催化臭氧氧化法处理选矿废水实验研究

2017-04-18 12:19陈国强
价值工程 2017年10期
关键词:催化

陈国强

摘要:研究了催化臭氧氧化法对选矿废水COD的处理效果,通过催化剂投加量、反应初始pH、臭氧投加量等条件实验得出:当废水与催化剂体积比为3:1、反应初始pH为7-9、臭氧投加量为150mg/L时,处理后选矿废水中COD从568mg/L降低为54mg/L,COD去除率为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%.

关键词:催化;臭氧氧化;选矿废水

Key words: catalytic;ozonation;mineral processing wastewater

中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)10-0100-02

0 引言

选矿过程中产生了大量的选矿废水,废水中含有大量残留的选矿药剂,COD较高,若直接回用于选矿生产,由于选矿药剂的残留对选矿指标产生了不利影响,出现了产品质量下降,产品品位降低,金属互含量增高,金属回收率下降等问题。采用尾矿库自然降解的方式,降解时间长而且难以达到完全去除残留选矿药剂的效果,往往导致尾矿库出水COD超标的现象,尤其对于没有设置尾矿库的部分矿山企业,选矿废水COD的达标排放成为一大难题,选矿废水中COD较高,采用普通化学氧化法处理成本较高,而且处理后废水中容易存在残留的氧化剂,导致不能回用。采用催化臭氧氧化法处理,提高了臭氧氧化的效率而且氧化后无残留药剂,使处理后的废水既可以达标排放也能够回用到选矿工艺中,不仅减轻了对环境的污染还降低了废水处理费用、节约新水,带来一定的经济效益。

1 实验部分

1.1 实验原理

臭氧是由三个氧原子构成的分子,分子式为O3,是O2的同素异性体。其中一个氧原子与另外两个氧原子分别以单键相连接,性质活泼,单键易断裂,生成一个氧分子和一个单原子氧,这个释放出的氧原子具有较强的氧化能力,可氧化降解大部分有机物[1-2]。

催化臭氧氧化法是对传统臭氧氧化法的改进和加强。它通过催化剂的作用,在臭氧氧化过程中催化臭氧产生大量的羟基自由基,产生的羟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,使有机物在较短的时间内降解、矿化成二氧化碳、水和无机物,或者至少氧化成无害的物质。在催化臭氧氧化降解过程中,催化剂有两方面的作用:①提高臭氧的反应活性和利用率,②提高有机物的降解率和矿化程度。由于·OH的氧化性极强,氧化反应没有选择性,能快速与大部分有机物进行反应[3]。

1.2 实验材料与设备

①臭氧发生器(30g/h,青岛国林);

②催化臭氧氧化反应装置(10L/h,试制);

③臭氧催化劑(KYYH001);

④COD加热消解仪(DRB200美国哈希)。

1.3 实验方法

取选矿废水于催化臭氧氧化反应装置中,按照一定比例投加臭氧催化剂,调节氧化初始pH至相应值,然后通入臭氧进行催化臭氧氧化反应,反应一定时间后停止反应,取水样分析COD。

催化剂投加量按照废水与催化剂体积比0:1、2:1、3:1、4:1、5:1投加,初始反应pH分别为7、9、10、11,通过不同反应时间取样分析得出不同臭氧投加量下COD的去除情况。

2 结果与讨论

2.1 催化剂效果

图1为催化剂与废水体积比1:3,臭氧投加量10mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L、120mg/L、150mg/L时处理结果图。从图1可以看出,催化剂的投加可以大大提高臭氧的氧化能力,当臭氧投加量150mg/L时,直接臭氧氧化后废水COD从577mg/L降为230mg/L,复合催化氧化降为54mg/L,跟单独臭氧氧化相比,复合催化氧化对选矿废水COD去除率从60%提高到91%,很好地提高了臭氧的氧化效率。

2.2 催化剂投加量

图2为分别按照废水与催化剂体积比0:1、2:1、3:1、4:1、5:1,臭氧投加量为40mg/L、80mg/L、120mg/L、150mg/L时处理结果图。从图2可以得出,当催化剂投加量增多时,臭氧氧化去除COD的效率提高,当臭氧投加量为150mg/L,非均相催化剂与废水体积比为1:3时废水COD从577mg/L降为53mg/L,非均相催化剂与废水体积比为1:4时,废水COD降为98mg/L。所以催化剂投加量为与废水体积比为1:3即可。

2.3 反应初始pH

图3为废水与催化剂体积比3:1,反应初始pH为7、9、10、11进行催化氧化时结果图。当臭氧氧化初始pH在9左右时,相对于原水中性条件下催化臭氧氧化对废水COD去除能力有所增强,但增加幅度不明显,当臭氧投加量为150mg/L时,进水pH为7时氧化后COD从588mg/L降低为50mg/L,进水pH为9时氧化后COD从588mg/L降低为44mg/L;在pH>11时,发现臭氧的氧化能力随着pH的升高反而变弱,这是因为臭氧在强碱性条件下容易分解,导致氧化能力下降。所以催化臭氧氧化最佳的进水pH范围为7-9。

2.4 验证实验

图4为按照废水与催化剂体积比3:1投加非均相催化剂,调节反应初始pH为7-9时验证实验结果图。通过图4可以看出,随着臭氧投加量的增大,催化氧化处理后后水样COD越来越低,当投加量为150mg/L时,处理后废水COD从568mg/L降低为54mg/L,废水COD去除率为90.4%。

3 结论

①催化臭氧氧化法对选矿废水COD具有较好的降解效果,催化臭氧氧化不仅具有无二次污染、运行成本低的特点,而且相对于单独臭氧氧化,在相同臭氧投加量时,COD去除率可提高30%左右,很好地提高了臭氧的氧化效率。

②催化臭氧氧化法处理选矿废水时,当废水与催化剂体积比3:1、反应初始pH为7-9、臭氧投加量为150mg/L时,处理后选矿废水中COD从568mg/L降低为54mg/L, COD去除率为90.4%。

参考文献:

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

[2]李来胜,祝万鹏,李中和.催化臭氧化——一种有前景的高级水处理氧化技术[J].给水排水,2002,27(16):26-29.

[3]M. A,谢甫钦柯等著,刘存礼译.臭氧化法水处理工艺学[M]. 北京:清华大学出版社,1987.

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