含砷污水的混凝—氧化—吸附处理研究

论文摘要

自然环境中,由于砷超标引起的污染事件日益增多,尤其当水体中砷超标后,使该水体成为含砷污水后,给水体带来的污染更为严重,也给人们生产生活带来很大的影响,含砷污水的治理已经成为当前水处理中急需首要解决的问题。本课题研究针对阳宗海含砷泉涌水的含砷浓度较高,不含或含量很低的其它重金属离子等特点,选用了混凝-氧化混凝-陶粒吸附联合处理新工艺,对铁盐混凝、氧化作用下铁盐混凝、陶粒滤料吸附除砷试验进行了研究。并对工艺处理后产生的含砷废渣稳定性、含砷废渣处置方法、试验机理和本工艺的经济成本进行了初步探讨。一次混凝沉淀试验结果表明：硫酸铁混凝试验处理含砷污水的最佳处理条件为：pH控制在7.8左右,混凝沉淀时间90 min,硫酸铁投加量为17 g·L-1,此时砷去除效果最好,砷去除率达到61.7%；氯化铁混凝沉淀试验处理含砷污水的最佳处理条件为：pH控制在7～8之间,氯化铁投加量为14 g·L-1,混凝沉淀时间100 min,此时砷去除效果最好,砷去除率为61.2%；聚合硫酸铁混凝沉淀试验处理含砷污水的最佳处理条件为：pH控制在6.5～8.5之间,聚合硫酸铁投加量为15 g·L-1,混凝沉淀时间90 min,此时砷去除效果最好,砷去除率为65%。通过对一次混凝试验中三种铁盐混凝剂的最佳处理条件和在此条件下得到的砷去除率等因素进行综合考虑,选用聚合硫酸铁作为本次研究的混凝剂。在一次混凝沉淀试验的基础上,选用曝气氧化和H2O2氧化两种方式对水样中As（Ⅲ）进行氧化,考察在氧化条件下混凝除砷的效果。试验结果表明：曝气氧化的最佳处理条件为pH在6.7～8.2之间,曝气时间为100 min,曝气量为0.1 m3/h·L,此时砷的去除率为51.3%；H2O2氧化的最佳处理条件为pH值为4.5,氧化反应时间为30min, H2O2投加量为24 mL·L-1,在此条件下,砷去除率达到50.3%。通过对两种氧化方式进行比较,曝气氧化的最佳pH值在6.7～8.2之间,而原水样的pH值在6.5～7.5之间,范围比较接近；而H2O2氧化中所需要的最佳pH值较低,试验中需要加入大量的酸来调节水样的pH值。从处理的效果来看,两者砷去除率差不多,曝气氧化为51%,H2O2氧化为50.3%。综合考虑,氧化方式最终选用曝气氧化。在二次混凝沉淀中,首先确定曝气氧化的最佳条件。选用聚合硫酸铁作为混凝剂,分别从pH值、混凝时间和聚合硫酸铁投加量考察其对砷去除效果的影响。试验结果表明：最佳的二次混凝条件为pH在7.6左右,混凝时间100 min,聚合硫酸铁投加量为14 g·L-1,此时砷的去除率达到了51.7%,出水砷浓度为1.4 mg·L-1。二次混凝沉淀后出水的砷浓度为1.4 mg·L-1,仍不能达到污水综合排放标准规定的0.5 mg·L-1。选用陶粒滤料对二次混凝沉淀出水作进一步处理。试验结果表明：静态试验中当陶粒粉投加量5 g,pH值为6.5,焙烧温度700℃,吸附平衡时间90 min时,经处理后的含砷水样剩余砷浓度为0.51 mg·L-1；动态试验中当滤层厚度为60 cm时,砷去除率为38.6%,砷剩余浓度仅为0.31 mg·L-1。采用混凝-氧化-陶粒粉吸附联合处理含砷污水,进水砷浓度为8.3 mg·L-1,出水砷浓度为0.31 mg·L-1,总的去除率达到96.3%。研究结果表明：含砷废渣的稳定性较强,通过对目前国内外含砷废渣的各种处置方法进行比较,综合考虑,本试验产生的废渣可采用固化或填埋两种方法；并对试样混凝机理和氧化机理进行了探讨,从处理成本上对本试验进行了分析,结果显示,处理1L含砷污水所需的成本约为0.126元,低于其他方法处理含砷污水的费用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 国内外砷污染现状
• 1.2 含砷污废水概述
• 1.2.1 水体中砷的形态特征及其危害分析
• 1.2.2 含砷污水相关排放标准
• 1.3 国内外含砷污废水主要处理方法研究进展
• 1.3.1 化学处理法
• 1.3.1.1 化学沉淀法
• 1.3.1.2 铁氧体法
• 1.3.1.3 硫化物沉淀法
• 1.3.1.4 混凝共沉淀法
• 1.3.2 物化处理法
• 1.3.2.1 吸附法
• 1.3.2.2 离子交换法
• 1.4 混凝剂的选择、混凝机理及影响因素
• 1.4.1 混凝剂的选择
• 1.4.2 混凝机理
• 1.4.3 混凝效果的影响因素
• 1.5 陶粒滤料性质及其应用
• 1.5.1 陶粒滤料的来源及理化性质
• 1.5.2 陶粒滤料的特点
• 1.5.3 陶粒滤料的应用
• 1.6 本课题的研究内容及意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究意义
• 1.6.3 论文创新之处
• 第二章 试验材料及分析方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验仪器及试验试剂
• 2.2.1 试验仪器
• 2.2.2 试验试剂
• 2.3 试验工艺流程
• 2.4 试验分析方法
• 2.4.1 总砷的分析测定方法
• 2.4.2 pH值的测定方法
• 2.5 去除率及吸附量的计算方法
• 2.6 试验方法
• 第三章 一次混凝除砷试验研究
• 3.1 硫酸铁混凝沉淀试验
• 3.1.1 pH值对砷去除效果的影响
• 3.1.2 混凝时间对砷去除效果的影响
• 3.1.3 投加量对砷去除效果的影响
• 3.2 氯化铁混凝沉淀试验
• 3.2.1 pH值对砷去除效果的影响
• 3.2.2 投加量对砷去除效果的影响
• 3.2.3 混凝沉淀时间对砷去除效果的影响
• 3.3 聚合硫酸铁（PFS）混凝沉淀试验
• 3.3.1 pH值对砷去除效果的影响
• 3.3.2 混凝沉淀时间对砷去除效果的影响
• 3.3.3 投加量对砷去除效果的影响
• 3.4 混凝剂的选择
• 3.5 高分子助凝剂PAC的应用试验
• 3.5.1 PAC对混凝沉淀效果的影响
• 3.5.2 PAC对沉淀速度的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 氧化-二次混凝除砷试验研究
• 4.1 曝气氧化
• 4.1.1 pH值对砷去除效果的影响
• 4.1.2 曝气时间对砷去除效果的影响
• 4.1.3 曝气量对砷去除效果的影晌
• 2O₂氧化'>4.2 H₂O₂氧化
• 4.2.1 pH值对砷去除效果的影响
• 4.2.2 氧化时间对砷去除效果的影响
• 2O₂投加量对砷去除效果的影响'>4.2.3 H₂O₂投加量对砷去除效果的影响
• 4.3 氧化方式的选择
• 4.4 氧化后二次混凝条件的确定
• 4.4.1 pH值对砷去除效果的影响
• 4.4.2 混凝时间对砷去除效果的影响
• 4.4.3 聚合硫酸铁投加量对砷去除效果的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 陶粒粉吸附深度处理含砷水试验研究
• 5.1 陶粒粉吸附静态试验
• 5.1.1 焙烧温度对砷去除效果的的影响
• 5.1.2 投加量对砷去除效果的的影响
• 5.1.3 吸附时间对砷去除效果的的影响
• 5.1.4 pH值对砷去除效果的的影响
• 5.2 陶粒粉吸附等温线试验
• 5.2.1 吸附等温线的绘制
• 5.2.2 吸附等温线的Langmuir拟合
• 5.3 陶粒粉吸附动态试验
• 5.3.1 动态实验对砷去除率的影响
• 5.3.2 动态实验对穿透曲线的确定
• 5.4 本章小结
• 第六章 含砷废渣稳定性及处置研究
• 6.1 含砷废渣毒性浸出试验
• 6.2 PH值对浸出毒性参数的影响
• 6.3 含砷废渣处置方法选择
• 6.4 本章小结
• 第七章 试验机理与经济性分析探讨
• 7.1 试验机理分析
• 7.1.1 混凝机理
• 7.1.2 氧化机理
• 7.1.3 吸附机理
• 7.2 试验经济性分析
• 第八章 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文