鐵鹽絮凝法處理廢脫硝催化劑再生廢水試驗研究

馬景赟，李楠，張純，岳子明

（中國環境保護產業協會，北京 100045）

1 前言

隨著火電廠SCR 技術脫硝工程的廣泛應用，脫硝催化劑大量使用，目前使用的商業催化劑主要以V2O5/TiO2基催化劑為主[1]。通常煤中含有一定量的砷（As）等重金屬，脫硝反應過程中會吸附在脫硝催化劑中，引起催化劑中毒而失去應有的催化效果，因此再生廢脫硝催化劑進行循環利用已經成為解決廢催化劑的重要渠道之一。再生廢催化劑的工藝主要包括酸洗、堿洗等過程，在再生過程中將產生再生廢液，再生廢液具有含鹽量高且水中含有高濃度的砷（As）、釩（V）等特點，是環保重點控制的污染物。目前國家排放標準主要控制砷污染物，《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）將砷列為第一類控制污染物，其最高允許排放濃度為0.5mg/L?！哆|寧省污水綜合排版標準》（DB 21/1627—2008）規定釩（V）直接排放的最高允許排放濃度為1.0mg/L，排入污水處理廠的最高允許排放濃度為2.0mg/L。

通過收集到的文獻資料來看，未見有同時處理含砷、釩廢水的工藝研究資料，只有單獨處理含砷或含釩廢水的文獻?？傮w而言，處理含砷或含釩廢水的工藝方法主要有化學沉淀法、吸附法、離子交換法、膜分離法、生物法、溶劑萃取法等[2-6]?；瘜W沉淀法因具有處理效果好、處理方便靈活的優點，得到廣泛應用。關洪亮等[7]采用硫酸亞鐵作為沉淀劑，研究了對除釩效果的影響。研究結果表明，在一定范圍內，隨著鐵砷比的升高，砷酸鐵沉淀物的穩定性也逐漸增加，有利于提高廢水中砷的去除率。

本研究以某電廠廢催化劑再生時產生的廢水為試驗用水，采用三氯化鐵對其進行混凝試驗，主要是利用水中的Fe3+及Fe(OH)3易與含As、V 酸根離子發生混凝共沉淀反應和吸附反應，研究混凝劑對去除水中砷、釩的變化規律及影響因素。

2 試驗部分

2.1 廢脫硝催化劑再生廢水水質

再生脫硝催化劑時產生的再生廢液呈黃色，渾濁狀態，因煤種不同，再生廢水中的砷濃度會有所不同，試驗用水水質如表1 所示。

表1 試驗用水水質

2.2 試驗方法

原水放入混凝試驗攪拌儀中，加入一定量的氯化鐵（FeCl3）后，在轉速為150r/min 的條件下攪拌3min，然后在轉速為100r/min 的條件下攪拌20min，控制反應pH 值，靜沉一定時間后，對上清液進行分析。

2.3 設備、儀器及試劑

混凝試驗攪拌儀（MY 3000-6，武漢市梅宇儀器有限公司）、電子天平（AW220 型，常州國華精密儀器有限公司）、Agilents 7500 ICP-MS 型電感耦合等離子體質樸儀（安捷倫公司）、PHS-3E 型pH 計（上海雷磁）。

三氯化鐵，純度99%，分析純；氫氧化鈣，含量95%，分析純；聚丙烯酰胺（PAM），分子量（MW）為300 萬，分析純。

3 結果與討論

3.1 靜沉時間對去除效果的影響

在鐵砷比（Fe/As，質量比）為3、pH 值約為8.5 的條件下，混凝攪拌完成后，分別進行1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h 的靜沉試驗，取上清液進行水質分析。靜沉時間對混凝效果的影響見圖1。

圖1 靜沉時間對混凝效果的影響

靜沉時間是設計沉淀裝置的重要工藝參數之一。由圖1 可知，隨著靜沉時間的延長，對As、V 的去除率逐漸增大，靜沉3h 以后，對As、V 的去除率基本保持不變，就本試驗用水水質而言，基本確定靜沉時間為3h。

3.2 三氯化鐵投加量對混凝效果的影響

在反應pH 值為8.0—8.5、靜沉時間為3h 的條件下，分別按Fe/As（質量比）為1、2、3、4、5、6進行混凝試驗，對上清液進行水質分析。FeCl3投加量對混凝效果的影響見圖2。

圖2 FeCl3 投加量對混凝效果的影響

從圖2 可以看出，Fe/As 對重金屬的去除影響較大，是影響混凝效果的重要因素之一，廢水中鐵含量越大，對As、V 的去除率越高。當Fe/As 為3 時，水中As 的去除率為99.7%，水中殘余的As 含量為0.13mg/L，達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）要求（As 最高允許排放濃度為0.5mg/L）。當Fe/As 為5 時，水中的As 含量未檢出。當Fe/As 為3 時，水中V 的去除率達到97.9%，水中殘余的V含量為0.47mg/L，達到《遼寧省污水綜合排版標準》（DB21/1627—2008）要求（最高允許排放濃度為1.0mg/L）。當Fe/As 為5 時，水中殘余的V 含量為0.06mg/L。

3.3 pH 值對混凝效果的影響

在Fe/As（質量比）為3 的條件下，進行反應pH 值為6、7、8、9 的混凝試驗，取靜沉3h 后的上清液進行分析。pH 值對混凝效果的影響見圖3。

圖3 pH 值對混凝效果的影響

從圖3 可以看出，pH 值也是影響重金屬去除效果的重要因素之一。隨著pH 值的升高，對As、V 的去除率逐漸增大，但當pH 值大于8.19 時，出現了As、V 去除率下降的趨勢，這可能是因為在高pH 值條件下，Fe3+主要以羥合配位離子的形態存在，使得溶液中Fe3+減少，影響了混凝效果[8]。對于廢水中As 而言，在pH 值為6—9 時，對去除率影響不大，均達到了99%以上，出水As 含量低于0.5mg/L，當pH 值為8.97 時，As 去除率出現下降趨勢。對于水中V 而言，當pH 值為6—8.19 時，V 去除率逐漸升高，當pH 值大于8.19 時，V 去除率呈下降趨勢，在pH 值為8.19 時，出水V 含量為0.47mg/L，在pH 值為8.97 時，出水V 含量為0.59mg/L。由此可見，就本試驗水質而言，較合適的pH 值為8—9。

3.4 PAM 投加量對混凝效果的影響

在Fe/As（質量比）為3、反應pH 值為8—8.5 的條件下，進行投加PAM 的試驗，取靜沉3h 后的上清液進行分析。PAM 投加量對混凝效果的影響見表2。由試驗結果可知，投加PAM 對降低水中As、V 含量影響不大。

表2 PAM 投加量對混凝效果的影響

4 結語

（1）針對再生廢脫硝催化劑時產生的含As、V再生廢水，采用鐵鹽（FeCl3）絮凝法進行混凝試驗研究，研究表明采用鐵鹽絮凝法處理工藝是可行的，FeCl3投加量、反應pH 值、靜沉時間是影響混凝效果的主要因素，投加PAM 對混凝效果影響不大。一般FeCl3投加量越大，對除As、V 的混凝效果越好，反應pH 值對混凝效果有最佳的反應范圍，靜沉時間越長，其沉淀效果越好。

（2）在Fe/As（質量比）不小于3、pH 值為8—9、靜沉時間在不小于3h 的條件下，對水中As 去除率達到了99%以上，出水As 含量小于0.13—0.19mg/L，達到了國家標準排放要求，對水中V 去除率達到97.4%以上，出水V 含量為0.47—0.59mg/L，達到了省級地方排放標準要求。