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燃煤电厂湿法脱硫废水中砷的脱除技术研究进展

关注:日期:2018-03-20

基于近几年国内外关于砷脱除研究文献,简要综述氧化法、沉淀法、吸附法、生物处理法在废水除砷中的应用。针对国内燃煤电厂脱硫废水处理现有的工艺条件,总结了砷在整个废水处理流程中的脱除方式,并对存在的不足提出几点建议。

关键词:脱硫废水;砷;脱除技术

国内现行燃煤机组脱硫设备对砷去除率低,大部分砷会在石膏中富集,脱硫废水中仍残留部分未除去的砷,处理难度大。目前,我国燃煤电厂废水排放标准对砷的排放限值是0.5mg/L,2015年美国环保署发布的最新修订执行的蒸汽发电电厂脱硫废水中砷的排放限值为4.0μg/L,仅为国内标准的1%,对脱硫废水中的砷的脱除提出了更高的要求。因此如何经济高效地去除脱硫废水中的砷,进一步降低砷的排放以及做到零污染排放引起业界关注。

1 废水中脱砷常用方法

1.1 氧化法

研究表明,3价砷的毒性比5价砷高出60倍,很多试剂对3价砷的去除作用较差,但对5价砷的脱除效果要好得多。因此通常会设置预氧化装置将3价砷转化为5价砷,继而进行后续处理。

为避免氧化过程后氧化剂残留或产生有害副产物,氧成为除砷首选氧化剂,但由于溶解氧的氧化动力学缓慢,需要寻找合适的催化剂加速反应。现行燃煤电厂废水处理多使用曝气池处理,同时可降低脱硫废水中因还原态无机物引起的高COD值。熊鹏等进行了空气氧化As (III)相关氧化动力学实验,结果表明,pH对曝气氧化水中的砷无明显影响,而光照对砷的氧化起到了重要的作用。在太阳光的照射下,Ti02等催化剂可以吸收光能并以一定波长释放,将水中溶解氧离子化,以自由基形式对砷进行氧化转化。氧气可以吸收紫外线能量形成臭氧,李多松等困利用紫外线照射分解臭氧产生的活性氧促进As(III)的氧化,同时向体系中加入H2O2,两者发生快速协同氧化作用,大大缩短了氧化时间。

氧化法除砷是一种行之有效的辅助方法,但存在成本高、工序烦琐等缺点,于是有人提出在光催化氧化体系中同时加入吸附剂进行除砷,同步完成As(III)的氧化和As(V)的吸附去除,避免吸附剂制备过程中复杂的固液分离和干燥操作。王彦骇等设计合成的铁掺杂的钦酸纳米管(Fe -TNTs)在光催化30min过程中即可将As(III)完全氧化成As(V),AsV)继而可通过Fe-TNTs的静电引力作用吸附被同步去除,同时As(III)通过配位作用被Fe-TNTs吸附去除,简化处理流程。表1对水中砷处理过程常见氧化方法的优缺点进行了比较总结。


1. 2 沉淀絮凝法

沉淀法是利用可溶性砷可与某些离子形成难溶化合物的特性,通过向废水中加入沉淀剂除去溶液中砷的方法,是一项水污染处理应用广泛的传统工艺。主要包括石灰软化法、铁氧体法、铝盐法、硫化法等。国内第一类污染物砷排放允许值为0.5mg/L,相比国外标准要求偏低,具有经济效益高、工艺简单、效率较高等优势的钙沉淀法是不二选择,同时对脱硫废水中铬、铜、汞、锌以及其他金属离子也有一定的去除能力,残余浓度处于中等水平,但存在高pH条件下两性金属氢氧化物的反溶现象,因此操作必须调节pH至最佳范围。

实践证实,以铁盐为基础的除砷方法是现行废水砷处理最合理有效的办法,工业上常使用铁系沉淀絮凝剂。铁盐尤其是3价铁可以与As(V)形成溶度积极小的砷酸铁沉淀,同时在合适pH条件下会生成大量的Fe-OH胶体,如氢氧化亚铁、氢氧化铁以及其他形态的各种单核或多核离子态配合物,它们通过压缩双电层、电性中和、吸附架桥、絮体网捕卷扫等作用机理与生成的砷酸铁颗粒物之间发生共沉淀,从而有效提高除砷效能。实践表明,pH对FeCl3絮凝除砷效果影响最为显著,有人提出2种作用机制:在pH=3.0-9.5,As(V)主要以双齿,双核方式吸附在氢氧化铁上;pH>9.5时,As(V)主要与Ca2+和Mg2+形成沉淀而被去除。刘辉利等则认为在中性偏酸条件下吸附效果最好,中性和酸性条件下As(V)可能是以双配位表面络合的质子化的FeO2As (O) (OH)-和非质子化的FeO2As(O)2-形态存在于氢氧化铁表面,发生表面沉淀和化学吸附作用。

表2为常见絮凝沉淀方法的优缺点对比。



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