催化臭氧氧化法處理選礦廢水實(shí)驗(yàn)研究

陳國(guó)強(qiáng)

摘要：研究了催化臭氧氧化法對(duì)選礦廢水COD的處理效果，通過(guò)催化劑投加量、反應(yīng)初始pH、臭氧投加量等條件實(shí)驗(yàn)得出：當(dāng)廢水與催化劑體積比為3：1、反應(yīng)初始pH為7-9、臭氧投加量為150mg/L時(shí)，處理后選礦廢水中COD從568mg/L降低為54mg/L，COD去除率為90.4%。

Abstract： To study the treatment effect of beneficiation wastewater COD by catalytic ozonation， and the experimental conditions such as catalyst dosage， initial pH， the ozone amount， show that： when the wastewater and the catalyst volume ratio is 3：1， initial pH is 7-9， the ozone dosage is 150mg/L， beneficiation wastewater COD after processing decreased from 568mg/L to 54mg/L， and the removal rate of COD is 90.4%.

關(guān)鍵詞：催化；臭氧氧化；選礦廢水

Key words： catalytic；ozonation；mineral processing wastewater

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）10-0100-02

0 引言

選礦過(guò)程中產(chǎn)生了大量的選礦廢水，廢水中含有大量殘留的選礦藥劑，COD較高，若直接回用于選礦生產(chǎn)，由于選礦藥劑的殘留對(duì)選礦指標(biāo)產(chǎn)生了不利影響，出現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量下降，產(chǎn)品品位降低，金屬互含量增高，金屬回收率下降等問(wèn)題。采用尾礦庫(kù)自然降解的方式，降解時(shí)間長(zhǎng)而且難以達(dá)到完全去除殘留選礦藥劑的效果，往往導(dǎo)致尾礦庫(kù)出水COD超標(biāo)的現(xiàn)象，尤其對(duì)于沒(méi)有設(shè)置尾礦庫(kù)的部分礦山企業(yè)，選礦廢水COD的達(dá)標(biāo)排放成為一大難題，選礦廢水中COD較高，采用普通化學(xué)氧化法處理成本較高，而且處理后廢水中容易存在殘留的氧化劑，導(dǎo)致不能回用。采用催化臭氧氧化法處理，提高了臭氧氧化的效率而且氧化后無(wú)殘留藥劑，使處理后的廢水既可以達(dá)標(biāo)排放也能夠回用到選礦工藝中，不僅減輕了對(duì)環(huán)境的污染還降低了廢水處理費(fèi)用、節(jié)約新水，帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

臭氧是由三個(gè)氧原子構(gòu)成的分子，分子式為O3，是O2的同素異性體。其中一個(gè)氧原子與另外兩個(gè)氧原子分別以單鍵相連接，性質(zhì)活潑，單鍵易斷裂，生成一個(gè)氧分子和一個(gè)單原子氧，這個(gè)釋放出的氧原子具有較強(qiáng)的氧化能力，可氧化降解大部分有機(jī)物[1-2]。

催化臭氧氧化法是對(duì)傳統(tǒng)臭氧氧化法的改進(jìn)和加強(qiáng)。它通過(guò)催化劑的作用，在臭氧氧化過(guò)程中催化臭氧產(chǎn)生大量的羥基自由基，產(chǎn)生的羥基自由基氧化能力大于氧原子的氧化能力，提高了臭氧氧化的效率，使有機(jī)物在較短的時(shí)間內(nèi)降解、礦化成二氧化碳、水和無(wú)機(jī)物，或者至少氧化成無(wú)害的物質(zhì)。在催化臭氧氧化降解過(guò)程中，催化劑有兩方面的作用：①提高臭氧的反應(yīng)活性和利用率，②提高有機(jī)物的降解率和礦化程度。由于·OH的氧化性極強(qiáng)，氧化反應(yīng)沒(méi)有選擇性，能快速與大部分有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)[3]。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

①臭氧發(fā)生器（30g/h，青島國(guó)林）；

②催化臭氧氧化反應(yīng)裝置（10L/h，試制）；

③臭氧催化劑（KYYH001）；

④COD加熱消解儀（DRB200美國(guó)哈希）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

取選礦廢水于催化臭氧氧化反應(yīng)裝置中，按照一定比例投加臭氧催化劑，調(diào)節(jié)氧化初始pH至相應(yīng)值，然后通入臭氧進(jìn)行催化臭氧氧化反應(yīng)，反應(yīng)一定時(shí)間后停止反應(yīng)，取水樣分析COD。

催化劑投加量按照廢水與催化劑體積比0：1、2：1、3：1、4：1、5：1投加，初始反應(yīng)pH分別為7、9、10、11，通過(guò)不同反應(yīng)時(shí)間取樣分析得出不同臭氧投加量下COD的去除情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑效果

圖1為催化劑與廢水體積比1：3，臭氧投加量10mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L、120mg/L、150mg/L時(shí)處理結(jié)果圖。從圖1可以看出，催化劑的投加可以大大提高臭氧的氧化能力，當(dāng)臭氧投加量150mg/L時(shí)，直接臭氧氧化后廢水COD從577mg/L降為230mg/L，復(fù)合催化氧化降為54mg/L，跟單獨(dú)臭氧氧化相比，復(fù)合催化氧化對(duì)選礦廢水COD去除率從60%提高到91%，很好地提高了臭氧的氧化效率。

2.2 催化劑投加量

圖2為分別按照廢水與催化劑體積比0：1、2：1、3：1、4：1、5：1，臭氧投加量為40mg/L、80mg/L、120mg/L、150mg/L時(shí)處理結(jié)果圖。從圖2可以得出，當(dāng)催化劑投加量增多時(shí)，臭氧氧化去除COD的效率提高，當(dāng)臭氧投加量為150mg/L，非均相催化劑與廢水體積比為1：3時(shí)廢水COD從577mg/L降為53mg/L，非均相催化劑與廢水體積比為1：4時(shí)，廢水COD降為98mg/L。所以催化劑投加量為與廢水體積比為1：3即可。

2.3 反應(yīng)初始pH

圖3為廢水與催化劑體積比3：1，反應(yīng)初始pH為7、9、10、11進(jìn)行催化氧化時(shí)結(jié)果圖。當(dāng)臭氧氧化初始pH在9左右時(shí)，相對(duì)于原水中性條件下催化臭氧氧化對(duì)廢水COD去除能力有所增強(qiáng)，但增加幅度不明顯，當(dāng)臭氧投加量為150mg/L時(shí)，進(jìn)水pH為7時(shí)氧化后COD從588mg/L降低為50mg/L，進(jìn)水pH為9時(shí)氧化后COD從588mg/L降低為44mg/L；在pH>11時(shí)，發(fā)現(xiàn)臭氧的氧化能力隨著pH的升高反而變?nèi)酰@是因?yàn)槌粞踉趶?qiáng)堿性條件下容易分解，導(dǎo)致氧化能力下降。所以催化臭氧氧化最佳的進(jìn)水pH范圍為7-9。

2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

圖4為按照廢水與催化劑體積比3：1投加非均相催化劑，調(diào)節(jié)反應(yīng)初始pH為7-9時(shí)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。通過(guò)圖4可以看出，隨著臭氧投加量的增大，催化氧化處理后后水樣COD越來(lái)越低，當(dāng)投加量為150mg/L時(shí)，處理后廢水COD從568mg/L降低為54mg/L，廢水COD去除率為90.4%。

3 結(jié)論

①催化臭氧氧化法對(duì)選礦廢水COD具有較好的降解效果，催化臭氧氧化不僅具有無(wú)二次污染、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)，而且相對(duì)于單獨(dú)臭氧氧化，在相同臭氧投加量時(shí)，COD去除率可提高30%左右，很好地提高了臭氧的氧化效率。

②催化臭氧氧化法處理選礦廢水時(shí)，當(dāng)廢水與催化劑體積比3：1、反應(yīng)初始pH為7-9、臭氧投加量為150mg/L時(shí)，處理后選礦廢水中COD從568mg/L降低為54mg/L， COD去除率為90.4%。

參考文獻(xiàn)：

[1]Legube B，Karpel VLN.Catalytic ozonation：a Promising advanced oxidation technology for water treatment [J].Catalysis Today，1999，53 （l）：61-72.

[2]李來(lái)勝，祝萬(wàn)鵬，李中和.催化臭氧化——一種有前景的高級(jí)水處理氧化技術(shù)[J].給水排水，2002，27（16）：26-29.

[3]M. A，謝甫欽柯等著，劉存禮譯.臭氧化法水處理工藝學(xué)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1987.