次氯酸鈉-氫氧化物處理鋼鐵工業含鋅含氰廢水的實驗研究

祝洪芬

(山西省長治市環境監測站， 山西 長治 046000)

隨著近年來經濟的快速發展，冶煉、電鍍、金屬加工等工業廢水不斷產生與排放。研究表明，這些廢水大多為含鋅廢水，已是環境中鋅重金屬污染的主要來源[1]。而且，含鋅廢水具有持久性、高毒性、不易被生物降解等特點[2]，因此，其含量超標不僅使環境嚴重污染，還威脅著人體健康和生物的生存。

近年來，對于含鋅重金屬廢水，根據其處理手段不同，可分為三類[3]：第一類是以離子交換法、吸附法、化學沉淀法等為代表的轉變為難（不）溶金屬化合物去除法；第二類是以膜分離法、電解法、蒸發濃縮法等為代表的濃縮分離法；第三類是以絮凝、吸收和富集等作用為代表的生物法。其中，第一類方法較為常用，第三類方法處于研發階段。目前，氫氧化物法處理含鋅廢水因其穩定性好、成本低廉等優勢而被國內外廣泛采用。本文在借鑒前人研究的基礎上，探討次氯酸鈉—氫氧化物處理鋼鐵工業含鋅廢水的處理效果，以探索處理含鋅含氰廢水的新工藝、新技術，并為工業化應用提供技術支撐。

1 實驗材料與方法

1.1 用水水質

采集某鋼鐵公司的高爐煤氣洗滌水，帶回實驗室自然沉降，將水樣過濾后備用。水質如表1所示。

1.2 主要藥劑

實驗用到的主要試劑為：硫酸（衡陽市凱信化工試劑有限公司）、氫氧化鈉（廣州市御和田化工科技有限公司）、次氯酸鈉溶液（有效氯10%（m/m），黃驊市環渤化工產品銷售有限公司）等。

表1 實驗用水水質

1.3 主要儀器及設備

實驗用到的主要儀器及設備為：數顯恒溫電熱套，RT-SX型（南京文科儀器科技有限公司）；酸度計，PHS-25（上海精密科學儀器有限公司）；無級恒速攪拌器，D-2（上海平軒科學儀器有限公司）；數顯恒溫水浴鍋，HH-2（金壇區水北科普實驗儀器廠）；可調電子萬用爐（上海上天精密儀器有限公司）；燒杯、單口燒瓶，500 mL（深圳市良誼實驗室儀器有限公司）；廣范pH試紙（南通市衛寧實驗器材有限公司）；移液管、容量瓶、錐形瓶、量筒（深圳市良誼實驗室儀器有限公司）；酸式滴定管、堿式滴定管（鄭州艾威爾化玻儀器有限公司）；濾紙（南通市天驕過濾材料有限公司）等。

1.4 實驗裝置

本實驗所用反應裝置如下頁圖1所示。

1.5 實驗步驟及分析方法

本實驗步驟如下：首先，將400 mL原水放入500 mL燒杯中，并加入氫氧化鈉調節pH；其次，將調節好pH的帶水燒杯放入恒溫水浴，使其達到設定溫度；第三，將一定量的次氯酸鈉放入已達到實驗要求溫度的燒杯中，并進行勻速攪拌使其充分反應一段時間；第四，過濾水樣，并調節pH近中性；第五，讓其繼續進行反應；第六，靜置，取上清液測定。

圖1 本實驗所用反應裝置

本實驗均采用標準方法對可溶鋅離子及總氰化物進行測定，即分別采用EDTA滴定法和硝酸銀滴定法GB/T7487—1987。

2 正交試驗設計及分析

2.1 正交試驗設計

由于鋼鐵工業含鋅含氰廢水水質復雜，因此影響高爐煤氣洗滌水脫鋅脫氰的因素也較多。為了探索和橫向比較各影響因子對鋼鐵企業廢水脫鋅脫氰的影響大小，本文通過查閱大量相關文獻及初步試驗，選用L9（33）的正交實驗方案來安排脫鋅脫氰實驗。其中，正交試驗因素及水平如表2所示。

表2 影響高爐煤氣洗滌水脫鋅脫氰正交試驗因素及水平

2.2 正交試驗結果

按照正交試驗設計所定，不同條件下處理含鋅含氰廢水得到的測定結果見表3所示。

表3 影響高爐煤氣洗滌水脫鋅脫氰正交試驗結果

對不同條件下用NaClO溶液及氫氧化物沉淀法正交分析結果顯示，在選擇水平范圍內，各因素影響順序為：有效氯含量α大于反應溫度T大于反應時間t；確定的最佳試驗方案為A3B3C3，即反應溫度T為30℃，有效氯含量α為250 mg/L，反應時間為40 min時，鋼鐵企業含鋅含氰廢水脫鋅脫氰效果最好。

3 單因素最佳參數試驗

通過正交試驗，我們分析出影響鋼鐵企業含鋅含氰廢水影響因素的影響大小，并初步確定了最佳試驗方案，即各影響因素的最佳實驗水平。為了進一步確定各影響因素的影響規律及驗證最佳試驗方案，研究進行了單因素最佳參數試驗。

3.1 反應時間t對去除率的影響

在廢水pH=9～10，T=20℃，有效氯含量α=250 mg/L的條件下進行反應，以考察反應時間分別為20、30、40、50、60 min 的脫鋅脫氰效果。結果顯示，在機械攪拌的作用下，NaClO溶液及氫氧化物沉淀法對鋼鐵企業廢水的脫鋅脫氰效果較好，具體的，在不同反應時間的情況下，鋅離子的去除率高達100%，氰化物的去除率也高達98%以上，且在反應時間為50 min時，總氰化物的含量已小于0.5 mg/L，可達到國家一級排放標準（GB 8978—1996）。因此，反應時間確定為50 min。

3.2 有效氯含量α對去除率的影響

由于鋼鐵工業含鋅含氰廢水的水質比較復雜，在廢水pH=9～10，T=20℃，攪拌反應時間t=30 min的條件下進行反應，以考察不同濃度有效氯含量脫鋅脫氰效果。結果顯示，隨著有效氯含量α的增大，氰、鋅的去除率均提高。

4 結論

1）二氧化氯-氫氧化物沉淀法對于鋼鐵工業含鋅含氰廢水有較高的去除率。其脫鋅脫氰的結果在正交試驗設計條件下具有重現性。

2）用二氧化氯-氫氧化物沉淀法處理鋼鐵工業含鋅含氰廢水過程中，有效氯的含量對二氧化氯氧化除氰除鋅的去除率具有主要影響，反應時間是二氧化氯-氫氧化物沉淀法除氰除鋅的重要影響因素，反應溫度的升高也有助于去除率的提高。

3）考慮到實踐應用的成本因素，二氧化氯-氫氧化物沉淀法處理鋼鐵工業含鋅含氰廢水的最佳適宜條件為：pH為9～10之間，溫度為30℃，有效氯含量α為600 mg/L，攪拌反應時間為30 min。在最佳反應條件下，處理后出水總氰質量濃度為0.47 mg/L，達到國家一級排放標準。

[1]陳來福，劉憲，喬治強，等.硫酸亞鐵—次氯酸鈣處理高濃度含氰廢水[J].工業水處理，2011（6）：73-77.

[2]王曉霞，鄭利利，王正德，等.含氰廢水處理技術的研究進展[J].河南化工，2013（9）：6.

[3]陳勇，夏彬.含氰廢水的處理[J].川化，2012（3）：28-30.

[4]盛惠敏.酸化法處理含氰廢水[J].新疆有色金屬，2010（S2）：112-114.

[5]任小軍，李彥鋒，趙光輝，等.工業含氰廢水處理研究進展[J].工業水處理，2009（8）：1-5.

[6]顏海波，孫興富.臭氧技術處理電鍍含氰廢水的應用[J].中國科技信息，2005（21）：136.