含砷废水处理工艺设计实例

张斐　王欣

摘   要：针对含砷废水，采用物理吸附配合高效除砷纳米材料的处理方法，处理效果好且不易造成二次污染，可满足水质、水量的变化，能够为我国含砷废水处理的设计提供借鉴。

关键词：含砷废水;吸附;二次污染

冶金、采矿、化工、染料和皮革等行业在生产过程中都会产生大量含砷的废水，如不妥善处理，将会对土壤、水体产生严重污染，影响农作物的生长，威胁人类和动物的健康[1]。GB 5749—2006和GB 8978—1996中分别规定饮用水和排放废水中砷的质量浓度不能超过0.01×10-6和0.5×10-6 kg/m3。

目前，去除水体中砷的方法主要有硫化物沉淀法[2]、钙—铁盐联合除砷法[3]、吸附除砷法[4]、离子交换法[5]、微滤法[6]以及除砷剂除砷法[7]等。但硫化物沉淀法和钙-铁盐联合除砷法产生的含砷固体废物中的砷易脱出，造成二次污染。本文主要介绍了采用高效除砷过滤器处理含砷废水的工程实例。

1    设计依据

（1）进水原水中As含量：3～4 mg/L，TDS：4 000～ 6 000 mg/L。

（2）出水As含量排放标准：≤0.4 mg/L;处理水量：20 m3/h。

2    工艺方案说明

工艺流程如图1所示。

2.1  一体化综合池

一体化综合池由调节池、沉淀池、出水池3部分组成。原水先进入调节池进行均质，再由泵加压抽入到砂滤过滤器中。砂滤过滤器、活性炭过滤器反洗的出水进入到沉淀池中，悬浮物在此处进行自然沉降，沉淀池出水再次进入到调节池。活性炭过滤器的出水进入到出水池，在此取水样进行出水监测，合格后排入管网，若不合格再次进入到高效除砷过滤器。

2.2  砂滤过滤器

砂滤过滤器以不同颗粒的大小滤料，从上到下、由小而大依次排列。当水从上流经滤层时，水中部分固体悬浮物质进入上层滤料形成的微小孔眼，受到吸附和机械阻留作用被滤料的表面层所截留。同时，这些被截留的悬浮物之间又发生重叠和架桥等作用，就如同在滤层的表面形成一层薄膜，继续过滤水中的悬浮物质，这就是所谓滤料表面层的薄膜过滤。这种过滤作用不仅滤层表面有，当水进入中间滤层也有这种截留作用，为区别于表面层的过滤，称为渗透过滤作用。此外，由于滤料彼此之间紧密地排列，水中的悬浮物颗粒流经滤料层中弯曲的孔道时，就有更多的机会和时间与滤料表面相互碰撞和接触，于是，水中的悬浮物在滤料的颗粒表面与凝絮体相互黏附，从而发生接触混凝过滤过程。砂滤过滤具有技术成熟、运行稳定、投资规模小等优点。砂滤需要反洗，反洗出水进入一体化池中的沉淀池。

2.3  高效除砷过滤器

高效除砷过滤器内装有新型特种高效除砷纳米材料。当水从上流经滤层时，水中部分的砷受到吸附作用被滤料吸附。该种滤料优点是吸附容量大，一年仅需要1～2次再生修复，每次再生水量为10 t左右，由于现场空间有限，不建议对再生水设计深度处理，再生产生的废水应直接由废液处理公司回收。

2.4  活性炭过滤

活性炭过滤器是一种较常用的水处理设备，内部填充活性炭，作为水处理脱盐系统的前处理，能够吸附前级过滤中无法去除的余氯，可有效保证后级设备的使用寿命，提高出水水质，防止污染，特别是防止后级反渗透膜等的游离态余氧中毒污染;同时，还吸附从前级泄漏过来的小分子有机物等污染性物质，对水中异味、胶体及色素、重金属离子等有较明显的吸附去除作用。

3    系统组成说明

3.1  一体化综合池

（1）数量：1台。

（2）材质：碳钢（玻璃钢防腐）。

（3）规格：50 m3。

（4）调节池提升泵：Q=30 m³/h，H=30 m，数量为2台（1用1备）。

（5）沉淀池自吸式排泥泵：Q=8 m³/h，H=10 m，数量为2台（1备1用）。

（6）反洗泵：规格：Q=25 m³/h，H=12 m，数量为2台（1用1备）。

（7）回流泵：Q=30 m³/h，H=30 m，数量为2台（1用1备）。

3.2  砂滤过滤器

3.2.1  本体设计

（1）数量：1台。

（2）材质：碳钢（玻璃钢防腐）。

（3）规格：￠1 800 mm，直边高度1 800 mm。

（4）填料：采用粒径为￠4～￠32 mm的卵石作为支撑层，采用粒径为￠0.8～￠4 mm的石英砂作为滤料。

（5）附件：压力表、管路、阀门等。

3.2.2  系统工艺及反洗装置

运行时，单台设备出力30 m3/h，运行流速12 m/h。当进出口压差达到一定值或出水濁度升高时，系统进行反冲洗，反洗时间大约为15 min。反洗时，开启反洗泵，通过压缩空气辅佐进行反冲洗，反洗水强度为10 L/（m2·s），压缩空气强度为10 L/（m2·s），反冲洗时间15 min，分3个阶段进行，气水合洗、气洗、水洗，时间各5 min。

3.3  高效除砷过滤器

3.3.1  本体设计

（1）数量：2台。

（2）材质：碳钢（玻璃钢防腐）。

（3）规格：￠1 800 mm，直边高度2 400 mm。

（4）填料：采用高效除砷滤料。

（5）附件：压力表、管路、阀门等。

（6）配套设备：修复再生加药装置一套。

3.3.2  系统工艺及反洗装置

两台过滤器为串联。运行时，单台设备出力为30 m3/h，运行流速12 m/h;当吸附饱和时，需要进行再生修复。

3.4  活性碳过滤器本体设计

数量：1台。材质：碳钢（玻璃钢防腐）。规格：￠1 800 mm，直边高度1 800 mm。填料：采用粒径为￠4～￠32 mm的卵石作为支撑层，采用粒径为￠1～￠4 mm的石英砂、10～40目活性炭作为滤料。附件有压力表、温度表、管路、阀门等。其中，系统工艺及反洗装置运行时，单台设备出力为30 m3/h，运行流速是12 m/h。当进出口压差达到一定值或出水浊度升高时，系统进行反冲洗，反洗时间大约为15 min。

3.5  在线监测仪表

为监测系统的正常运行状况并辅助系统实现一定条件下的自动运行，在系统中相应的控制点设计配备了相关的现场在线检测与控制仪表。为使所有现场检测数据均能通过可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）集中处理，现场监测仪表部分输出4～20 mA标准信号。

监测仪表：（1）液位计（安装于调节池）1个;（2）电磁流量计（安装于进水管路）1个;（3）pH在线监测仪1个（安装于吸附反应池）。

3.6  电气控制系统

系统自动控制选用PLC程序控制器实现自动与手动结合的运行控制模式，对于现场在线检测仪表采集的标准信号予以集中处理，并输出控制信号及报警信号，当系统供水不足、进膜压力超标时系统均可自动报警。费用估算如表1所示。

4    结语

含砷废水是一类较难处理的工业废水。采用物理吸附配合高效除砷纳米材料处理含砷废水，处理效果好，且不易脱出。在保证处理效果的同时，能耗及运行成本都较低，运行操作管理简单可靠，能够为含砷废水处理的设计提供借鉴。

[参考文献]

[1]宣昭林，刘  戎，李艷杰.砷化物及其毒性[J].中国地方病防治杂志，2004，19（3）：162-163.

[2]郑雅杰，崔  涛，彭映林.二段脱铜液还原结晶法脱砷新工艺[J].中国有色金属学报，2012，22（7）：2 103-2 108.

[3]王小平，周振联.铁盐法除砷中和渣的资源化制砖[J].环境工程，2003，21（5）：46-48.

[4]欧阳通.稀土材料氢氧化铈吸附水中亚砷酸与砷酸阴离子的特性效果[J].环境科学，2004，25（6）：43-47.

[5]姜  浩，廖立兵，王素萍.低聚合羟基铁离子—蒙脱石复合体吸附砷的实验研究[J].2002，31（6）：593-601.

[6]吴水波.混凝—微滤工艺的饮用水除砷研究[D].天津：天津大学，2007.

[7]樊荣涛，闫惠珍，岳银玲，等.改进型除砷剂的研究[J].中国卫生检验，2005，15（9）：1 128-1 129.