常温铁氧体法处理低浓度重金属废水的研究

杨 文

(湖南有色金属研究院，湖南长沙 410100)

目前处理废水的方法有:化学沉淀法、离子交换法、絮凝沉淀法、反渗透法等［1～4］。铁氧体法是日本电气公司研究的一种从废水中除去重金属离子的新技术，国内学者对铁氧体法去除重金属废水做了大量的研究。某冶炼厂产生大量的低浓度重金属废水，对该废水前期采用了化学沉淀法、离子交换法、吸附、膜分离等工艺，这些方法对去除重金属具有一定的效果，但同时也存在成本高，容易引起二次污染等问题。传统铁氧体法采用加热氧化中和，效果理想，但处理成本偏高。试验针对该冶炼厂产出的废水进行了研究，采用常温铁氧体法，能耗低、铁氧体渣稳定，无二次污染问题。

1 试验部分

1.1 废水水质

试验采用某冶炼厂的废水(现场废水池取样)，主要污染物成分见表1。

表1 某厂废水水质成分

1.2 试验药剂

硫酸亚铁和硫酸铁均为分析纯，用于调节废水Fe2+和Fe3+的摩尔比;NaOH为分析纯，用于调节溶液pH值。

1.3 试验方法

废水置于2 L的烧杯中，采用分析纯的Fe2(SO4)3和FeSO4控制废水溶液中Fe2+和Fe3+的量，搅拌加碱，控制加碱速度，调节pH值至碱性，即可形成黑色的铁氧体。

2 结果与讨论

2.1 Fe2+和Fe3+物质的量比的影响

在铁氧体中Fe2+和Fe3+是以一定物质的量比存在的，只有Fe2+和Fe3+在一定物质的量比才能形成，在［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］=10，NaOH作为调节剂，温度为室温(20℃)，搅拌30 min条件下，考察不同［Fe3+］∶［Fe2+］对重金属去除效果的影响，试验结果见表2。

表2 Fe3+和Fe2+物质的量比对重金属去除效果的影响

由表2可知，砷、铅、镉的去除率非常高，试验过程中发现沉淀为黑色、易沉淀的颗粒物质。当［Fe3+］∶［Fe2+］=2 时，砷、铅、镉的去除率最好，均大于97%，处理后的废水水质低于国家污水综合排放标准。

2.2 pH值的影响

以NaOH为pH值调节剂，在［Fe3+］∶［Fe2+］=2，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］=10 的条件下，温度为20℃，恒温搅拌30 min的条件下，考察pH值对重金属去除效果的影响，试验结果见表3。

表3 pH值对重金属去除效果的影响

由表3可知，pH值对砷、镉、铅的去除率影响很大，pH值越大，对重金属的去除效果越好，考虑到pH值过高，处理成本高，因此，确定最佳pH值为8.5～9.0。

2.3 Fe2+与 Pb2+、Cd2+、As3+、As5+物质的量比的影响

合适的条件下，Pb2+、Cd2+、As3+、As5+占据 Fe2+或Fe3+的晶格，形成铁氧体，同时还会发生砷酸根和亚砷酸根取代氢氧根与Fe3+形成沉淀等反应。由于废水中 Pb2+、Cd2+、As3+、As5+含量少，Fe2+加入量太少不足以形成大量的可沉降的铁氧体沉淀。在［Fe3+］∶［Fe2+］=2，pH=9，温度为 20 ℃，恒温搅拌30 min 的条件下，考察［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］对重金属去除效果的影响，试验结果见表4。

表 4 Fe2+与 Pb2+、Cd2+、As3+、As5+物质的量比对重金属去除效果的影响

由表4 可知，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］越高，砷、镉、铅的去除率越高，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］大于10时，重金属去除率增大不明显。

2.4 温度的影响

在［Fe3+］∶［Fe2+］=2，pH=9，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］=10，恒温搅拌 30 min 的条件下，考察温度对重金属去除效果的影响，试验结果见表5。

表5 温度对重金属去除效果的影响

由表5可知，温度对重金属的去除影响较小，温度在10℃以上，重金属的去除效果均理想。试验过程中发现，温度为50℃时，沉淀沉降较为慢，沉淀含水量大，适宜的温度为20℃。

3 结论

1．采用常温中和铁氧体处理重金属废水最佳工艺条件为:［Fe3+］∶［Fe2+］=2，pH=9，［Fe2+］∶［Pb2+、Cd2+、As3+、As5+］=10，温度20 ℃，搅拌时间为30 min。

2．该方法处理低浓度的重金属废水，铅、砷、镉去除率均达到97%以上，处理后的废水完全可以达到GB8978－1996《污水综合排放标准》，工艺具有沉淀速度快，易于分离，时间短等特点，是值得推广的工艺。

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