南京某铅锌硫化矿厂地处长江边,每天大约产出3500t选矿废水(简称废水),由于未建尾矿库,采用混凝—活性炭吸附的方法对废水进行处理后回用。该工艺经长期运行后,废水中的有机浮选药剂不断积累,导致废水的COD不断上升,处理后回用的废水影响了选矿厂生产工艺的正常运行。因此,如何改进废水处理工艺,确保选矿生产的顺利进行是选矿厂急需解决的生产和环保难题。
NaClO具有较强的氧化性,可以氧化分解废水中的污染物。NaClO被广泛用于含氰废水的处理,也被用于硫化物恶臭废水的处理,应用较广,但在选矿废水中的应用报道得不多。本工作采用NaClO法对选矿废水进行处理,以便为废水处理工艺设计提供科学依据。
1 实验部分
1.1 废水水质
实验用选矿废水取自南京某选矿厂现场经铝盐混凝后的处理出水。该废水无色、有臭味,pH6.4～7.2,COD900～1200mg/L,Pb质量浓度2.55mg/L,Zn质量浓度0.032mg/L,Cu质量浓度小于0.02mg/L,Cr质量浓度0.55mg/L,Cd质量浓度0.009mg/L,Ag质量浓度小于0.008mg/L。废水中的Pb和Cr的含量超标,COD更是超过排放标准。本实验的主要目的是降低废水的COD,为废水的达标排放提供参考。本实验用废水的COD为800～870mg/L。
1.2 仪器和试剂
PHS-25型pH计,上海虹益仪器仪表有限公司;磁力搅拌器,国华仪器厂;COD快速测定仪,广东省医疗器械厂;光电分析天平,常熟市双杰测试仪器厂。
NaClO,H2SO4,NaOH,均为分析纯。
1.3 实验方法
取废水100mL,用NaOH或H2SO4调节废水的pH,加入NaClO后在磁力搅拌器上搅拌反应,准确控制反应时间,反应完成后过滤,取上清液测定COD。
1.4 分析方法
COD用快速测定仪测定;pH用PHS-25型pH计测定。
2 结果与讨论
2.1 pH对COD去除率的影响
在NaClO加入量为10g/L、反应时间为30min的条件下,考察废水pH对COD去除率的影响,结果见图1。
由图1可以看出,在废水pH为4时,COD去除率最高,为66.2%;pH过高或过低,废水处理效果都变差。这与NaClO反应的机理有关,NaClO的氧化性主要是由于其在水溶液中水解产生次氯酸,见下式:
NaClO+H2O=HClO+NaOH
次氯酸有很强的氧化性,pH对次氯酸的产生有很大的影响,酸性越强,氧化能力越强,但在强酸性介质中,生成的次氯酸分解也快,因此酸性不能太大,而碱性条件则不利于HClO的生成,所以废水的处理效果变差。
2.2 NaCOl加入量对COD去除率的影响
在废水pH分别为4,6.5,11,反应时间为30min的条件下,考察了NaClO加入量对COD去除率的影响,结果见图2。
由图2可以看出,随着NaClO加入量的增加,COD的去除率明显增加,在不同的pH条件下,当NaClO加入量为100g/L时,COD去除率都很高,pH为4时的COD去除率接近100%,而在pH为6.5时的COD去除效果与pH为11时的相差不大。
2.3 反应时间对COD去除率的影响
在废水pH为4、NaClO加入量为10g/L的条件下,考察反应时间对COD去除率的影响,结果见图3。
由图3可以看出,随着反应时间的延长,COD去除率增加,但增加的幅度不大;当反应时间为1h时,COD去除率为66.2%。综合考虑,选择反应时间为30min。
2.4 正交实验结果
综合上述单因素影响实验结果,初步确定了废水处理的操作条件,为进一步确定最佳操作条件,选用L9(34)正交实验考察废水初始pH(A)、反应时间(B,min)及NaClO加入量(C,g/L)对废水处理效果的影响。正交实验结果见表1。
根据极差计算结果得出,在选定的影响因素中,NaClO加入量对废水COD去除率的影响最大,其次是反应时间,再次是pH。由此确定的废水最佳处理条件为:pH 4、NaClO加入量100g/L、反应时间30min。正交实验得出的最佳操作条件与单因素实验得出的实验条件基本吻合。在该条件下进行废水处理实验,废水COD的去除率为98.3%。从经济角度出发,对于处理实际废水,最好是不用调节废水的pH而直接投加药剂进行反应,当pH为11、反应时间为10min、NaClO加入量为1g/L时,COD去除率为39.4%,处理1m3废水的NaClO药剂成本约为30元,而对于COD去除率接近100%的废水,由于加入NaClO药剂的成本太高而只能作为理论上的参考依据。
3 结论
a)采用次氯酸钠法处理选矿废水,在废水pH为4、NaClO加入量为100g/L、反应时间为30min的条件下,选矿废水的COD去除率可达到98.3%。
b)在废水pH为11、反应时间为10min、NaClO加入量为1g/L时,选矿废水的COD去除率为39.4%,处理1m3废水的NaClO药剂成本约为30元。
c)根据极差计算结果得出,在选定的影响因素中,NaClO加入量对废水COD去除率的影响最大,其次是反应时间,再次是pH。
