强酸性高砷废液净化回用及沉砷机理研究

发布时间：2017-08-19 04:17

  本文关键词：强酸性高砷废液净化回用及沉砷机理研究

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【摘要】：针对强酸性高含砷废液,目前常用的处理方法会产生大量的低品位含砷废渣,经处理后的滤液无法利用只能外排,不但造成砷和酸的大量浪费,还会对环境造成污染隐患。为获得较好的除砷效果,实现酸的回用及砷的回收,本研究选用硫化氢作为除砷药剂,通过静态实验,考察了反应压力、反应温度、反应时间、硫酸浓度及初始砷浓度等因素对强酸性高含砷废液中砷(V)的去除效果影响;同时采用石英砂为滤料进行上向流过滤实验,考察了石英砂上向流过滤对硫化氢除砷反应后悬浊液的固液分离效果及滤池的运行稳定性;最后将实验结果进行分析拟合,探讨硫化氢沉砷机理。通过研究,获得以下主要的结论和认识:(1)当反应压力为0.22 Mpa、反应温度为45°С、反应时间为30 min、溶液硫酸浓度在2~20%范围内时,砷的去除效果均在98.1%以上,且溶液中初始砷含量越高,经处理后溶液中剩余砷浓度越低,初始砷浓度为0.5 g/L时,处理后砷的含量为9.1mg/L,当废液中初始砷浓度为10 g/L时,处理后砷的含量为2.1 mg/L。(2)选用石英砂作为上向流过滤滤料,使用滤料粒径为0.71~1.60 mm,滤层厚度大于等于120 cm,L/d大于1100时,可获得较高的滤速及较低的水头损失,且当滤速为12.1 m/h时,处理及运行效果最佳,出水水质可达1 NTU以下,运行周期达12h,能够获得较高的周期产水量。滤池截污作用主要集中在下部90 cm的滤层中,而上部30 cm范围内截污量少,主要起到保护出水水质的作用。(3)强酸性溶液中砷主要以砷酸(H3As O4)形式存在,与硫化氢的反应产物为As2S5。当反应温度为25和50°С时,溶液砷浓度对数与反应时间存在线性关系,线性回归分析相关系数R2分别为0.993和0.980,相关性较好;当温度为75°С时,溶液中硫化氢溶解度降低,反应速率受到S2-浓度的限制,线性回归分析相关系数R2为0.722,线性相关性较差。在不考虑温度对硫化氢溶解度的影响下,认为该化学沉淀反应为一级反应。(4)在初始砷浓度较高(大于等于0.5 g/L)的条件下,颗粒的生长过程以团聚为主,溶液中硫酸浓度越高越利于颗粒团聚的发生,从而形成密实的大粒径颗粒,溶液中Cd2+、Mn2+和Cu2+的存在有利于沉淀颗粒间的团聚,但Cu2+浓度增大不利于颗粒间团聚的发生,Zn2+的存在不利于颗粒间团聚的发生。溶液中存在Cd2+、Mn2+、Cu2+和Zn2+时,沉淀产物中未发现或含有极少量上述元素,即采用硫化氢作为药剂除砷具有较好的选择性,废渣含砷品位高,有利于砷的回收。
【关键词】：高砷废液 硫化氢 净化回用 上向流过滤 沉砷机理
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X758
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 符号与说明12-13
• 1 绪论13-27
• 1.1 选题来源与研究意义13
• 1.1.1 选题来源13
• 1.1.2 研究意义13
• 1.2 环境中砷的来源及危害13-16
• 1.2.1 环境中砷的来源及形态13-15
• 1.2.2 砷的毒理作用及危害15-16
• 1.3 强酸性含砷废液的来源、特点和危害16
• 1.4 酸性含砷废液处理方法综述16-20
• 1.4.1 化学沉淀法16-18
• 1.4.2 物理吸附法18-19
• 1.4.3 生物法19
• 1.4.4 含砷废渣处理现状19-20
• 1.5 上向流过滤技术概述20-22
• 1.5.1 过滤机理21
• 1.5.2 过滤技术在水处理中的应用21-22
• 1.6 反应沉淀(结晶)概述22-24
• 1.6.1 成核过程22-23
• 1.6.2 晶体生长机理23
• 1.6.3 团聚过程23-24
• 1.6.4 破裂过程24
• 1.7 研究内容及基本思路24-25
• 1.7.1 研究内容24-25
• 1.7.2 技术路线25
• 1.8 论文创新点25-27
• 2 硫化氢净化除砷效果研究27-37
• 2.1 概述27
• 2.2 实验部分27-32
• 2.2.1 实验材料27-28
• 2.2.2 实验仪器28
• 2.2.3 原子荧光法测定砷的浓度28-30
• 2.2.4 实验方案30-32
• 2.3 结果与讨论32-35
• 2.3.1 反应压力对除砷效果的影响32-33
• 2.3.2 反应温度对除砷效果的影响33
• 2.3.3 反应时间对除砷效果的影响33-34
• 2.3.4 硫酸浓度对除砷效果的影响34-35
• 2.3.5 废液初始砷浓度对除砷效果的影响35
• 2.4 本章小结35-37
• 3 石英砂过滤工艺研究37-47
• 3.1 概述37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 实验材料37
• 3.2.2 实验仪器与装置37-38
• 3.2.3 石英砂滤料粒径的选择38
• 3.2.4 上向流滤池过滤实验方案38-39
• 3.3 结果与讨论39-45
• 3.3.1 上向流过滤的影响因素39-41
• 3.3.2 上向流过滤实验结果分析41-45
• 3.4 本章小结45-47
• 4 硫化氢净化沉砷机理研究47-61
• 4.1 概述47
• 4.2 实验材料与仪器47
• 4.3 实验方案47-48
• 4.4 理论模型48-49
• 4.4.1 成核生长表达式48-49
• 4.4.2 团聚与破裂表达式49
• 4.5 结果与讨论49-59
• 4.5.1 化学反应原理及反应动力学分析49-52
• 4.5.2 沉淀形成过程分析52-53
• 4.5.3 沉淀产物PSD变化53-59
• 4.6 本章小结59-61
• 5 结论与展望61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 展望62-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-67

【参考文献】

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本文编号：698622