[发明专利]铁炭内电解共沉淀处理含氟多金属酸性冶炼废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境科学技术领域，具体涉及火法冶炼过程中产生的含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性冶炼废水的深度处理方法。

背景技术

含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性冶炼废水属于火法冶炼行业生产中较为典型的废水，目前国内处理该废水主要采用中和沉淀法和硫化法等，在运行过程中，这两种方法都会产生较大量的沉渣，且沉淀法产生的沉渣遇酸性环境容易返溶造成二次污染，而硫化法的处理成本较高。与此同时，采用沉淀法处理废水中的氟化物时，主要通过投加石灰使氟离子与钙离子形成CaF₂沉淀而除去，而产生的CaF₂沉淀容易包裹在Ca(OH)₂颗粒的表面，使之不能被充分利用，另外该废水中往往含有一定数量的盐类（硫酸钠、氯化钠、氯化铵等）时，会增大氟化钙的溶解度。因此用石灰处理后的废水中氟化物含量一般不会低于20～30mg/L，很难达到国家排放标准；而采用硫化法对该废水中氟化物几乎不能去除。

铁炭内电解法是利用铁屑作为阳极材料，炭（包括活性炭、石墨、焦炭等）作为阴极材料，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应，在废水中会形成无数个微型原电池，通过电化学氧化还原作用、铁离子的絮凝作用、吸附共沉淀作用，以及铁屑填料层之间的物理吸附作用和过滤作用等协同实现对废水的净化处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用铁炭内电解法对含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性冶炼废水进行处理的方法。本发明方法使用操作方便、工艺简单、处理效果好、能耗低。

本发明方法包括如下顺序的步骤：

（1）将废铁屑和活性炭混合，再用碱液浸泡、除油后，用清水洗净至pH值为中性，然后用酸浸泡以除去铁屑表面的氧化物，备用；

（2）将经步骤（1）预处理后的铁炭混合物填充至铁炭内电解反应柱内，用泵将已调节pH值为1.8~2.2的含氟多金属酸性冶炼废水打入反应柱内，同时向反应柱内曝气，并进行废水回流；

（3）反应0.5~2h后，出水加聚丙烯酰胺即PAM和聚合氯化铝即PAC絮凝沉淀，经泥水分离后，出水达到国家污水综合排放标准GB 8978-1996的一级标准。

更进一步，步骤（1）所述铁炭混合物为铸铁屑与活性炭的混合物，混合物中，铸铁屑与活性炭的质量比为1~1.5:1。

步骤（1）所述的碱液为氢氧化钠的稀溶液，质量百分浓度为10%~20%；所述的酸为硫酸或盐酸的稀溶液，质量百分浓度为5%~10%；步骤（2）所述的调节pH值采用氢氧化钠浓溶液调节。

步骤（2）中，当废水中含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物的浓度较低时，铁炭内电解反应柱采用连续运行，回流量为10倍进水量，废水停留时间为1.5h，曝气量为0.8~1.2m³/h；当废水中砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物的浓度较高时，铁炭内电解反应柱采用间歇运行，待废水充满反应柱后，关闭进水泵，控制废水反应停留时间为0.5~2h，曝气量为0.8~1.2m³/h；曝气管位于铁炭内电解反应柱的底部，在实际操作时，根据进水水质特点和出水水质要求调整回流比和停留时间，通过自动控制实现连续运行。

本发明对重金属和氟化物的去除主要是通过吸附、离子交换、共沉淀等协调作用机理，其具体表现如下：

（1）吸附作用。铁炭内电解法处理含多金属和含氟化物废水时，除了填料自身对重金属和氟化物有一定的吸附作用外，在曝气条件下，在内电解反应过程中形成的具有很大比表面积的Fe(OH)₃胶体对重金属和氟离子产生氢键吸附，由于一些重金属离子和氟离子半径小，电负性强，通过Fe(OH)₃胶体的吸附而容易被去除。

（2）离子交换作用。由于氟离子与氢氧根的半径及电荷都相近，在铁炭内电解-絮凝除氟过程中，新生的Fe²⁺和Fe³⁺在废水中能形成[Fe(OH)₆]^3-等聚羟阳离子及水解后形成Fe(OH)₂·nH₂O和Fe(OH)₃·nH₂O水合物，其中的OH^-能与废水中的F^-发生交换，从而达到去除废水中氟化物的目的。