三价砷的处理实验

三价砷的处理实验

    砷是一种剧毒物质,对人畜有致癌作用,其中三价砷的迁移性和毒性比五价砷高60倍[1-2]。各国对地表水的最高允许含砷质量浓度一般为50μg/L,世卫组织建议的饮用水中砷的允许含量标准为小于10μg/L[3]。但是由于自然释放、人为开采、生产和使用,使砷污染现象愈来愈严重。
    目前,处理含砷废水的具体方法主要有沉淀、絮凝、过滤、吸附、氧化、膜法和生物法等[4]。吸附法是一种较为成熟且简单易行的废水处理技术,特别适用于量大而浓度较低的水处理体系。氢氧化镁是常见的吸附剂,具有安全、无害、无腐蚀性、活性大、吸附能力强等特点,在水处理系统中得到广泛的应用。本研究以氢氧化镁粉末为原料,考察其吸附水中三价砷的效果和影响因素。
    1　试验试剂与方法
    1·1　主要试剂
    (1)As3+储备液:分析纯As2O3于105℃下烘干2 h,称0. 132 0 g置于50 mL烧杯中,加20%NaOH溶液2 mL,搅拌溶解后,再加1 mol/L的H2SO4溶液10 mL,转入100 mL容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度线,摇匀,即得1. 00 g/L含As3+储备液,使用时按比例稀释成所需的相应浓度。
    (2)吸附剂粉末Mg(OH)2及试验中用到的其它试剂均为分析纯。
    1. 2　吸附试验方法
    在一系列锥形瓶中,分别加入一定量的吸附剂Mg(OH)2和100 mL一定初始浓度、初始pH的As3+溶液,在一定温度下振荡一定时间后,取样,用慢速滤纸进行干过滤,取滤后上清液,置于锥形瓶中,加入10 mL浓HCl和10 mL二甲基甲酰胺(DMF)冷却至室温,加入锌粒,用DDC银盐法测定总As3+的浓度。按下式计算As3+的去除率:
            
    式中,C0和C分别为吸附前后水中As3+的浓度。试验中分别考察pH值、Mg(OH)2投加量、As3+初始浓度、吸附时间与温度等5个因素对As3+的去除率、吸附量的影响,并同时研究水溶液体系的pH值变化。
    2　结果和讨论
    2. 1　振荡时间对As3+去除率的影响
    在As3+溶液浓度为20, 50 mg/L, pH=3,温度25℃,吸附剂Mg(OH)2粉末投加量为1 g/L时,测得不同的振荡时间Mg(OH)2对As3+的吸附去除率,结果如图1。
            
    从图1可以看出,在震荡初始60 min以内,随着振荡时间的延长,As3+的去除率快速增加;当振荡时间超出60min,继续增加振荡时间,去除率变化很小,说明吸附在此时已基本达到平衡,因此后续试验选择振荡时间为1 h。
    2. 2　吸附剂投加量对As3+去除率的影响
    在振荡时间为1 h,As溶液浓度为20, 50mg/LpH=3,温度25℃情况下,研究不同吸附剂投加量与As3+去除率的关系,结果如图2。
            
    从图2可以看出,投加量在0. 5~2. 0 g/L区间内,随着吸附剂投加量增加,去除率快速增大,投放量大于2. 0 g/L后再增加量,去除率增长缓慢。因此后续试验Mg(OH)2粉末投加量为2 g/L。
    2. 3　温度对As3+去除率的影响
    在As3+溶液浓度20 mg/L,振荡时间为1 h,吸附剂Mg(OH)2粉末投加量为2 g/L, pH=3时,测得不同温度下Mg(OH)2对As3+的去除率,结果如表1。
            
    从表1可以看出,在试验设定条件下,温度变化对Mg(OH)2吸附As3+无明显影响。因此后续试验将在室温下(25℃)进行。
    2. 4　pH值对As3+去除率的影响
    在As3+溶液浓度20 mg/L,振荡时间为1 h,吸附剂Mg(OH)2粉末投加量为2 g/L,温度为25℃时,研究不同pH值下Mg(OH)2对As3+的去除率的影响,结果如图3。
             
    从图3可以看出,随着pH值的升高,Mg(OH)2对As3+的去除率降低。在pH<7的区间, pH值上升去除率缓慢下降;在pH>7的区间,随着pH值的升高,去除率下降较快。说明Mg(OH)2对As3+的吸附为非专性吸附。
    2. 5　吸附等温式
    在吸附剂Mg(OH)2粉末投加量为2 g/L,振荡时间为1 h, pH=3,温度为25℃时,在20~200 mg/L范围内改变As3+浓度,测得平衡吸附量,绘制平衡吸附量q与平衡浓度Ce的关系曲线,见图4。
    Langmuir[5]和Freundlich[6]等温方程式:
             
    式中,Q0为吸附容量,mg/L;KL为Langmuir等温方程常数,L/mg;KF和n为Freundlich等温方程常数。用上述两方程对图4结果进行拟合回归,结果见图5和图6。
            
    从图5和图6可以看出, Langmuir吸附等温方程计算值比Freundlich吸附等温方程计算值更吻合试验数据(Langmuir吸附等温方程相关系数R2>0. 99,而Freundlich等温方程R2>0. 80),参数Q0=4. 04mg/L,KL=1. 15 L/mg,表明Mg(OH)2粉末对溶液中As的吸附主要为表面单分子层吸附,吸附容量为4. 04 mg/L。
    3　结　论
    (1)氢氧化镁粉末对溶液中As3+有较强的吸附作用,在本试验条件下,吸附容量达到4. 04 mg/L。
    (2)通过比较,氢氧化镁粉末吸附As3+的等温方程比Langmuir等温方程拟合得更好,吸附主要为表面单分子层吸附。
    (3)吸附剂氢氧化镁粉末吸附As3+的过程中,吸附剂用量、pH值等因素对去除率有明显影响,温度变化对其无明显影响。吸附率随振荡反应时间、吸附剂用量的增加而增加,随着pH值的增大而减小,且影响较大。
    (4)当溶液中As3+的浓度为20 mg/L,氢氧化镁粉末投加量为2 g/L, pH=3,反应基本平衡时,As3+去除率可达到99%以上。
    (5)吸附剂氢氧化镁粉末对As3+的吸附速度较快,吸附60 min后基本达到平衡。
三价砷的处理实验