论文部分内容阅读
在金属冶炼、化工制酸等工业生产过程中产生大量酸性含砷废水。其特点是酸性强、砷浓度高、产生量大，此类废水处理困难。目前处理此类废水使用最广的方法为中和沉淀法，但此方法产生大量的含砷废渣，且酸液被中和后不能回收利用，造成资源浪费。五硫化二磷(P2S5)遇水水解为H3PO4和H2S，H2S则与溶液中的As(Ⅲ)/As(Ⅴ)反应生成As2S3沉淀，使砷得以去除，大大减少沉渣的产生，且含有硫酸的磷酸可以回收利用于磷肥的生产，有望实现酸液的零排放。本研究选取P2S5为除砷药剂，主要研究P2S5用于酸性废水中砷去除所需的药剂量、除砷时间、生成絮体的粒径变化以及除砷机理;进一步研究了紫外光照对P2S5的水解作用、砷的去除速率以及反应生成絮体的聚集作用的影响，并对P2S5应用于实际酸性废水中砷的去除做了进一步研究，取得的研究成果如下: (1)研究了不同P2S5投加量、不同酸浓度、不同初始砷浓度对P2S5净化酸性含砷废水的影响。研究结果表明，由于As(Ⅲ)/As(Ⅴ)与P2S5反应生成的As2S3包裹于P2S5表面，并且在As(Ⅴ)去除过程中产生的单质硫也会包裹于P2S5表面，阻碍P2S5的水解，因此需按过量系数为0.66投加P2S5才可使砷的去除率达99％以上。此外，在0.05mol·L-1～7.5mol·L-1硫酸浓度范围内、10mg·L-1～1000mg·L-1初始砷浓度范围内，P2S5均适用于酸性含砷废水中砷的去除。 (2)研究了反应时间对P2S5除砷效果的影响及生成絮体颗粒粒径的变化。结果表明，P2S5去除As(Ⅲ)用时较短，但As(Ⅴ)的去除需先转化为As(Ⅲ)，而中间产物H3AsO3S的形成及转化速率较慢，因此导致As(Ⅴ)的去除速率极慢。此外，在As(Ⅲ)-P2S5、As(Ⅴ)-P2S5体系中絮体颗粒的粒径增长缓慢，反应进行30min后絮体颗粒的平均粒径分别为88μm、41μm，不利于絮体的聚集与分离。 (3)研究了紫外光照对P2S5水解作用的影响。研究发现，紫外光照对P2S5的水解具有明显的促进作用。紫外光照条件下，酸性无砷溶液中，P2S5的水解率由64.5％提升到81.0％，且水解完成时间由60min缩短到30min。因此，紫外光照提高了溶液中H2S的产量及产生速率，使得更少的P2S5投加量及更短的反应时间可达到同样的除砷效果。 (4)研究了紫外光照对除砷速率的影响。研究结果表明，紫外光照对As(Ⅲ)及As(Ⅴ)的去除速率均有提高，对As(Ⅴ)更为明显。对于As(Ⅲ)，紫外光照提高了P2S5的水解速率，提高溶液中H2S的产生速率，缩短As(Ⅲ)的去除时间。对于As(Ⅴ)，在紫外光照条件下，光诱导产生的HS·自由基和·H自由基促进As(Ⅴ)去除过程中H3AsO3S的形成和转化，且加速S(-Ⅱ)和As(Ⅴ)之间的电荷转移过程，大大缩短As(Ⅴ)的去除时间。 (5)研究紫外光照对P2S5-As(Ⅲ)、P2S5-As(Ⅴ)体系中絮体颗粒聚集作用的的影响。研究发现，紫外光照条件下，生成絮体颗粒的平均粒径得到明显提升。通过对P2S5-As(Ⅲ)、P2S5-As(Ⅴ)两体系反应完成后上清液的浊度变化测试发现，紫外光照条件下，絮体的聚集作用明显提高，更有利于后续的固液分离处理。