三氯化铁除砷的工艺研究

叶恒朋，杜亚光，严立爽

(中南民族大学 环境科学与工程研究所 化学与材料科学学院，湖北 武汉 430074)

砷是具有类金属特性的原生质毒物，对人的中毒剂量为0.01～0.052 g，致死量为0.06～0.2 g。各国地表水的最高允许含砷质量浓度一般为50 μg·L-1[1]。砷侵入人体后会作用于神经系统、刺激造血器官、影响红血球的生成，长期接触砷会引发细胞中毒和毛细管中毒，甚至可能诱发恶性肿瘤[2，3]。

1 实验

1.1 试剂与仪器

所用试剂均为分析纯。亚砷酸钠用于配制砷(Ⅲ)模拟废水，砷酸三钠用于配制砷(Ⅴ)模拟废水。

PB-10型pH计、精密电子天平，北京赛多利斯仪器有限公司；85-2型恒温磁力加热搅拌器，江苏金坛宏华仪器厂；AA-6300型原子吸收分光光度计、UV-1750型紫外可见分光光度计，日本岛津公司；DHG-9030型电热恒温鼓风干燥箱，上海精密实验设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 含砷模拟废水的配制

分别称取17.338 g亚砷酸钠和47.332 g砷酸三钠用蒸馏水溶解，定容到5 L，测定其准确浓度，砷(Ⅲ)为1647.8 mg·L-1、砷(Ⅴ)为3697.2 mg·L-1。

1.2.2 除砷工艺条件的选择

pH值：分别取100 mL模拟废水置于10个烧杯中，边搅拌边缓慢加入35%的FeCl3溶液(铁砷摩尔比为1.5),依次用NaOH溶液调节pH值到3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，搅拌1 h，过滤，测滤液砷浓度。

铁砷摩尔比(nFe/As)：分别取100 mL模拟废水置于8个烧杯中，按照nFe/As为1.2、1.5、1.75、2、3、4、5、6的比例加入35%的FeCl3溶液，用NaOH溶液调到最佳pH值，搅拌1 h，过滤，测滤液砷浓度。

反应时间：分别取100 mL模拟废水置于12个烧杯中，按照最佳nFe/As加入35%的FeCl3溶液，用NaOH溶液调节到最佳pH值，依次反应30 min、45 min、60 min、75 min、90 min、120 min，过滤，测滤液砷浓度。

PAM(聚丙烯酰胺)：分别取100 mL在最佳条件下反应后的悬浊液置于12个烧杯中，依次加入0.1%的阳离子型PAM209cc和阴离子型PAM630s溶液0 mL、2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL，慢搅2～3 min。静置2 h后，取上清液测砷浓度。选择最适用的PAM类型以及投加量。

1.3 测试方法

总砷测定采用二乙基二硫代氨基甲酸银光度法和原子吸收法。

总铁测定采用邻菲啰啉分光光度法(GB/T 14427-2008)。

2 结果与讨论

2.1 pH值对砷去除率的影响(图1)

图1 pH值对砷去除率的影响

从图1可以看出，pH值为3时砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的去除率均低于70%；随着pH值的增大，砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的去除率大幅上升；pH值为9时砷(Ⅲ)去除率最高，达97.45%，pH值为8时砷(Ⅴ)去除率达最高；但当pH值超过10时，砷(Ⅴ)的去除率明显下降。因此，选择去除砷(Ⅲ)pH值为9、去除砷(Ⅴ)pH值为8。

2.2 铁砷摩尔比对砷去除率的影响(图2)

图2 铁砷摩尔比对砷去除率的影响

从图2可以看出，砷的去除率均随着铁浓度的增大而增大，当nFe/As为1.5时，砷去除率大于90%；当nFe/As为2时，砷去除率达到98%以上；当nFe/As大于2以后，砷去除率逐渐上升至接近100%。考虑到工业应用成本，选择nFe/As为2。

2.3 反应时间对砷去除率的影响(图3)

从图3可以看出，在最佳pH值和铁砷摩尔比的条件下，随着反应时间的延长，砷去除率均显著升高；反应时间超过1 h后，砷去除率升幅趋缓。考虑到工业应用成本，选择反应时间为1 h。

2.4 PAM(聚丙烯酰胺)对砷去除率的影响(图4)

从图4可以看出，无论是对砷(Ⅲ)还是砷(Ⅴ)，阳离子型PAM209cc去除率明显高于阴离子型PAM603s，可以确定阳离子型PAM209cc为最佳类型。对于砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的去除，PAM209cc(0.1%)的最佳投加量分别为40 mL·L-1、20 mL·L-1。

3 结论

图3 反应时间对砷去除率的影响

图4 PAM类型和用量对砷去除率的影响

(1)采用三氯化铁去除废水中的砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)，对于砷(Ⅲ)废水，最佳工艺条件为：pH=9，nFe/As=2，反应时间1 h；对于砷(Ⅴ)废水，最佳工艺条件为：pH=8，nFe/As=2，反应时间1 h。在上述条件下，砷的去除率都可达99.2%以上。

(2)适合于铁砷沉淀物沉降的絮凝剂为阳离子型PAM209cc，对于砷(Ⅲ)废水的最佳投加量为40 mL·L-1,对于砷(Ⅴ)废水的最佳投加量为20 mL·L-1。

参考文献：

[1] 袁涛,罗启芳.环境砷对人体健康的影响[J].国外医学卫生学分册，1999，26(6)：321-323.

[2] Water Treatment Engineering and Research Group.Arsenic Fact Sheet[R].US Department of the Interior Bureau of Reclamation Technical Service Center.Denver，Colorado，2001.

[3] Smith A H.Feasibility of New Epidemiology Studies of at Low Levels Arsenic[M].San Antonio:American Water Works Association，1998:23-24.

[4] 廖自基.环境中微量重金属的污染危害与迁移转化[M].北京:科学出版社，1983:101.

[5] 夏光祥,方兆珩,石伟，等.难浸金矿的提金技术与展望[J].有色冶炼,2001,30(4):31-34.

[6] 聂静.硫酸生产中含砷废水处理方法[J].水处理技术,2005,31(12):5-7.

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[8] Rosehart R,Lee J.Effective methods of arsenic removal from gold mine wastes[J].Call Min J,1972,(6):53-57.