磨礦含砷廢水處理技術(shù)
近幾年，為從難處理金礦中高效地回收金，選礦工藝一般采用生物氧化法預(yù)處理含砷金精礦。根據(jù)金精礦性質(zhì)和氰化工藝的要求，經(jīng)生物氧化處理后形成的氧化渣需進行再磨礦，才能使其粒度達到氰化工藝的要求。在磨礦工藝中會產(chǎn)生一定量的廢水，該廢水呈酸性，同時含有少量的As3+和COD等，需選用適當?shù)姆椒ㄟM行處理，使其達到《遼寧省污水綜合排放標準》（DB21/1627—2008）后統(tǒng)一排放。本研究根據(jù)廢水的組成并考慮處理成本及處理效果，分別采用活性炭靜態(tài)吸附法和空氣-活性炭催化氧化法對磨礦含砷廢水進行了處理，研究了2種方法對磨礦含砷廢水的處理效果及影響因素，以尋找處理磨礦含砷廢水的有效方法，使該類廢水經(jīng)處理后能夠達標排放。
1試驗材料、儀器及裝置
1.1試驗材料
試驗廢水為某金業(yè)有限責任公司磨礦工藝產(chǎn)生的廢水，其水質(zhì)及排放標準見表1。
表1磨礦廢水水質(zhì)及排放指標
本試驗活性炭選擇煤質(zhì)活性炭和椰殼活性炭，椰殼活性炭來源于鞏義某活性炭制造廠，煤質(zhì)活性炭來源于梅河口某炭業(yè)有限公司。
1.2試驗儀器
5B-1型COD快速測定儀，蘭州連華環(huán)？萍加邢薰荆籙V-1700紫外分光光度計，島津；Z-800原子吸收分光光度計、LMTA2.4pH計，北京科創(chuàng)海光儀器有限公司。
1.3試驗裝置
活性炭靜態(tài)吸附試驗裝置如圖1所示，催化氧化試驗裝置如圖2所示。
試驗均采用DN40有機玻璃管作吸附柱。活性炭靜態(tài)吸附試驗吸附柱炭層有效高度為420mm，采用底部進水，頂部出水的方式，通過蠕動泵將廢水送入充滿活性炭的柱體。試驗中，調(diào)節(jié)廢水流量為200mL/h，廢水在柱體停留時間為1.0h。
催化氧化試驗吸附柱炭層高度為520mm。廢水從裝有活性炭的吸附柱頂部噴淋，流經(jīng)活性炭吸附柱，與柱體底部通入的空氣逆向接觸。經(jīng)吸附和空氣氧化后的廢水從柱體底部流出，空氣從柱體頂部排出。視試驗狀況適時調(diào)整進氣量，防止液泛發(fā)生。
2磨礦廢水處理試驗研究
2.1活性炭靜態(tài)吸附試驗
活性炭表面具有發(fā)達的空隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，是一種非常優(yōu)良的吸附劑。
分別稱取340g煤質(zhì)活性炭和椰殼活性炭裝入吸附柱中，進行活性炭靜態(tài)吸附試驗，每隔1h分析出水水質(zhì)。不同種類活性炭對廢水中總砷的去除效果如圖3所示。
由圖3可知，煤質(zhì)活性炭在1h內(nèi)對砷的吸附很快，當達到6h時，吸附趨于穩(wěn)定，總砷去除率可達90%以上；椰殼活性炭對總砷的吸附在2h時即達到平衡，總砷去除率為85%，吸附性能低于煤質(zhì)活性炭。經(jīng)2種活性炭吸附后的出水中的總砷濃度高于排放標準的要求。說明活性炭對砷的選擇吸附能力較差，去除效果一般。對此，對其進行改良，采用空氣-活性炭催化氧化法進行試驗。
圖3不同種類活性炭對總砷的去除效果
2.2空氣-活性炭催化氧化試驗
空氣-活性炭催化氧化法的機理是首先利用活性炭吸附廢水中的污染物，再利用空氣作為氧化劑與活性炭表面所吸附的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，低價態(tài)的金屬離子被氧化為高價態(tài)被活性炭吸附，其中As3+被氧化為As5+，有機物質(zhì)則被氧化為二氧化碳和水而得以去除。
2.2.1空氣流量的影響
稱取400g煤質(zhì)活性炭裝入吸附柱中，調(diào)節(jié)空氣流量分別為0.04、0.08、0.40m3/h，在廢水流量為200mL/h的條件下，進行空氣-活性炭催化氧化試驗，考察空氣流量對處理效果的影響，結(jié)果如圖4所示。
圖4空氣流量對砷的去除的影響
由圖4可知，當空氣流量由0.04m3/h升至0.40m3/h時，處理出水中的總砷質(zhì)量濃度僅由0.089mg/L降至0.066mg/L，出水總砷濃度仍高于排放標準的要求。由此可以看出，單一的空氣-活性炭催化氧化法對總砷的去除不明顯。
2.2.2pH的影響
由于單一空氣-活性炭催化氧化法對廢水中砷的去除不明顯，需要對廢水進行預(yù)處理。研究表明，活性炭在強酸性條件下，吸附活性增加。因此，向廢水中加入一定量的酸，調(diào)節(jié)廢水為強酸性。
取若干升廢水，加入濃硫酸調(diào)節(jié)廢水pH至3.2（濃硫酸投加量為0.1mL/L）。稱取400g煤質(zhì)活性炭裝入吸附柱中，在廢水流量為200mL/h，空氣流量為0.04m3/h的條件下，考察了廢水中加酸和不加酸情況下空氣-活性炭催化氧化法對廢水的處理效果，結(jié)果如圖5、圖6所示。
由圖5可知，經(jīng)過酸化預(yù)處理的廢水，再經(jīng)空氣-活性炭催化氧化法處理后，廢水中的總砷可由初始的0.485mg/L降至0.03mg/L，總砷去除率可達94%，處理后廢水中的總砷低于排放標準所規(guī)定的0.05mg/L。探其原因，可能是經(jīng)空氣-活性炭催化氧化法處理后As3+被氧化為高價態(tài)的As5+，又因為酸化引起了活性炭表面氧化，加強了對As5+的吸附，從而提高了對As3+的去除率。
由圖6可知，當反應(yīng)時間為1h時，廢水中加酸和不加酸情況下，空氣-活性炭催化氧化法均可使廢水COD降低至10mg/L左右。但隨著吸附過程的進行，經(jīng)單一空氣-活性炭催化氧化法處理出水中的COD不斷上升，而先經(jīng)過酸化預(yù)處理，再經(jīng)空氣-活性炭催化氧化法處理后的出水COD隨著反應(yīng)過程的進行基本保持不變，且其出水COD低于單一空氣-活性炭催化氧化法。
3結(jié)論
對磨礦含砷廢水的處理，由于活性炭靜態(tài)吸附法主要是依靠范德華力的作用對總砷進行吸附去除，總砷去除率相對較低，出水總砷濃度超過排放標準的要求，因此，該方法難以在生產(chǎn)中應(yīng)用。
采用空氣-活性炭催化氧化法，一部分低價態(tài)的As3+會轉(zhuǎn)變成As5+，增強了靜電作用，對提高總砷的去除有一定幫助，但總砷去除率的提高并不明顯。
而經(jīng)酸化預(yù)處理后，再進行空氣-活性炭催化氧化處理，不僅增強了靜電吸附，而且因活性炭表面受到氧化作用，表面活性增強，二者的迭加作用使廢水中的總砷由初始的0.485mg/L降至0.03mg/L，總砷去除率高達94%。處理后廢水中的總砷、COD均低于排放標準的要求。對吸附飽和的活性炭通過再生，實現(xiàn)重復利用，可有效降低處理成本。因此，采用酸化預(yù)處理+空氣-活性炭催化氧化法處理磨礦含砷廢水具有很好的應(yīng)用前景。
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