一种吸附含砷废水中砷的方法技术

本发明专利技术提供了一种吸附含砷废水中砷的方法，调节含砷废水的pH为4～11，向所述含砷废水中通入氧气，在避光条件下将二硫化镍矿物和三氧化二铁投入所述含砷废水中，搅拌、避光、恒温反应，反应温度为22～27℃，反应时间为10～80min。相比于现有技术，大大提高了对于三价砷的吸附量，且吸附过程无副产品产生，避免了水中的二次污染；此外，二硫化镍作为催化剂可重复利用，既环保又实现了含砷废水的有效治理。本发明专利技术解决了目前的处理技术价格昂贵、工艺复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种吸附含砷废水中砷的方法
本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种吸附含砷废水中砷的方法。
技术介绍
三价砷As(III)和五价砷As(V)是自然水体中具有强致癌和致诱变性的有毒污染物。由于空气的活性较低，对As(III)氧化成As(V)的过程极为缓慢，半衰期大约为一年，因此在有氧地表水体中，毒性更强的As(III)可以长期稳定存在。而随着地质运动或人类采矿活动，含砷原生矿物含砷黄铁矿(FeS2)、雌黄(As4S4)、雄黄(As2S3)、毒砂(FeAsS)等硫化矿物会转移至富氧水体中并发生氧化溶解，由此引发矿山废水的形成。伴随着矿山废水的形成，矿物中的砷被释放到水体中，美国180个酸性矿山废水样品进行了统计，结果发现其砷含量在1μg/L和340mg/L之间。含砷废水造成了矿区周边地表水和地下水的严重污染，严重威胁着周边居民的健康。As(III)难以在有氧体系中被吸附，且As(III)毒性是As(V)的几百倍，热力学数据预测溶解氧(DO)可定量氧化As(III)，但反应时间可达几个月甚至半年，反应速率及效率较低，因此需要寻找一种高效氧化含砷废水中As(III)并高效吸附的方法。常见的As(III)去除方法包括物理法、化学氧化、微生物氧化和催化氧化等。物理法，即通过物理作用除去水体中的砷，例如中国专利CN108393494B制备由多孔金属锡和金属锡表面原位生成的多孔电吸附除砷材料，通过施加电压的方法对砷进行吸附和脱附，但该方法对吸附的离子选择性较低，且没有对砷产生氧化作用，毒性并没有降低。中国专利CN110075782A采用选自固体废弃物的蜂窝煤煤渣作为主原料，结合明矾、稳定剂、有机配体、胶黏剂和溶剂，经浸泡、过筛、搅拌等反应步骤，得到新型砷吸附材料，但该材料制作工艺复杂，不能重复使用。化学氧化，即通过向废水中加入强氧化剂直接将As(III)氧化为As(V)，常用的氧化剂有KMnO4和O3等，例如中国专利CN1609021采用KMnO4去除地下水As(III)，专利CN102614841A利用KMnO4改性蛋壳去除水体中的砷，然而，水体处理中，KMnO4用量较大，价格昂贵，并且在处理过程中会引入过量的锰离子和钾离子，且氧化过程对温度的要求较高，温度须控制在10-20℃，所能氧化砷的浓度又较低，为3-6mg/L。另一种O3氧化As(III)在污染修复过程中存在着操作困难及成本较高等问题。中国专利CN111072176A使用双氧水氧化砷，且用液态聚合硫酸铁进行沉砷反应实现液固分离，该方法所需双氧水的量较大，且对沉砷反应的pH要求较严。微生物氧化法是污水处理中最常用的方法，中国专利CN106698821B采用嗜热铁质菌、耐温氧化硫化杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌、嗜酸氧化亚铁硫化杆菌对As(III)氧化，却仅限于pH的条件为酸性，pH值为1.6-2.8，反应时间长达3-5天，氧化三价砷的量仅仅达到3.56-7.57mg/L。中国专利CN107099299B将地衣芽孢杆菌发酵液、门多萨假单胞菌发酵液、珊瑚色诺卡式菌发酵液、成晶节杆菌发酵液、铜绿假单胞菌发酵液以及溶纸梭菌发酵液按照一定体积比混合均匀，得到混和菌液；然后将混合菌液和载体按照2:3的质量比混合制备而得生物制剂修复砷污染土壤，该方法步骤复杂且仅限于土壤环境。截至目前微生物对As(III)的耐受度仍旧相对较低，要达到较好的As(III)氧化效果所需时间较长，在应用于处理较高浓度含砷废水处理时有较大限制。而催化氧化目前主要是利用过渡金属矿物催化氧化技术对As(III)进行治理。中国专利CN107159100B提供了一种铁锰改性天然矿物复合材料、制备方法及作为砷吸附剂，该方法烘培温度所需较高，需要达到600-700℃，且0.5g/L的吸附剂仅能吸附10mg/L左右的砷，吸附效率低。中国专利CN108483690A涉及一种处理高砷废水的方法，将含三价砷的待处理废水、铁盐溶液和硫酸盐溶液混合均匀，将混合液转至反应釜中，在温度为135-200℃下反应生成沉淀除去。该方法工艺复杂，生成沉淀种类繁多且重复利用性低。有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种吸附含砷废水中砷的方法，解决了现有技术处理价格昂贵、工艺复杂等问题，本专利技术提供的吸附方法可以在数小时内高效、环保地对高浓度含砷废水进行氧化吸附，实现含砷废水的有效治理。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种吸附含砷废水中砷的方法，调节含砷废水的pH为4～11，向所述含砷废水中通入氧气，在避光条件下将二硫化镍矿物和三氧化二铁投入所述含砷废水中，搅拌、避光、恒温反应，反应温度为22～27℃，反应时间为10～80min。本专利技术先将含砷废水的pH值调节至一定范围，在该pH值下，二硫化镍矿物和三氧化二铁对于砷的协同氧化吸附效果更佳优异。其中，先向含砷废水中通入一定的氧气，保证含砷废水中的溶解氧处于一定的值，加入的二硫化镍矿物与溶解氧接触后发生反应，生成大量的过氧化氢，生成的过氧化氢与三氧化二铁和二硫化镍分别发生芬顿反应，生成具有强氧化性的羟基自由基，进而将废水的中三价砷氧化成五价砷，而同时三价铁对于五价砷具有优良的吸附效果，实现三价砷废水的氧化和吸附治理。优选的，所述搅拌的速率为400～550r/min。更优选的，所述搅拌的速率为500r/min。将搅拌的转速设置在该范围内，一方面可以保证各物质混合均匀，以利于反应的均匀进行；另一方面也有助于整个反应恒温进行，避免温度波动对反应产生大影响。优选的，所述含砷废水的pH为7～11；反应过程中，所述含砷废水的pH保持恒定。具体的，可采用氢氧化钠和盐酸对pH进行调节。反应前，先将pH调节至某一pH值，反应过程保持pH维持在该值的附近波动，优选的，维持pH值恒定，将反应过程中的pH值维持恒定可以保证二硫化镍矿物和三氧化二铁对废水中的砷有良好的吸附性能，特别是pH值维持在偏碱性条件下，更有助于反应的进行。更优选的，含砷废水的pH为9。优选的，所述二硫化镍矿物为立方体矿，纯度大于98％。采用纯度较高的二硫化镍，一方面尽可能避免废水被二次污染，增加副反应；另一方面二硫化镍矿物作为催化剂，高纯度的二硫化镍可以延长其循环使用的寿命，降低生产成本。优选的，所述二硫化镍矿物的直径为300～500nm，比表面积为6～8m2/g。采用纳米颗粒的二硫化镍矿物，一方面增加其与水中溶解氧的接触面积，增加过氧化氢的释放量和释放效率，进而加快三价砷被氧化的速率；另一方面，该直径下的二硫化镍矿物与三氧化二铁的协同效果更加优异，对于水中砷的氧化吸附率更高。优选的，所述二硫化镍矿物采用水热法合成，水热温度可为130～150℃。优选的，所述二硫化镍矿物由镍盐和含硫化合物水热反应合成。具体的，可采用氯化镍和硫代硫酸钠在水热反应釜中进行制备，制备得到的产品纯度高，符合对于二硫化镍矿物的要求。优选的，所述含砷废水中三价砷的浓度为20～100mg/L。优选的，所述二硫化镍矿物的投入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附含砷废水中砷的方法，其特征在于，调节含砷废水的pH为4～11，向所述含砷废水中通入氧气，在避光条件下将二硫化镍矿物和三氧化二铁投入所述含砷废水中，搅拌、避光、恒温反应，反应温度为22～27℃，反应时间为10～80min。/n

【技术特征摘要】
1.一种吸附含砷废水中砷的方法，其特征在于，调节含砷废水的pH为4～11，向所述含砷废水中通入氧气，在避光条件下将二硫化镍矿物和三氧化二铁投入所述含砷废水中，搅拌、避光、恒温反应，反应温度为22～27℃，反应时间为10～80min。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌的速率为400～550r/min。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含砷废水的pH为7～11；反应过程中，所述含砷废水的pH保持恒定。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二硫化镍矿物为立方体矿，纯度大于98％。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述二硫化...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩煦，王世杰，孙世玮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12