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铁炭微电解催化氧化-絮凝法去除铜冶炼废水中砷的研究

作　者: 张瑾
导　师: 徐晓军
学　校: 昆明理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 铜冶炼废水模拟废水微电解铁炭絮凝砷
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

铜冶炼废水是一种典型的高砷高酸高重金属的有毒有害废水,特别是废水中的砷难以去除,目前多采用沉淀法处理,但存在回用困难,特别是低浓度废水难以处理达标的问题。本文采用废铁屑和活性炭组成的微电解床,并通入空气催化氧化亚砷酸根为砷酸根,使之与溶液中的阳离子,主要是与Fe2+氧化生成的Fe3+结合成沉淀,达到更容易去除的目的。铜冶炼废水成分复杂,为了排除其它离子的干扰,单独考察微电解对溶液中砷的影响,用As2O3模拟实际废水中砷的含量配制溶液。对于模拟废水研究的结论如下：①条件试验得出,铁炭比=1:1.5、铁砷比=25:1、曝气时间=1.5h、反应pH=4时除砷效果最好,最佳除砷效率为33.15%；②通过直接絮凝和微电解絮凝对比试验,得出微电解能够提高溶液中砷的去除效率；③通过变化反应条件,得出除去活性炭吸附的影响,微电解对溶液中砷的去除仍有明显效果；④干扰离子试验证明,模拟废水加入Fe2+/Fe3+和Zn2+对微电解影响不大,但是有利于絮凝,所以,除砷效率比不加金属离子稍高；模拟废水加入Pb2+、Cu2+明显促进微电解反应,除砷效率大大提高。对于铜冶炼废水得出的结论如下：①条件试验证明铁炭微电解絮凝法处理铜冶炼废水在铁炭比=1:2、铁砷比=60:1、曝气时间=2h、反应pH=3、絮凝pH=9时除砷效果较好；②微电解和絮凝两个阶段的除砷效率分别为68.01%和99.85%,高于石灰乳直接调节pH的除砷效率,证明曝气微电解的作用；考察用石灰乳调节微电解pH值的效果,结果为0.60mg/L,对实际应用有一定的指导作用；③改变微电解条件,分别直接曝气、加活性炭曝气、加铁屑曝气,处理后证明铁屑微电解具有较好的效果；④铁屑和活性碳可以重复利用处理四次,且除砷效果逐渐增强,证明原电池兼有催化氧化作用,第五次以后,铁炭失去原电池作用；⑤再生的活性炭用于微电解除砷效率比新鲜活性炭稍差,溶液剩余砷浓度为0.56mg/L。⑥铁炭曝气微电解絮凝处理另一厂家的低浓度铜冶炼厂废水,在最佳条件下处理后剩余砷浓度为0.36mg/L,证明此方法亦适用于低浓度废水；⑦根据以上试验结果,设计出微电解反应器的结构,并初步设计一套二段式微电解处理铜冶炼废水的工艺。通过XPS分析、元素能谱分析、EDS分析和EMS分析技术,证明：①微电解过程能够催化氧化As(Ⅲ)为As(Ⅴ),另外,微电解后铁屑表面物质含有砷,以砷酸盐沉淀的形式存在,活性炭表面的砷可能是砷酸根和砷酸盐,同时铁屑和活性炭表面都有一些金属元素,参与微电解过程中的催化氧化作用；②逐步分析砷的存在形式和去除方式,微电解反应阶段砷以简单砷酸盐和铁与砷的络合物的形式存在,通过与氢氧化铁紧密结合,过滤共同除去；絮凝阶段,铁和剩余砷形成高聚物沉淀除去,同时,铁水解也会形成高聚物,能够吸附、网捕溶液中剩余的砷,两种方式都能达到除砷的目的,同时两种高聚物存在协同和竞争关系。研究成果为铜冶炼废水的处理提供了一种新思路,不仅可解决处理不达标的问题,而且可回收铜,所用铁屑价格低廉,此法具有较高的经济效益和环境效益。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
目录  9-12
第一章概述  12-28
  1.1 砷的环境特征  12-15
    1.1.1 砷单质及其化合物概况  12-13
    1.1.2 砷的存在  13-14
    1.1.3 砷的毒性  14-15
    1.1.4 砷的环境标准  15
  1.2 含砷废水污染及治理现状  15-17
    1.2.1 污染现状  15
    1.2.2 主要治理技术  15-17
  1.3 铜冶炼废水一般特征及主要处理方法  17-21
    1.3.1 废水的产生与特征  17-18
    1.3.2 处理与回用技术  18-21
  1.4 微电解法处理废水的应用发展概况  21-27
    1.4.1 曝气微电解机理  21-23
    1.4.2 微电解机理研究  23-24
    1.4.3 电极改性或投加助剂强化微电解反应  24-26
    1.4.4 微电解法的优缺点  26-27
  1.5 研究目的和意义  27-28
    1.5.1 研究目的  27
    1.5.2 研究意义  27-28
第二章试验方法、内容、材料和分析方法  28-34
  2.1 试验方法  28-29
    2.1.1 模拟废水  28
    2.1.2 铜冶炼废水  28-29
  2.2 试验内容  29-30
    2.2.1 模拟废水  29
    2.2.2 铜冶炼废水  29-30
  2.3 试验材料  30-32
    2.3.1 试验水样和材料制备  30
    2.3.2 试验药品  30-31
    2.3.3 试验仪器设备  31-32
  2.4 分析测定方法  32-34
第三章微电解絮凝法处理模拟废水  34-41
  3.1 单因素除砷效果分析  34-37
    3.1.1 铁炭比  34-35
    3.1.2 铁砷比  35
    3.1.3 曝气时间  35-36
    3.1.4 反应pH值  36-37
  3.2 单一絮凝与曝气微电解絮凝效果比较  37
  3.3 原电池对除砷效果的影响  37-38
  3.4 Fe~(2+)/Fe~(3+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)和Pb~(2+)的催化作用研究  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章微电解絮凝法处理高砷冶炼废水  41-54
  4.1 单因素对剩余砷浓度的影响分析  41-46
    4.1.1 铁炭比  41
    4.1.2 铁砷比  41-42
    4.1.3 曝气时间  42-43
    4.1.4 反应pH值  43-45
    4.1.5 絮凝pH值  45-46
  4.2 验证试验  46-47
  4.3 石灰乳对除砷效果的影响  47-49
    4.3.1 分阶段比较除砷效果  47-48
    4.3.2 直接用石灰乳处理废水  48
    4.3.3 石灰乳调节微电解pH值  48-49
  4.4 活性炭对砷去除的影响  49
  4.5 铁和炭多次利用试验研究  49-50
  4.6 活性炭的再生与再利用  50
    4.6.1 活性炭的再生  50
    4.6.2 再生活性炭微电解效果  50
  4.7 低浓度冶炼废水试验  50-51
  4.8 铜冶炼废水处理工艺设计  51-52
  4.9 小结  52-54
第五章理论研究  54-76
  5.1 砷和铁在水溶液中的形式及电势—pH图分析  54-61
    5.1.1 砷的存在形式  54-56
    5.1.2 铁(Ⅲ)的存在形式  56
    5.1.3 电势-pH图的原理和应用  56-61
  5.2 微电解研究  61-69
    5.2.1 X射线光电子能谱(XPS)分析  61-64
    5.2.2 元素能谱分析(EMA)  64-65
    5.2.3 铁炭扫描电子显微镜(EMS)分析和能谱分析(EDS)  65-69
  5.3 絮凝原理  69-74
    5.3.1 阳离子沉淀作用  69-70
    5.3.2 Fe(OH)_3的水解与聚合  70-72
    5.3.3 不同反应阶段砷(Ⅴ)酸根与Fe~(3+)的作用  72-74
  5.4 小结  74-76
第六章结论和建议  76-79
  6.1 研究结论  76-77
  6.2 问题和建议  77-79
参考文献  79-85
致谢  85-86
硕士期间的研究成果  86

铁炭微电解催化氧化-絮凝法去除铜冶炼废水中砷的研究

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