使用三氯化鐵處理鍺生產企業污泥中砷、鎘的研究

王繼勝

摘 要：筆者研究的“使用三氯化鐵處理鍺生產企業污泥中砷、鎘的方法”，有色冶煉鍺生產煤灰用濕法工藝鹽酸蒸餾使用后產生的廢酸用氧化鈣中和產生的泥渣和污水成為污泥，通常含有砷、鎘、銅、鉛、鋅、鎳等有毒有害物質且含量高于普通的工業廢渣及廢水，不能直接排放和填入固廢場地，需對重金屬和砷進行有效的凝固沉淀達到一般固廢標準，通過加少量的三價鐵鹽將污泥中的微量砷以結晶態臭蔥石（FeAsO4·2H2O）的形式從污泥中沉淀去除，能夠大大減少砷渣的產生量，并且由于結晶態臭蔥石的穩定性很好，還能預防鎘離子水解、提高鎘渣的穩定性，有效防止中和渣的砷和鎘的二次污染，污泥濾液減少自來水用量，降低石灰用量，不僅為企業節能降耗，同時使企業廢水綜合排放砷、鎘等重金屬達到國家環保排放要求。

關鍵詞：鍺生產企業污泥;廢水;砷;鎘

中圖分類號：X781 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）11-003-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.11.002

1 實驗目的

鍺濕法冶煉含高濃度重金屬及砷離子廢酸的治理有一定重要性和迫切性，目前廢酸的治理技術主要有：石灰中和法，廢酸處理廢水具有量大，酸堿度（pH值）不好控制，有毒元素含量高且成分復雜等特點，因此如何選擇可以工業化應用并具有經濟可行性的處理方法至關重要。其經濟可行性與各方法所用的原料及消耗量，所得污泥的后續處理難易程度密切相關。因此，對含有砷及重金屬離子的污泥一般采用多級組合處理方式：硫化法、沉淀法、吸附和離子交換萃取等方法存在工藝復雜、處理成本高的問題，存在廢渣量大，不利于廢渣的最終處置或處理的缺點。因此，探索、研究出污泥中砷和鎘的一種鐵鹽法，通過向含砷、鎘的中性泥漿中加入三氯化鐵，經攪拌、反應、沉淀、壓濾等工序，使得含砷污泥中砷以砷鐵共沉淀的形式沉淀析出。該方法處理含砷和鎘污泥成本低，減少廢渣產量，得到穩定廢渣，濾液廢水能達標排放，并避免砷和鎘在沉淀渣或過濾渣，曬干送至水泥廠焚燒做水泥制品，或遠離水源地（政府制定固體廢物處理廠）填埋，控制發生地下水及地表水的二次污染，使廢水中難處理的有害物質砷（As）和鎘（Cd）元素達標排放[1]。

2 實驗原理

鐵鹽法是處理含砷廢水的主要方法，由于砷（五價砷）酸鐵的溶解度極小，所以除直接用鐵鹽處理含砷（As5+）外，也可在處理含砷（As3+）廢水時，先進行氧化處理，使廢水中的三價砷先氧化成五價砷，使沉淀或混凝沉降法的效果更好，還有污水和泥漿中含大量的CI-1和SO42-等陰離子容易與砷競爭吸附點位，影響Ca（OH）2的吸附效果并減小去除率，因此污水中的砷（As）、鎘（Cd）含量無法達到排放要求，通力公司濕法中和泥漿或過濾水中含大量氫氧化鈣，而過濾水的pH值一般在10～11之間，中和泥漿或中和水中的鐵離子含量很少，而補加三氯化鐵后產生氫氧化鐵Fe（OH）3吸附劑，使用沉淀及混凝沉降法處理水中的砷（As3+）及砷（As5+）和鎘（Cd2+），吸附沉淀，三氯化鐵（FeCI3）在堿性水中的化學反應為：

2FeCI3+3Ca（OH）2 → 2Fe（OH）3+3CaCI2

As2O43—+Fe（OH）3 → FeAs2O4↓+3OH-

AsO33—+Fe（OH）3 → FeAsO3↓+3OH-

Cd2++Fe（OH）3 → Cd（OH）2↓+Fe3+

氫氧化鐵絮體作為除砷的吸附劑，氫氧化鐵在堿性（pH=8～9）中砷（As5+）的吸附能力最強，還有砷酸鈣和亞砷酸鈣的沉淀在水中的溶解度一般在70mg/L～130mg/L，很難達到環保要求，加三氯化鐵后產生的砷酸鐵和亞砷酸鐵的沉淀在水中溶解度極小，實驗的pH值、m（Fe）/m（As）（質量比）、石灰加入量等條件對As去除率的影響很大。結果表明，當pH值為8.0～9.0，m（Fe）/m（As）不小于10時，處理后的廢水中As的質量濃度小于0.5mg/L[2]。

3 實驗使用的原料及藥品、設備

原料：鍺濕法冶煉生產污泥漿。

藥品：砷及鎘的標準溶液，三氯化鐵（工業級），一級蒸餾水，生物絮凝劑PAM及PAC和重金屬捕捉劑，砷，鎘的標準溶液系列。

檢測設備及器皿：電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-OES），2L的大燒杯及量筒，1000g（分度值0.01g）的電子天平，攪拌機，濾紙及三角漏斗[3]。

4 實驗步驟

鍺濕法冶煉污泥處理中和站的壓濾水（已加PAM及PAC和重金屬捕捉劑）取樣后先測pH值，再分別取2L的水樣放入2L的燒杯中，分別加入工業級三氯化鐵0.00g、0.50g、1.00g、2.00g、4.00g，充分攪拌后靜止放置。沉淀數小時后用三角漏斗濾紙過濾，濾液取20ml加二滴硝酸酸化后用ICP-OES測定水中的重金屬鎘和砷含量，水樣pH值不同檢測結果如表1所示。

濕法部污水處理中和泥漿（已加PAM及PAC和重金屬捕捉劑）未壓濾前的泥漿取樣后，先測泥漿水的pH值，再分別取1L的泥漿樣放入2L的燒杯中，分別加入工業級三氯化鐵0.00g、1.00g、2.00g，充分攪拌后靜止放置。沉淀數小時后用三角漏斗濾紙過濾，濾液取20ml加二滴硝酸酸化后用ICP-OES測定水中的重金屬鎘和砷含量，水樣pH值不同檢測結果如表2所示。

濕法部污水處理中和泥漿（未加PAM及PAC和重金屬捕捉劑之前）未壓濾前的泥漿取樣后，先測泥漿的pH值，再分別取2L的泥漿樣放入2L的燒杯中，單加工業級三氯化鐵2.00g、PAM和PAC及重金屬捕捉劑合劑3.00g、加三氯化鐵2.00g和PAC1.00g、三氯化鐵2.00g、重金屬捕捉劑1.00g后的4個樣品，充分攪拌后靜止放置。沉淀數小時后用三角漏斗濾紙過濾，濾液取20ml加二滴硝酸酸化后用ICP-OES測定水中的重金屬鎘和砷含量，水樣pH值不同檢測結果如表3所示。

5 實驗數據

6 實驗結論

實驗數據表1和表2說明壓濾過的中和水每升中加三氯化鐵0.5g就可以達到綜合排放水國標以內，每噸需要0.5Kg的三氯化鐵就可以達到要求，每噸泥漿水用的三氯化鐵量換算后為1.00Kg。使用三氯化鐵后，泥漿水壓濾過后不使用生物絮凝劑PAM、PAC及重金屬捕捉劑等環節，簡單、直接地除掉壓濾水中重金屬鎘和砷量的超標問題，能降低排放水中的COD含量。鍺生產企業的直接外排廢水的水質達標到《污水綜合排放標準（GB8978-1996）》以內，減輕鍺冶煉濕法深加工生產企業的經濟負擔，給社會和企業帶來明顯的經濟效益。

參考文獻

[1] 黃河明.有色金屬工人技術理論教材 鍺生產工藝學[M].北京：中國有色金屬工業總公司，1980.

[2] 孫麗麗.ICP-OES測定工業污水中銅、鋅、鉛、硼、鎘、砷、鉻[J].磷肥與復肥，2013（01）：15-18.

[3] 中國污水處理工程網.貴金屬冶煉廢水中砷鎘分離資源回用處理方法[EB/OL].中國污水處理工程網，2018-08-31.