含砷铬废水处理及其处理条件对沉渣稳定性的影响

摘要

砷、铬均为水环境污染的常见污染物。砷是剧毒物质，被国际癌症研究机构（IARC）列为第一类致癌物。铬的毒性主要是由Cr(Ⅵ)导致，其毒性约是Cr(Ⅲ)毒性的100倍，对生物具有强烈的“三致”效应。
　　目前，对含砷铬废水的研究较少，并且技术不完善。实际应用最多的亚铁-石灰沉淀法在处理废水时所产生的废渣的稳定性较差，沉渣中的砷、铬等重金属很容易以离子的形式再次回到自然界中，造成二次污染。为此，本研究对传统亚铁-石灰沉淀法进行了改进，对处理过程中的各因素进行了优化，以求在满足处理效果的前提下使得产生的沉渣能达到最稳定状态。研究目标主要如下：考察pH、亚铁投加量、反应时间、温度、曝气氧化时间、Ca/As摩尔比等因素对Cr(Ⅵ)、总铬、总砷去除率的影响；研究和探讨除砷除铬的机理及动力学模型；优化处理条件以使沉渣的稳定性达到最佳，砷和铬的浸出浓度达到《危险废物鉴别标准：浸出毒性鉴别》中所规定的浓度；综合考虑砷、铬去除及沉渣的稳定性的影响条件，确定砷、铬废水处理的最佳参数，并对沉渣进行表征。
　　结果表明，在pH<2或者>6，Fe(Ⅱ)/Cr(Ⅵ)摩尔比>4.5时，Cr（Ⅵ）能以较快的速度被还原，且反应40min后，Cr（Ⅵ）的去除率可达99％以上。起始反应pH、Fe(Ⅱ)/Cr(Ⅵ)摩尔比、温度等与Cr(Ⅵ)的还原之间分别呈二次多项式（y=0.0025x2-0.0193x+0.0472，R2=0.9236），指数（y=0.0015e0.2701x，R2=0.989）和线性（y=3473.3x-7.6322，R2=0.9677）关系。
　　在pH>2时，砷（CAs(Ⅴ)=0.003mol/L）的存在能促进Cr(Ⅵ)被Fe(Ⅱ)还原，抑制 Cr(Ⅲ)的去除。铬离子（CCr(Ⅲ)=0.008mol/L）的存在对砷的去除没有影响，而钙离子（C ca2+=0.015mol/L）对铬的去除同样也没有影响，但对砷的去除有着促进作用。
　　综合考虑含砷铬废水的去除效果及所产生的沉渣的稳定性能，得出新工艺的最佳处理条件为：反应温度25℃，起始反应pH值为1.5，Fe(Ⅱ)/Cr(Ⅵ)摩尔比为8、Cr(Ⅵ)还原时间为40min、曝气氧化时间为50min、Ca/As摩尔比为5、沉降pH值为6，此时总砷、总铬、Cr(Ⅵ)的去除率分别达到98.8％、99.3％和99.8％，而砷、铬的浸出浓度也分别降低到1.78mg/L和2.59mg/L。出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）中第1类污染物最高允许排放标准，沉渣中总铬、总砷的浸出浓度远低于《危险废物鉴别标准：浸出毒性鉴别》（GB/T5085.3—2007）中规定的浓度，也达到了安全堆放的要求。
　　对最佳条件下产生的沉渣进行SEM扫描，结果发现优化后的沉渣粒径较优化前大，较大沉渣粒径，有利于提高沉渣的稳定性，降低砷和铬的浸出浓度。
　　温度对沉渣的影响实验表明，沉渣中砷、铬的浸出浓度受环境温度的影响较大，较高的温度会导致浸出浓度的增大，因此，沉渣应堆放于较低温度的环境中。

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第1章 引言

1. 1 含砷、含铬废水的危害

1. 2 砷、铬的形态及迁移转化

1. 3 含砷、含铬废水的处理方法

1. 4 课题的研究目的及主要内容

第2章 实验材料及研究方法

2. 1 实验试剂

2. 2 实验仪器

2. 3 实验研究

第3章 含砷铬废水处理工艺的确定

3. 1 原有工艺的验证

3. 2 工艺的改进

3. 3 新工艺的初步验证

3. 4 本章小结

第4章 新工艺对含砷铬废水的处理及机理研究

4. 1 实验方法

4. 2 结果分析与讨论

4. 3 本章小结

第5章 含砷铬沉渣的稳定性优化及最佳工艺条件确定

5. 1 实验方法

5. 2 结果分析与讨论

5. 3 本章小结

第6章 结论与建议

6. 1 结论

6. 2 建议

参考文献

致谢

附录 攻读硕士期间公开发表的论文