[发明专利]一种高浓度有机砷废水处理与砷资源化回收的方法

说明书

本发明针对高浓度有机砷废水处理难题，提出一种基于“有机砷转化为无机砷—无机砷吸附—无机砷分离与回收”的有机砷废水处理与砷回收方法。具体而言，利用2级催化化学氧化的方法将有机砷转化为无机砷，再利用纳米羟基氢氧化铁在全混流反应器中完成无机砷的吸附，最后利用酸溶和离子交换的方法实现砷的回收。本发明还提供了实现上述过程的一体化反应器。本发明可以用于含有高浓度有机砷的畜禽养殖废水、工业废水、工业废液的处理处置和资源化回收。

技术领域

本发明涉及一种高浓度有机砷废水处理与砷资源化回收的方法，属于废水处理与资源化的应用领域。具体而言，通过催化化学氧化的方法将有机砷转化为无机砷，再利用纳米羟基氢氧化铁在全混流反应器中完成无机砷的吸附，最后利用酸溶和离子交换的方法实现砷的回收。本发明还提供了实现上述过程的一体化反应器。

技术背景

阿散酸(p-Arsanilic acid，对氨基苯胂酸)、洛克沙胂(roxarsone，ROX，3-硝基-4-羟基苯胂酸)等有机砷具有促生长、抑制寄生虫、使羽翼漂亮、提高喂食效率和产蛋率等优点而广泛应用于畜禽养殖业中。我国1996年批准有机砷在畜禽养殖业中使用，随着畜禽养殖业集约化发展，阿散酸和洛克沙胂的每年使用量快速增加，近年来达到1000吨以上。阿散酸很少在体内与组织亲和结合，绝大部分迅速以原形随粪便排出体外，另有少量的还原产物4-氨基苯砷氧化物。因此，规模化畜禽养殖场动物粪便、废水中往往含有较高浓度的有机砷，而这也导致畜禽养殖废水处理产生的污泥在资源化回用作农肥时可能存在风险。这些有机砷若随意堆放或用于农田的施肥，将可能成为农业面源而对土壤、地表水和地下水造成严重的污染。进一步地，有机砷排放到环境中之后，有可能会在微生物化学、物理化学等作用下转化为无机砷，进一步增强其毒性和迁移性，成为大面积砷污染的重要人为污染源。此外，其他不少涉砷行业也存在有机砷污染问题。有效去除、分离和回收有机砷，这是控制畜禽养殖等行业有机砷点源或面源污染的重要途径，而最大程度地回收砷并实现砷的资源化，可能是从根本上推进砷污染控制的基础。

国内外关于阿散酸等有机砷的去除研究报道较少，主要集中在多壁纳米管和铁铝氧化物吸附、基于壳聚糖螯合树脂离子交换、以及纳米TiO₂催化氧化等。研究表明，氧化铁和二氧化钛的去除有机砷的能力优于其他吸附剂。有机砷吸附较无机砷更加困难，如果将ASA转化为无机砷就有可能大幅提高砷的去除效果。例如，有研究者证实纳米TiO₂在紫外光下能够完全将ASA氧化降解为As(Ⅴ)，但该研究中光催化降解过程是在紫外光照射的条件下进行的，成本较高且难以规模化工程应用。此外，采用传统吸附的方法将产生强碱性的再生废液，如何对其进行处理处置也是尚未解决的难题。事实上，生产实际中确实有不少工程中存在未能很好地处置再生废液或含砷废渣，从而导致大面积砷二次污染的问题。如果能够高效地分离回收无机砷，就有可能从根本上解决基于上述问题。但是，国内外迄今为止仍缺乏针对有机砷废水处理处置以及二次污染控制的关键技术与系统方案。

围绕上述需求，本发明提出了基于“有机砷转化为无机砷—无机砷吸附—无机砷分离与回收”的技术路线。具体而言，利用化学氧化的方法将有机砷转化为无机砷，再利用纳米羟基氢氧化铁在全混流反应器中完成无机砷的吸附，最后利用酸溶和离子交换的方法实现砷的回收。本发明还提供了实现上述过程的一体化反应器。

发明内容

本发明目的之一是针对高浓度有机砷废水困难、传统技术可能存在砷二次污染的难题，从含砷废水处理与砷资源化的角度，提出基于“有机砷转化为无机砷—无机砷吸附—无机砷分离与回收”的工艺方法，实现有机砷高效去除与砷的资源化，从根本上控制砷污染。

本发明的目的之二是提供实现上述过程的反应器。