5+含量少，Fe2+加入量太少不足以形成大量的可沉降的鐵氧體沉淀。在［Fe3+］∶［Fe2+］=2，pH=9，溫度為 20 ℃，恒溫攪拌30 min 的條件下，考察［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］對重金屬去除效果的影響，試驗結果見表4。

表 4 Fe2+與 Pb2+、Cd2+、As3+、As5+物質的量比對重金屬去除效果的影響

由表4 可知，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］越高，砷、鎘、鉛的去除率越高，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］大于10時，重金屬去除率增大不明顯。

2.4 溫度的影響

在［Fe3+］∶［Fe2+］=2，pH=9，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］=10，恒溫攪拌 30 min 的條件下，考察溫度對重金屬去除效果的影響，試驗結果見表5。

表5 溫度對重金屬去除效果的影響

由表5可知，溫度對重金屬的去除影響較小，溫度在10℃以上，重金屬的去除效果均理想。試驗過程中發現，溫度為50℃時，沉淀沉降較為慢，沉淀含水量大，適宜的溫度為20℃。

3 結論

1．采用常溫中和鐵氧體處理重金屬廢水最佳工藝條件為:［Fe3+］∶［Fe2+］=2，pH=9，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］=10，溫度20 ℃，攪拌時間為30 min。

2．該方法處理低濃度的重金屬廢水，鉛、砷、鎘去除率均達到97%以上，處理后的廢水完全可以達到GB8978－1996《污水綜合排放標準》，工藝具有沉淀速度快，易于分離，時間短等特點，是值得推廣的工藝。

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