近几年，为从难处理金矿中高效地回收金，选矿工艺一般采用生物氧化法预处理含砷金精矿。根据金精矿性质和氰化工艺的要求，经生物氧化处理后形成的氧化渣需进行再磨矿，才能使其粒度达到氰化工艺的要求。在磨矿工艺中会产生一定量的废水，该废水呈酸性，同时含有少量的As3+和COD等，需选用适当的方法进行处理，使其达到《辽宁省污水综合排放标准》（DB 21/1627—2008）后统一排放。本研究根据废水的组成并考虑处理成本及处理效果，分别采用活性炭静态吸附法和空气-活性炭催化氧化法对磨矿含砷废水进行了处理，研究了2种方法对磨矿含砷废水的处理效果及影响因素，以寻找处理磨矿含砷废水的有效方法，使该类废水经处理后能够达标排放。
1 试验材料、仪器及装置
1.1 试验材料
试验废水为某金业有限责任公司磨矿工艺产生的废水，其水质及排放标准见表 1。
本试验活性炭选择煤质活性炭和椰壳活性炭，椰壳活性炭来源于巩义某活性炭制造厂，煤质活性炭来源于梅河口某炭业有限公司。
1.2 试验仪器
5B-1型COD快速测定仪，兰州连华环保科技有限公司；UV-1700紫外分光光度计，岛津；Z-800原子吸收分光光度计、LMTA 2.4 pH计，北京科创海光仪器有限公司。
1.3 试验装置
活性炭静态吸附试验装置如图 1所示，催化氧化试验装置如图 2所示。
图 1 活性炭静态吸附试验装置示意
图 2 催化氧化试验装置示意
试验均采用DN40有机玻璃管作吸附柱。活性炭静态吸附试验吸附柱炭层有效高度为420 mm，采用底部进水，顶部出水的方式，通过蠕动泵将废水送入充满活性炭的柱体。试验中，调节废水流量为200 mL/h，废水在柱体停留时间为1.0 h。
催化氧化试验吸附柱炭层高度为520 mm。废水从装有活性炭的吸附柱顶部喷淋，流经活性炭吸附柱，与柱体底部通入的空气逆向接触。经吸附和空气氧化后的废水从柱体底部流出，空气从柱体顶部排出。视试验状况适时调整进气量，防止液泛发生。
2 磨矿废水处理试验研究
2.1 活性炭静态吸附试验
活性炭表面具有发达的空隙结构和较大的比表面积，是一种非常优良的吸附剂。
分别称取340 g煤质活性炭和椰壳活性炭装入吸附柱中，进行活性炭静态吸附试验，每隔1 h分析出水水质。不同种类活性炭对废水中总砷的去除效果如图 3所示。
由图 3可知，煤质活性炭在1 h内对砷的吸附很快，当达到6 h时，吸附趋于稳定，总砷去除率可达90%以上；椰壳活性炭对总砷的吸附在2 h时即达到平衡，总砷去除率为85%，吸附性能低于煤质活性炭。经2种活性炭吸附后的出水中的总砷浓度高于排放标准的要求。说明活性炭对砷的选择吸附能力较差，去除效果一般。对此，对其进行改良，采用空气-活性炭催化氧化法进行试验。
图 3 不同种类活性炭对总砷的去除效果
2.2 空气-活性炭催化氧化试验
空气-活性炭催化氧化法的机理是首先利用活性炭吸附废水中的污染物，再利用空气作为氧化剂与活性炭表面所吸附的物质发生氧化反应，低价态的金属离子被氧化为高价态被活性炭吸附，其中As3+被氧化为As5+，有机物质则被氧化为二氧化碳和水而得以去除。
2.2.1 空气流量的影响
称取400 g煤质活性炭装入吸附柱中，调节空气流量分别为0.04、0.08 、0.40 m3/h，在废水流量为200 mL/h的条件下，进行空气-活性炭催化氧化试验，考察空气流量对处理效果的影响，结果如图 4所示。
图 4 空气流量对砷的去除的影响
由图 4可知，当空气流量由0.04 m3/h升至0.40 m3/h时，处理出水中的总砷质量浓度仅由0.089 mg/L降至0.066 mg/L，出水总砷浓度仍高于排放标准的要求。由此可以看出，单一的空气-活性炭催化氧化法对总砷的去除不明显。
2.2.2 pH的影响
由于单一空气-活性炭催化氧化法对废水中砷的去除不明显，需要对废水进行预处理。研究表明，活性炭在强酸性条件下，吸附活性增加。因此，向废水中加入一定量的酸，调节废水为强酸性。
取若干升废水，加入浓硫酸调节废水pH至3.2（浓硫酸投加量为0.1 mL/L）。称取400 g煤质活性炭装入吸附柱中，在废水流量为200 mL/h，空气流量为0.04 m3/h的条件下，考察了废水中加酸和不加酸情况下空气-活性炭催化氧化法对废水的处理效果，结果如图 5、图 6所示。
图 5 废水中加酸对砷去除的影响
图 6 废水中加酸对COD去除的影响
由图 5可知，经过酸化预处理的废水，再经空气-活性炭催化氧化法处理后，废水中的总砷可由初始的0.485 mg/L降至 0.03 mg/L，总砷去除率可达94%，处理后废水中的总砷低于排放标准所规定的0.05 mg/L。探其原因，可能是经空气-活性炭催化氧化法处理后As3+被氧化为高价态的As5+，又因为酸化引起了活性炭表面氧化，加强了对 As5+的吸附，从而提高了对As3+的去除率。
由图 6可知，当反应时间为1 h时，废水中加酸和不加酸情况下，空气-活性炭催化氧化法均可使废水COD降低至10 mg/L左右。但随着吸附过程的进行，经单一空气-活性炭催化氧化法处理出水中的COD不断上升，而先经过酸化预处理，再经空气-活性炭催化氧化法处理后的出水COD随着反应过程的进行基本保持不变，且其出水COD低于单一空气-活性炭催化氧化法。。
3 结论
对磨矿含砷废水的处理，由于活性炭静态吸附法主要是依靠范德华力的作用对总砷进行吸附去除，总砷去除率相对较低，出水总砷浓度超过排放标准的要求，因此，该方法难以在生产中应用。
采用空气-活性炭催化氧化法，一部分低价态的As3+会转变成As5+，增强了静电作用，对提高总砷的去除有一定帮助，但总砷去除率的提高并不明显。
而经酸化预处理后，再进行空气-活性炭催化氧化处理，不仅增强了静电吸附，而且因活性炭表面受到氧化作用，表面活性增强，二者的迭加作用使废水中的总砷由初始的0.485 mg/L 降至0.03 mg/L，总砷去除率高达94%。处理后废水中的总砷、COD均低于排放标准的要求。对吸附饱和的活性炭通过再生，实现重复利用，可有效降低处理成本。因此，采用酸化预处理+空气-活性炭催化氧化法处理磨矿含砷废水具有很好的应用前景。
