硫化沉淀法是处理含砷/重金属强酸废水应用广泛和具有发展前景的处理方 法，但是硫化反应过程中会产生大量粒径细小、难凝聚和分离的含砷/重金属硫 化物（硫化物颗粒），强酸废水硫化沉淀处理后生成的硫化物颗粒的固液分离是 目前硫化沉淀技术中存在的难题。本文针对强酸废水中 Cu(II)、Cd(II)和 As(III)， 首先研究了不同条件下 Cu(II)、Cd(II)和 As(III)的硫化去除效果和生成的硫化物 颗粒凝聚特性，在此基础上采用接触角测定、密度泛函理论（DFT）计算以及扩 展的 Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（XDLVO）理论计算分析了 CuS 颗粒、 CdS 颗粒和 As2S3 颗粒凝聚特性机理，对难凝聚的硫化物颗粒研究了紫外（UV） 光照对其凝聚性能强化效果和机理，并进一步研究了砂滤对 CuS 颗粒、CdS 颗 粒和 As2S3颗粒的分离性能以及 UV 光照对硫化物颗粒砂滤分离性能强化效果和 机理。主要研究结果及结论如下：

      （1）强酸废水中 Cu(II)、Cd(II)和 As(III)硫化去除和生成的硫化物颗粒凝聚 特性的研究结果表明：（a）H2S 流量的增大和废水中硫酸浓度的降低可提高 H2S 在气液两相的传质效率，废水中溶解的 H2S 浓度增大，Cu(II)、Cd(II)和 As(III)的 硫化去除速率提高；（b）增大 H2S 流量降低了硫化沉淀反应过程中过饱和程度， 而废水中硫酸浓度的升高增强了颗粒表面电荷中和效果，使得增大 H2S 流量或 在较高硫酸浓度废水中生成的硫化物颗粒粒径较大；（c）强酸废水中硫化反应生 成的 CuS 颗粒、CdS 颗粒和 As2S3 颗粒的粒径细小，其粒径分布最优时分别为 3.31~104.72 μm、0.24 ~245.42 μm 和 0.42~39.81 μm，对应的平均粒径分别为 39.81 μm、6.61 μm 和 13.18 μm，CuS 颗粒和 As2S3颗粒容易凝聚形成絮状体，而 CdS 颗粒稳定地分散在废水中。

       （2）强酸废水中硫化物颗粒凝聚特性机理的研究结果表明：（a）强酸废水 中硫化生成的 CuS 颗粒、CdS 颗粒和 As2S3 颗粒具有不同亲疏水性，CuS 颗粒和 As2S3 颗粒的亲水性较弱而 CdS 颗粒亲水性较强，硫化物颗粒的凝聚特性与其亲 疏水性有关；（b）硫化物颗粒亲疏水性差异是由于颗粒对 H2O 分子具有不同的静电势能和吸附能，DFT 理论计算得出 CuS 颗粒、CdS 颗粒和 As2S3颗粒与 H2O 分子的静电势能分别为-1.10 kcal/mol、-4.75 kcal/mol 和-1.33 kcal/mol，它们与 H2O 分子的吸附能分别为-4.28 kcal/mol、-12.52 kcal/mol 和-4.38 kcal/mol，表明 CuS 颗粒和 As2S3 较难吸附 H2O 分子而 CdS 颗粒容易吸附 H2O 分子，从理论上证明 了 CuS 颗粒和 As2S3 颗粒的亲水性较弱而 CdS 颗粒的亲水性较强；（c）XDLVO 理论计算结果表明，亲水性弱的 CuS 颗粒和 As2S3 颗粒的同种颗粒之间除了 Lifshitz-van der Waals 引力作用和静电排斥作用，同时还存在疏水引力作用，且 颗粒间距在长程范围时，由理论计算的总反应能小于零，CuS 颗粒和 As2S3 颗粒 的同种颗粒之间相互吸引而凝聚形成絮状体，而亲水性强的 CdS 颗粒之间除了 Lifshitz-van der Waals引力和静电排斥力还存在水化斥力，在任何颗粒间距范围， 由理论计算的总反应能大于零，CdS 颗粒相互排斥而难凝聚; (d) 在强酸废水中， 混凝方法并不能有效提高亲水性 CdS 颗粒的凝聚和沉降分离性能。

       （3） UV 强化强酸废水中难凝聚硫化物颗粒的凝聚性能和机理的研究结果 表明：（a）H2S 在 UV 强化强酸废水中硫化物颗粒凝聚性能的过程中起关键作用， H2S 浓度为 131.40 mg/L 时，UV 光照 30 min 后，CdS 颗粒的平均粒径增加了约 166 倍，H2S 浓度为 129.30 mg/L 时，UV 光照 30 min 后，混合颗粒（CuS 和 CdS） 的平均粒径增加了约 105 倍，且随着 H2S 浓度的升高 UV 强化硫化物颗粒凝聚 效果更显著；（b）UV 强化硫化物颗粒凝聚的机理如下：H2S 在 UV 光照下生成 HS•和 HO•，一部分 HS•转化生成单质硫（S0 ），生成的单质硫和硫化物颗粒在 UV 光照的催化作用下产生 HO•，HS•和 HO•作用于硫化物颗粒表面使表面低价态的 硫元素（S2- 和 Sn 2- ）被氧化成高价态硫元素（S2 2- 和 S0 ），硫化物颗粒表面电荷减 少，同时 UV 光照后硫化物颗粒的表面自由能减小，硫化物颗粒的亲水性减弱， 颗粒之间单位面积的总反应能减小并小于零，颗粒间的排斥作用转化为吸引作用， 颗粒的凝聚性能增强; (c) UV 光照后的 CdS 颗粒以及混合颗粒（CuS 和 CdS）容 易凝聚形成大块絮体，沉降性能也显著强化，但经 30 min 沉降后上清液仍有一 定剩余浊度。

       （4）强酸废水中硫化生成的 CuS 颗粒、CdS 颗粒和 As2S3 颗粒的砂滤分离 性能及 UV 强化硫化物颗粒砂滤分离性能和机理研究结果表明：（a）由于 CuS 颗 粒之间的凝聚性能及 CuS 颗粒与石英砂颗粒表面的黏附性能强于 As2S3 颗粒和 CdS 颗粒，CuS 颗粒表现出良好的砂滤分离性能，当过滤流速增加时，砂滤过程 中出水的浊度均小于 1.0 NTU，As2S3 颗粒砂滤时滤柱容易穿透，且穿透时间随 着过滤流速的增加而缩短，而 CdS 颗粒的砂滤截留性能较差；（b）由于 UV 光照 减小了 As2S3 颗粒和 CdS 颗粒的表面电荷同时提高了颗粒的疏水性，使颗粒的凝 聚性能以及颗粒与石英砂滤料表面的黏附性能增强，经 UV 光照后的 As2S2 颗粒 和 CdS 颗粒的砂滤分离性能显著增强，随着过滤流速的增大，UV 光照后 As2S3 颗粒和 CdS 颗粒的砂滤过程中均未出现滤柱穿透，且砂滤过程中的出水浊度小 于 1.0 NTU。