混凝法应急处置低温低浊含锑废水的研究

doi:10.11894/iwt.2018-0588

混凝法应急处置低温低浊含锑废水的研究

冯立师^,, 王骥, 潘超逸, 陈尧, 黄大伟, 陈思莉, 虢清伟, 陈鼎豪^,

Study on emergency treatment of low temperature, low turbidity and antimony-contaminated wastewater by coagulation

Feng Lishi^,, Wang Ji, Pan Chaoyi, Chen Yao, Huang Dawei, Chen Sili, Guo Qingwei, Chen Dinghao^,

通讯作者: 陈鼎豪,硕士,工程师。E-mail:chendinghao@scies.org

收稿日期: 2019-04-29

基金资助:

中央级公益性科研院所基本科研业务专项. PMZX097201701049
广东省省级科技计划项目. 2016B020240007

Received: 2019-04-29

Fund supported:

中央级公益性科研院所基本科研业务专项. PMZX097201701049
广东省省级科技计划项目. 2016B020240007

作者简介 About authors

冯立师(1991-),工程师E-mail:fenglishi@scies.org , E-mail：fenglishi@scies.org

摘要

在低温低浊条件下，研究了聚合硫酸铁（PFS）、硫酸铁（FS）、氯化铁（FC）、硫化钠、聚丙烯酰胺（PAM）等单一混凝剂以及经该5种混凝剂自由排列组合形成的二级复合混凝剂对锑的去除效果；选取硫化钠+PAM复合混凝剂，考察了pH、硫化钠投加量、PAM投加量及搅拌时间4个因素对锑去除效果的影响。以期为突发性锑污染事件的应急处置提供技术支持。

关键词： 应急处置 ; 锑 ; 低温低浊 ; 混凝

Abstract

The antimony removal efficiency of PFS, FS, FC, Na₂S, PAM and their pairwise coupling composite coagulants in water under low temperature, low turbidity conditions was investigated. The Na₂S+PAM composite coagulant was selected, and the influence of pH, Na₂S dosage, PAM dosage and mixing time on the antimony removal efficiency further investigated, with a view to provide technical support for the emergency treatment of antimony pollution incident.

Keywords： emergency treatment ; antimony ; low temperature and low turbidity ; coagulation

PDF (0KB) 元数据多维度评价相关文章导出 EndNote| Ris| Bibtex 收藏本文

本文引用格式

冯立师, 王骥, 潘超逸, 陈尧, 黄大伟, 陈思莉, 虢清伟, 陈鼎豪. 混凝法应急处置低温低浊含锑废水的研究. 工业水处理[J], 2019, 39(7): 24-27 doi:10.11894/iwt.2018-0588

Feng Lishi. Study on emergency treatment of low temperature, low turbidity and antimony-contaminated wastewater by coagulation. Industrial Water Treatment[J], 2019, 39(7): 24-27 doi:10.11894/iwt.2018-0588

锑（Sb）是一种不可再生的有色金属，被广泛应用于橡胶、颜料、半导体原件、塑料、医药、合金及阻燃剂等领域^〔1-2〕。由于锑的积累毒性和致癌性，20世纪70年代，美国国家环保署（USEPA）及欧盟（EU）已分别将其列为优先控制污染物及危险废物^〔3-4〕。

目前，含锑废水处理方法主要包括：电化学法、混凝沉淀法、离子交换法、吸附法、微生物法及膜处理技术等^〔5-14〕。但以上各类含锑废水处理技术多在常温下进行，且部分处理技术原料及设备不常见、操作相对复杂，不能很好地适用于突发污染事件应急处置。针对我国锑矿分布，结合突发污染事件应急处置现场条件，对低温低浊下锑超标废水应急处置技术进行研究，以期为突发性锑污染应急处置提供参考。

本研究在低温低浊的条件下，探索了单一混凝剂和复合混凝剂投加量对模拟废水中锑的去除率，并探索pH、硫化钠投加量、PAM投加量及搅拌时间4个因素对硫化钠+PAM复合混凝剂除锑效果的影响。

1 实验部分

1.1 实验仪器和试剂

仪器：便携式重金属分析仪，HM-5000P，江苏天瑞仪器股份有限公司；雷磁pH计，DDSJ-308A，上海精密科学仪器股份有限公司；电子天平，JA203，上海海康电子仪器厂；无级调速增力搅拌器，DW-1，巩义市予华仪器有限责任公司；浊度仪，2100Q，美国哈希公司以及常规实验仪器。

试剂：Sb（Ⅲ）标准溶液（质量浓度为20 mg/L）、聚合硫酸铁颗粒（有效成分99%）、硫酸铁颗粒（分析纯）、氯化铁颗粒（分析纯）、硫化钠颗粒（分析纯）、聚丙烯酰胺颗粒（分析纯）、盐酸（优级纯）、氢氧化钠颗粒（分析纯）、高岭土（分析纯）。

1.2 实验材料

模拟水样：称取1 g高岭土，溶于500 mL去离子水中配制浊度储备液。于200 mL去离子水中加入一定量浊度储备液，搅拌至浊度稳定后加入0.5 mL Sb（Ⅲ）标准溶液，进一步搅拌均匀制成实验模拟水样，其中Sb（Ⅲ）质量浓度为50 μg/L，浊度为10 NTU左右。实验前将水样放置于4 ℃冰箱充分降温。

混凝剂：聚合硫酸铁（PFS）、硫酸铁（FS）、氯化铁（FC）、硫化钠、聚丙烯酰胺（PAM）。

1.3 除锑实验

1.3.1 单一混凝剂除锑实验

取200 mL模拟水样（锑初始质量浓度为50 μg/L）于500 mL烧杯中，在磁力搅拌器上，以300 r/min快速搅拌1 min至水样浊度稳定，而后分别投加不同量的混凝剂，以300 r/min搅拌1 min，再以80 r/min搅拌10 min。搅拌结束后静置沉降30 min，取液面下2~ 3 cm处上清液，经0.45 μm微孔滤膜过滤后，测定剩余锑浓度。采用冰水浴控制实验温度在4 ℃左右。

1.3.2 复合混凝剂除锑实验

取200 mL模拟水样（锑初始质量浓度为50 μg/L）于500 mL烧杯中，在磁力搅拌器上，以300 r/min快速搅拌1 min至水样浊度稳定。将PFS、FS、FC、硫化钠、PAM两两配对并改变投加顺序进行复合混凝剂实验，各混凝剂投加量均采用根据1.3.1中实验结果确定的最佳投加量。复合混凝剂实验共20组，先投加混凝剂1，以300 r/min搅拌1 min后，再投加混凝剂2，以300 r/min搅拌1 min，再以80 r/min搅拌10 min。搅拌结束后静置沉淀30 min，取液面下2~ 3 cm处的上清液，经0.45 μm微孔滤膜过滤后，测定剩余锑浓度。采用冰水浴控制实验温度在4 ℃左右。

1.3.3 硫化钠+PAM复合混凝剂除锑正交实验

取20 mg/L的Sb（Ⅲ）标准溶液，用去离子水由高浓度到低浓度逐步稀释为500、50、20 μg/L的含Sb（Ⅲ）水样，实验时向相应水样中加入一定量的浊度储备液，控制其浊度为10 NTU左右。水样pH用0.1 mol/L NaOH和0.1 mol/L HCl调节。

选用对温度不敏感的硫化钠+PAM复合混凝剂，在锑质量浓度分别为20、50、500 μg/L的条件下进行正交实验。

2 结果与讨论

2.1 单一混凝剂除锑实验

按1.3.1进行单一混凝剂除锑实验，结果见表1。

表1 单一混凝剂投加量及除锑率

	混凝剂	1	2	3	4	5	6	7
FS	投加质量浓度/ （mg·L^-1）	5	10	30	50	70	90	110
FS	去除率/%	67.4	77.4	79.8	80.0	78.9	76.2	75.0
FC	投加质量浓度/ （mg·L^-1）	10	30	50	70	90	110	130
FC	去除率/%	70.6	82.9	89.3	93.3	95.7	95.8	95.1
PFS	投加质量浓度/ （mg·L^-1）	5	10	20	30	40	50
PFS	去除率/%	94.3	95.1	96.0	96.7	96.5	96.5
硫化钠	投加质量浓度/ （mg·L^-1）	5	10	20	30	50	70
硫化钠	去除率/%	77.2	77.5	77.5	77.4	76.5	75.9
PAM	投加质量浓度/ （mg·L^-1）	4	5	6	8	10	12
PAM	去除率/%	66.6	72.1	78.4	78.5	78.7	77.5

新窗口打开| 下载CSV

结果表明，各单一混凝剂最佳投加量：FS 50 mg/L，锑去除率为80.0%；FC 110 mg/L，锑去除率为95.8%；PFS 30 mg/L，锑去除率为96.7%；硫化钠20 mg/L，锑去除率为77.5%；PAM 10 mg/L，锑去除率为78.7%。三种铁盐类混凝剂的锑去除率明显高于其他两种混凝剂，这可能是由于铁盐在水解及聚合过程中产生了各种不同的络合物交联体和胶态氢氧化物的低、高聚合体，因而具有较强的吸附、黏结和沉降能力^〔15〕。在三种铁盐类混凝剂中，聚合硫酸铁由于本身含有羟基，相对较易形成羟基络合物，形成的絮体相对多且快，使得其对水中锑离子具有更高的去除率^〔16〕。

2.2 复合混凝剂除锑实验

按1.3.2进行复合混凝剂除锑实验，结果见表2。

表2 复合混凝剂投加量及除锑率

复合混凝剂	剩余锑/ （μg·L^-1）	锑去除率/%
PFS+PAM	1.31	97.4
硫化钠+PAM	2.74	94.5
硫化钠+PFS	2.95	94.1
FS+FC	6.62	86.8
FS+硫化钠	3.14	93.7
FS+PFS	4.77	90.5
FS+PAM	10.46	79.1
FC+硫化钠	2.86	94.3
FC+PFS	3.22	93.6
FC+PAM	2.88	94.2
PAM+PFS	1.35	97.3
PAM+硫化钠	3.28	93.4
PFS+硫化钠	4.33	91.3
FC+FS	3.59	92.8
硫化钠+FS	12.22
PFS+FS	.64	96.7
PAM+FS	10.85	78.3
硫化钠+FC	2.36	95.3
PFS+FC	2.15	95.7
PAM+FC	3.24	93.5

新窗口打开| 下载CSV

结果表明，低温低浊条件下，自由排列组合的复合混凝剂对锑离子大多有较好的去除效果。其中，相较于单一的硫化钠混凝剂，硫化钠+PAM组合去除率提高了17.0%，这可能是由于PAM吸附了水中由硫化钠与锑离子反应形成的细小悬浮颗粒，在颗粒之间形成链接架桥作用，使细颗粒形成比较大的絮团，加快了沉降的速度。

2.3 硫化钠+PAM复合混凝剂除锑正交实验

鉴于实验温度条件为4 ℃，实际应用中温度可能会更低，因此选用对温度不太敏感的硫化钠+助凝剂PAM组合，围绕A（pH）、B（硫化钠投加量）、C（PAM投加量）、D（搅拌时间）4个因素，以锑去除率为评价指标，开展正交实验。每个因素设置3个不同变化的水平，硫化钠投加量为10、20、30 mg/L；PAM投加量为4、6、8 mg/L；pH过高或过低在实际应用过程中可能对处理设施腐蚀损坏，因而设置为5、7、9；搅拌时间考虑到快速混凝沉淀的需求，设置为5、10、15 min。正交实验结果见表3。

表3 正交实验结果

序号	C₀=20μg/L					C₀=50μg/L					C₀=500μg/L
序号	A	B/ (mg·L^-1)	C/ (mg·L-1)	D/min	去除率/%	A	B/ (mg·L^-1)	C/ (mg·L^-1)	D/min	去除率/%	A	B/ (mg·L^-1)	C/ (mg·L^-1)	D/min	去除率/%
1	5	10	4	5	87.6	5	10	4	5	88.9	5	10	4	5	94.2
2	5	20	6	10	88.0	5	20	6	10	89.1	5	20	6	10	84.1
3	5	30	8	15	78.6	5	30	8	15	75.9	5	30	8	15	86.6
4	7	10	6	15	89.2	7	10	6	15	91.9	7	10	6	15	96.6
5	7	20	8	5	81.6	7	20	8	5	77.4	7	20	8	5	88.7
6	7	30	4	10	76.1	7	30	4	10	71.5	7	30	4	10	74.5
7	9	10	8	10	86.8	9	10	8	10	90.4	9	10	8	10	92.4
8	9	20	4	15	85.6	9	20	4	15	84.1	9	20	4	15	86.7
9	9	30	6	5	75.2	9	30	6	5	70.2	9	30	6	5	80.1
K₁	9.17	7.3	10.14	11.12		23.08	14.41	27.76	31.75		175.75	84.46	223.28	184.98
K₂	10.63	8.96	9.53	9.83		29.57	24.75	24.38	24.52		201.19	202.3	195.87	244.88
K₃	10.49	14.03	10.62	9.34		27.67	41.16	28.18	24.05		203.93	294.11	161.72	151.01
K₁	3.06	2.43	3.38	3.71		7.69	4.8	9.25	10.58		58.58	28.15	74.43	61.66
K₂	3.54	2.99	3.18	3.28		9.86	8.25	8.13	8.17		67.06	67.43	65.29	81.63
K₃	3.5	4.68	3.54	3.11		9.22	13.72	9.39	8.02		67.98	98.04	53.91	50.34
R	0.48	2.25	0.36	0.6		2.17	8.92	1.26	2.56		9.4	69.89	20.52	31.29
因素主次	硫化钠投加量>搅拌时A>pH>PAM投加量					硫化钠投加量>搅拌时A>pH>PAM投加量					硫化钠投加量>搅拌时A>PAM投加量>pH
最优组合	硫化钠投加量10mg/L，搅拌时间15min， pH=7，PAM投加量6mg/L					硫化钠投加量10mg/L，搅拌时间15min， pH=7，PAM投加量6mg/L					硫化钠投加量10mg/L，搅拌时间15min， pH=7，PAM投加量6mg/L

新窗口打开| 下载CSV

正交实验结果表明：

（1）低温低浊锑初始质量浓度为20、50 μg/L条件下，pH、硫化钠投加量、PAM投加量及搅拌时间4个因素对锑去除率的影响力大小顺序是：硫化钠投加量>搅拌时间>pH>PAM投加量，最佳组合：pH=7时，以300 r/min快速搅拌1 min至水样浊度稳定，投加硫化钠10 mg/L，以300 r/min搅拌1 min后，投加PAM 6 mg/L，以300 r/min搅拌1 min，再以80 r/min搅拌15 min，静置30 min。

（2）低温低浊锑初始质量浓度为500 μg/L条件下，pH、硫化钠投加量、PAM投加量及搅拌时间4个因素对锑去除率的影响力大小顺序是：硫化钠投加量>搅拌时间>PAM投加量>pH，最佳组合：pH=7时，以300 r/min快速搅拌1 min至水样浊度稳定，投加硫化钠10 mg/L，以300 r/min搅拌1 min后，投加PAM 6 mg/L，以300 r/min搅拌1 min，再以80 r/min搅拌15 min，静置30 min。

3 结论

（1）在低温低浊锑初始质量浓度为50 μg/L条件下，各种单一混凝剂中，PFS投加30 mg/L时除锑效果最好，达96.7%。

（2）在低温低浊锑初始质量浓度为50 μg/L条件下，自由排列组合的复合混凝剂中，PFS+PAM除锑效果最好，达97.4%。

（3）在低温低浊锑初始质量浓度20、50 μg/L条件下，硫化钠+PAM复合混凝剂除锑各影响因素对锑去除率的影响力大小顺序是：硫化钠投加量>搅拌时间>pH>PAM投加量。在低温低浊，锑初始质量浓度500 μg/L条件下，各因素对锑去除率的影响力大小顺序是：硫化钠投加量>搅拌时间>PAM投加量>pH。

（4）在低温低浊锑初始质量浓度20、50、500 μg/L条件下，正交实验的最佳参数组合均为：pH=7，硫化钠投加量10 mg/L，PAM投加量6 mg/L，搅拌时间为15 min。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

童丽, 施周, 高源, 等.

基于常规净水工艺的强化混凝除锑生产性试验研究

[J]. 给水排水, 2015, 41 (12): 22- 26.

DOI:10.3969/j.issn.1002-8471.2015.12.005 [本文引用: 1]

[2]

陈臻, 吕文英.

锑的环境毒理效应研究进展

[J]. 广东化工, 2014, 41 (10): 78- 79.

DOI:10.3969/j.issn.1007-1865.2014.10.036 [本文引用: 1]

[3]

张燕, 韩志勇, 庞志华, 等.

锑矿废水污染应急处置实验研究

[J]. 工业安全与环保, 2013, 39 (3): 16- 18.

DOI:10.3969/j.issn.1001-425X.2013.03.006 [本文引用: 1]

[4]

高源, 贺维鹏, 施周, 等.

聚硫酸铁强化混凝除锑(Ⅴ)作用机制探讨

[J]. 中国环境科学, 2015, 35 (11): 3346- 3351.

DOI:10.3969/j.issn.1000-6923.2015.11.020 [本文引用: 1]

[5]

李志萍, 杨晶晶, 孙程奇, 等.

水中锑污染处理方法的研究进展

[J]. 工业水处理, 2018, 38 (6): 12- 16.

URL [本文引用: 1]

[6]

谢治民, 陈镇, 刘唐贵, 等.

铁改性海泡石除锑影响因素及再生研究

[J]. 工业水处理, 2009, 29 (11): 35- 38.

URL

[7]

柳凤娟, 张国平, 陈京晶, 等.

水体中无机锑的电解去除效率研究

[J]. 工业水处理, 2018, 38 (5): 75- 78.

URL

[8]

孙福红, 廖海清, 陈艳卿, 等.

微囊藻对锑(Ⅴ)生物吸附作用研究

[J]. 中国环境科学, 2016, 36 (11): 3383- 3389.

DOI:10.3969/j.issn.1000-6923.2016.11.023

[9]

张晓健.

甘肃陇星锑污染事件和四川广元应急供水

[J]. 给水排水, 2016, 42 (10): 9- 20.

DOI:10.3969/j.issn.1002-8471.2016.10.002

[10]

刘丽仪, 黄剑明, 李庆云, 等.

饮用水突发性锑微污染应急处理方法研究

[J]. 河南化工, 2014, 31 (6): 38- 41.

DOI:10.3969/j.issn.1003-3467.2014.06.010

[11]

刘玉红, 景二丹, 丁根宝, 等.

聚合硫酸铁处理锑污染水源的生产性实验研究

[J]. 中国水运, 2016, 16 (4): 119.

URL

[12]

孟郁苗, 胡瑞忠, 高剑峰, 等.

锑的地球化学行为以及锑同位素研究进展

[J]. 岩矿测试, 2016, 35 (4): 339- 348.

URL

[13]

何孟常, 万红艳.

环境中锑的分布、存在形态及毒性和生物有效性

[J]. 化学进展, 2004, 16 (1): 131- 135.

DOI:10.3321/j.issn:1005-281X.2004.01.020

[14]

李双双, 戴友芝, 罗春香, 等.

锑在水中的形态变化及除锑技术现状

[J]. 化工环保, 2009, 29 (2): 131- 134.

DOI:10.3969/j.issn.1006-1878.2009.02.008 [本文引用: 1]

[15]

朱洪涛, 王军.

铁屑在重金属废水处理中的应用

[J]. 工业安全与环保, 2005, 31 (8): 6- 8.

DOI:10.3969/j.issn.1001-425X.2005.08.003 [本文引用: 1]

[16]

赵荒.

铁盐处理含砷废水简述

[J]. 环境研究与监测, 1994, 7 (4): 23- 25.

URL [本文引用: 1]

基于常规净水工艺的强化混凝除锑生产性试验研究

2015

... 锑（Sb）是一种不可再生的有色金属，被广泛应用于橡胶、颜料、半导体原件、塑料、医药、合金及阻燃剂等领域^〔1-2〕.由于锑的积累毒性和致癌性，20世纪70年代，美国国家环保署（USEPA）及欧盟（EU）已分别将其列为优先控制污染物及危险废物^〔3-4〕. ...

锑的环境毒理效应研究进展

2014

锑矿废水污染应急处置实验研究

2013

聚硫酸铁强化混凝除锑(Ⅴ)作用机制探讨

2015

水中锑污染处理方法的研究进展

2018

... 目前，含锑废水处理方法主要包括：电化学法、混凝沉淀法、离子交换法、吸附法、微生物法及膜处理技术等^〔5-14〕.但以上各类含锑废水处理技术多在常温下进行，且部分处理技术原料及设备不常见、操作相对复杂，不能很好地适用于突发污染事件应急处置.针对我国锑矿分布，结合突发污染事件应急处置现场条件，对低温低浊下锑超标废水应急处置技术进行研究，以期为突发性锑污染应急处置提供参考. ...

铁改性海泡石除锑影响因素及再生研究

2009

水体中无机锑的电解去除效率研究

2018

微囊藻对锑(Ⅴ)生物吸附作用研究

2016

甘肃陇星锑污染事件和四川广元应急供水

2016

饮用水突发性锑微污染应急处理方法研究

2014

聚合硫酸铁处理锑污染水源的生产性实验研究

2016

锑的地球化学行为以及锑同位素研究进展

2016

环境中锑的分布、存在形态及毒性和生物有效性

2004

锑在水中的形态变化及除锑技术现状

2009

铁屑在重金属废水处理中的应用

2005

... 结果表明，各单一混凝剂最佳投加量：FS 50 mg/L，锑去除率为80.0%；FC 110 mg/L，锑去除率为95.8%；PFS 30 mg/L，锑去除率为96.7%；硫化钠20 mg/L，锑去除率为77.5%；PAM 10 mg/L，锑去除率为78.7%.三种铁盐类混凝剂的锑去除率明显高于其他两种混凝剂，这可能是由于铁盐在水解及聚合过程中产生了各种不同的络合物交联体和胶态氢氧化物的低、高聚合体，因而具有较强的吸附、黏结和沉降能力^〔15〕.在三种铁盐类混凝剂中，聚合硫酸铁由于本身含有羟基，相对较易形成羟基络合物，形成的絮体相对多且快，使得其对水中锑离子具有更高的去除率^〔16〕. ...

铁盐处理含砷废水简述

1994

〈

〉