利用催化铁碳微电解共沉淀处理含氟及多金属酸性废水

一、行业背景

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。

二、工艺推荐

采用催化铁碳微电解工艺对含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性冶炼废水进行处理，通过铁碳微电解作用，利用新生的Fe²⁺和Fe³⁺与重金属离子和氟离子的络合作用，以及铁离子水解中间产物和最后生成的Fe(OH)₃矾花对重金属离子和氟离子的吸附、离子交换、共沉淀等作用去除水中的多种重金属和氟化物。

工艺流程：

调节池原水用泵将已调节pH值为1.8~2.2的含氟多金属酸性冶炼废水打入微电解反应器内，同时向设备内曝气，并进行废水回流；反应1~3h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。

当废水中含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物的浓度较低时，微电解反应器采用连续运行，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，铁碳微电解反应器采用间歇运行，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1~3h，曝气量为0.8~1.2m3/h；曝气管位于铁碳微电解反应器的底部，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。

三、催化微电解的作用

(1)吸附作用。铁碳微电解工艺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，在铁碳微电解-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)₂nH₂O和Fe(OH)₃nH₂O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。

(3)共沉淀作用。在铁碳微电解反应过程中，铁屑中的硅通过氧化还原等作用生成Na₂SiO₃与废水中的F^-发生络合反应，使废水中的F^-以Na₂SiO₆的形式络合沉淀;同时在较高pH条件下，新生的Fe²⁺、Fe³⁺能与F^-形成FeF²⁺、FeF₂¹⁺、 FeF₃、FeF₄^-、FeF₅^2-和FeF₆^3-6种络合物，铁氟络合离子在絮凝过程中会形成铁氟络合物(FeFx(OH)(3-x)和Na(x-3)FeFx)或夹杂在新形成的Fe(OH)₃絮体中沉降下来；微电解反应过程中新生的Fe²⁺、Fe³⁺和金属离子共同形成活性较高的氢氧化物胶体，同时新生的Fe²⁺、Fe³⁺与砷形成难溶的砷酸铁沉淀物，这些胶体 和沉淀物再通过络合吸附、混凝、共沉淀形成聚合度较大的高分子络合沉淀，达到除去砷、铅、铬、镉等多金属离子的目的。