铁炭内电解—共沉淀联合处理含氟多金属酸性冶炼废水的研究

摘要

含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性废水是冶炼行业较为典型的废水之一，本研究以永兴县贵金属冶炼工业实际废水为研究对象，通过烧杯实验研究铁炭内电解-共沉淀处理该废水的影响因素；在此基础上，采用铁炭内电解试验装置进行了小试和中试试验研究；与此同时，利用扫描电镜（SEM）、X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射光谱（XRD）等分析手段探讨铁炭内电解-共沉淀处理含氟多金属废水的机理；最后对铁炭内电解-共沉淀联合处理含氟多金属废水进行工艺设计和成本分析。取得如下主要结论：
　　（1）采用铁炭内电解-共沉淀处理含氟多金属实际废水时，铁炭内电解的最佳条件为：进水初始pH值为3、铁炭比为1:1、铁炭反应时间为60 min，共沉淀最佳pH值为8.0，在曝气条件下可提高铁炭内电解的处理效果，废水中重金属砷、铅、铜、锌和氟化物的去除率分别可达98.8％、94.3%、95.8%、93.5%和95.6%。
　　（2）小试试验研究表明：在进水pH为2.0，铁炭反应时间为1 h，铁炭质量比为1:1，曝气量为0.8 m3/h，铁炭反应柱连续进水，对进水中重金属和氟化物的去除率完全可达烧杯实验结果；持续运行40.5 h后，重金属砷、镉、锌、铅和氟化物的去除率仍然可分别达到94.1%、78.6%、69.5%、91.8%和63.1%，出水 pH可从进水的2.0调节到5.0左右；当持续运行60 h左右，铁炭反应柱失效，通过采用10%的硫酸溶液对铁炭反应柱进行3h浸泡处理，可使铁炭活性得到再生，再生后的铁炭反应柱对废水中的砷、铅、镉、锌和氟化物的去除率分别为94.7%、99.3%、83.4%、39.7%和66.7%，持续运行27.5 h时，其去除率分别为75.7%、96.6%、65.9%、10.4%和55.6%。
　　（3）中试试验研究表明：在进水pH为2.0，铁炭反应时间为1 h，铁炭质量比为1:1，曝气量为0.8 m3/h，以及采用内回流的条件下，中试间歇运行方式对废水中的重金属砷、铅、镉、锌、铬和氟化物的去除率分别为99.6%、88.7%、72.7%、56.86%、98.3%和87.5%，中试连续运行方式对废水中的重金属砷、铅、镉、锌和氟化物的去除率为99.1%、98.4%、75.1%、54.7%和68.1%；间歇运行方式随批次增多出水水质效果下降幅度较大，而连续运行方式出水水质效果随时间延长变化幅度较小，当持续运行22.5 h时，连续运行方式对废水中的重金属砷、铅、镉、锌和氟化物的去除率仍然分别为91.1%、84%、53.8%、10%和18.4%；出水pH维持在4.0以上。
　　（4）超声波/铁炭内电解中试连续运行试验表明：采用超声波/铁炭柱连续运行方式比单纯铁炭柱连续运行方式持续时间更长，处理效果更好，在处理较高浓度的废水时，超声波/铁炭内电解连续运行方式对废水中重金属砷、铅、镉、锌、铬和氟化物的去除率分别为96.5%、96.7%、72.4%、90%、97.8%和81.5%，当反应持续时间为21 h时，其去除率仍然分别达到82.6%、94.6%、44.1%、73.5%和76.2%。
　　（5）通过对铁炭表面进行扫描电镜分析和对沉淀物进行XRD和XRF分析，初步探讨铁炭内电解-共沉淀处理该废水的机理可能是：废水中F-与铁炭内电解新生的Fe2+、Fe3+形成多种铁氟络合物(FeF2+、FeF2+、FeF3、FeF4-、FeF52-和FeF63-)，进而形成铁氟络合沉淀物(Na(x-3)FeFx、FeFx(OH)(3-x))；废水中 Cr6+被还原为 Cr3+，进而形成 Cr(OH)3沉淀物；同时铁炭内电解新生的Fe2+、Fe3+与重金属离子共同形成活性较高的氢氧化物胶体，与砷形成难溶的砷酸铁沉淀物，这些沉淀物和胶体又与新形成的Fe(OH)3絮体通过络合吸附、混凝、共沉降作用，使水中氟化物和砷、铅、铬、镉等多金属离子同时去除。
　　（6）铁炭内电解-共沉淀工艺处理含氟多金属废水的运行成本为14.8元/t，相比传统的芬顿氧化-碱沉淀法可节约成本16元/t左右，且处理设备简单，操作简便。

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第1章 绪论

1.1 含氟多金属冶炼废水的来源及特性

1.2 含氟多金属冶炼废水的处理方法

1.3 铁炭内电解处理冶炼废水的现状

1.4 研究目的和内容

第2章 试验材料和方法

2.1 实验材料和仪器

2.2 实验（试验）方法

第3章 铁炭内电解-共沉淀联合处理含氟多金属冶炼废水的效果研究

3.1 影响因素实验研究

3.2 小试试验研究

3.3 中试试验研究

3.4 本章小结

第4章 铁炭内电解-共沉淀联合处理含氟多金属冶炼废水的机理探讨

4.1 铁炭表面形貌分析

4.2 铁炭表面絮体特征分析

4.3 本章小结

第5章 含氟多金属冶炼废水处理工艺设计和成本分析

5.1 含氟多金属冶炼废水处理工艺流程

5.2 成本分析

5.3 重金属的回收和活性炭的再生利用

5.4 本章小结

第6章 结论与建议

6.1 研究结论

6.2 问题与建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间公开发表的论文