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催化协同臭氧氧化滴状黄药废水的研究
2009-07-16
以铁矿浮选中含有的黄药为处理的目标物质,采用活性炭和紫外光与臭氧联用氧化雾化后的黄药。 试验考察了pH值、臭氧通入量、活性炭、雾化、自由基捕获剂对黄药去除率的影响,并比较了曝气/O3/UV/GAC和 雾化/O3/UV/GAC两种方法。结果表明,将废水雾化,不调节pH值,反应35min,臭氧通入量为300mg/L,黄药的 去除率达到96.3%,比曝气/O3/UV/GAC联用黄药的去除率提高了15%。该工艺可以作为含有黄药废水的深度 处理手段。
SeJruileysꢀ N2o0.03997ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总09第年 3第977期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 催化协同臭氧1, 氧2 化滴状黄药废水3 的研究 1 3 段 海 霞 ꢀ 刘 炯 天 ꢀ 郎 咸 明 ꢀ 王 京 城 ( 1. 东 北 大 学 ; 2. 沈 阳 理 工 大 学 ; 3. 辽 宁 省 环 境 科 学 研 究 院 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 以 铁 矿 浮 选 中 含 有 的 黄 药 为 处 理 的 目 标 物 质 , 采 用 活 性 炭 和 紫 外 光 与 臭 氧 联 用 氧 化 雾 化 后 的 黄 药 。 试 验 考 察 了 pH 值 、 臭 氧 通 入 量 、 活 性 炭 、 雾 化 、 自 由 基 捕 获 剂 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 , 并 比 较 了 曝 气 / O / UV/ GAC 和 3 雾 化 / O / UV/ GAC 两 种 方 法 。 结 果 表 明 , 将 废 水 雾 化 , 不 调 节 pH 值 , 反 应 35 min, 臭 氧 通 入 量 为 300 mg/ L, 黄 药 的 3 去 除 率 达 到 96. 3% , 比 曝 气 / O / UV/ GAC 联 用 黄 药 的 去 除 率 提 高 了 15% 。 该 工 艺 可 以 作 为 含 有 黄 药 废 水 的 深 度 3 处 理 手 段 。 关 键 词 ꢀ 黄 药 ꢀ 废 水 ꢀ 臭 氧 ꢀ 协 同 催 化 作 用 Study on the Synergetic Catalysis with OzoneOxidation for Treating Droplet Xanthate Wastewater 1 , 2 1 3 3 Duan Haixia ꢀ Liu Jiongtian ꢀ Lang Xianming ꢀ Wang Jingcheng ( 1. Northeastern University; 2. Shenyang Ligong University; 3. Liaoning Academy of Environmental Sciences) Abstractꢀ Xanthate in the process wastewater of iron ore flotation was selected as target substance. Study was made on treating the atomized Xanthate by a combination of activated carbon, ultraviolet light and ozone oxidation. The experi ment investigated the influence of the pH value, ozone dosage, activated charcoal, atomization, free radical scavenger on the xanthate removal rate, and the two methods ( atomization/ O / UV/ GAC and aeration/ O / UV/ GAC) were compared. 3 3 The results show that, under the conditions of wastewater atomization, no pH adjustment, a reaction time of 35 minutes, and an ozone dosage of 300 mg/ L, the xanthate removal rate was 96. 3% , 15% higher than that by the process of aeration/ O / UV/ GAC. This process can be used as a deep treatment means for xanthatecontaining wastewater. 3 Keywordsꢀ Xanthate, Wastewater, Ozone, Concerted catalysis ꢀ ꢀ 黄 药 是 重 要 的 浮 选 药 剂 , 但 在 浮 选 废 水 中 较 难 1ꢀ 材 料 与 方 法 处 理 , 影 响 了 环 境 和 人 类 健 康 , 必 须 进 行 处 理 。 臭 氧 由 于 在 水 中 具 有 强 氧 化 性 , 可 产 生 多 种 自 由 基 , 氧 化 速 度 快 , 反 应 条 件 温 和 , 无 二 次 污 染 , 应 用 非 常 广 泛 , 但 是 单 独 使 用 也 存 在 很 多 缺 点 , 比 如 臭 氧 利 用 率 低 , 使 用 成 本 高 , 具 有 选 择 性 等 。 紫 外 光 和 臭 氧 联 用 在 水 中 可 形 成 羟 基 自 由 基 等 多 种 具 有 强 氧 化 性 的 自 由 基 , 提 高 了 臭 氧 对 水 中 污 染 物 的 氧 化 效 果 。 这 一 点 已 经 被 很 多 学 者 证 实 1] 。 活 性 炭 具 有 发 达 的 内 部 空 隙 , 其 中 含 有 大 量 的 活 性 基 团 , 既 可 作 为 吸 附 剂 又 可 作 为 催 化 剂 或 催 化 剂 载 体 。 紫 外 光 和 臭 氧 活 性 炭 联 用 的 技 术 有 文 献 报 道 , 臭 氧 的 使 用 均 是 采 用 曝 气 法 2] , 雾 化 在 干 燥 技 术 中 的 应 用 非 常 广 [ 3] 。 试 验 利 用 低 压 泵 将 废 水 雾 化 , 利 用 液 滴 直 接 和 臭 氧 / 紫 外 光 / 活 性 炭 形 成 的 体 系 反 应 , 改 变 传 统 的 臭 氧 曝 气 模 式 , 不 仅 增 大 了 和 臭 氧 的 接 触 面 积 , 还 缩 短 了 反 应 时 间 , 提 高 了 黄 药 的 去 除 率 。 1. 1ꢀ 废 水 水 样 试 验 用 的 水 样 为 混 凝 沉 降 过 滤 后 的 辽 宁 省 某 铁 矿 浮 选 废 水 , pH 值 为 10. 2, 黄 药 浓 度 为 43. 1 mg / L。 1. 2ꢀ 测 定 方 法 pH 值 采 用 pHS - 252 型 酸 度 计 测 定 ( 上 海 某 仪 器 厂 ) ; 黄 药 按 照 国 家 标 准 YS / T 486 - 2005 进 行 测 定 。 [ 1. 3ꢀ 试 验 装 置 及 说 明 试 验 装 置 自 行 设 计 制 作 。 所 用 的 材 料 均 为 不 锈 钢 、 普 通 玻 璃 和 聚 四 氟 乙 烯 , 连 接 部 分 采 用 硅 胶 管 。 紫 外 灯 选 用 低 压 杀 菌 灯 , 功 率 为 30 W, 紫 外 光 的 主 波 长 为 253. 7 nm。 臭 氧 发 生 仪 采 用 CF - G - 2 - [ “ 十 一 五 ” 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 编 号 : 2006BAB02A04) 。 段 海 霞 ( 1973— ) , 女 , 东 北 大 学 资 源 与 土 木 工 程 学 院 , 博 士 研 究 生 ; 沈 阳 理 工 大 学 , 讲 师 ; 110003 辽 宁 省 沈 阳 市 和 平 区 十 三 纬 路 23 号 。 · 136· ꢀ ꢀ ꢀ 段 海 霞 等 : 催 化 协 同 臭 氧 氧 化 滴 状 黄 药 废 水 的 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 7 期 1 0g 型 号 ( 青 岛 某 臭 氧 装 备 有 限 公 司 ) 。 活 性 炭 选 用 基 链 反 应 。 在 中 性 和 酸 性 条 件 下 , 臭 氧 的 直 接 反 应 较 碱 性 条 件 下 显 著 , 而 且 直 接 反 应 选 择 性 大 , 不 如 间 接 的 自 由 基 反 应 迅 速 , · OH 的 生 成 受 到 一 定 的 抑 制 , 产 生 量 减 少 , 所 以 黄 药 去 除 率 降 低 。 在 碱 性 介 质 中 , 反 应 主 要 以 臭 氧 间 接 反 应 即 自 由 基 反 应 为 主 , 沈 阳 某 活 性 炭 厂 的 粒 径 为 4 mm 的 活 性 炭 颗 粒 , 活 性 炭 层 高 200 mm, 为 了 排 除 活 性 炭 吸 附 作 用 的 影 响 , 所 以 在 每 次 臭 氧 / 活 性 炭 试 验 前 , 先 用 反 应 溶 液 不 断 浸 泡 活 性 炭 , 待 活 性 炭 平 衡 浓 度 达 到 反 应 溶 液 的 初 始 浓 度 时 再 使 用 。 试 验 装 置 流 程 见 图 1。 O 可 与 OH - 反 应 , 产 生 自 由 基 的 速 度 更 快 , 反 应 3 [ 4] 为 式 - - 2 O + OH → HO2 · + O , 3 O + HO · →· OH + 2O , 3 2 2 2HO · → O + H O 2 3 2 ꢀ ꢀ 由 于 含 黄 药 的 浮 选 废 水 pH 值 为 10. 5, 所 以 最 后 选 择 不 调 节 pH 值 也 能 取 得 较 好 的 去 除 效 果 。 2 . 2ꢀ 臭 氧 投 入 量 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 在 不 调 节 酸 度 的 情 况 下 , 考 察 臭 氧 投 加 量 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 , 结 果 见 图 3。 图 1ꢀ 试 验 装 置 流 程 — 储 水 槽 ; 2— 压 力 泵 ; 3— 压 力 喷 嘴 ; 4— 紫 外 灯 ; — 石 英 玻 璃 板 ; 6— 活 性 炭 层 ; 7— 气 体 止 回 阀 ; — 臭 氧 发 生 器 ; 9— 氧 气 瓶 ; 10— 氧 气 流 量 计 1 5 8 1 . 4ꢀ 试 验 方 法 将 废 水 置 于 储 液 槽 中 , 用 低 压 泵 ( 0. 3 ~ 0. 4 MPa) 通 过 雾 化 头 打 入 自 制 装 置 中 。 同 时 , 打 开 紫 外 灯 , 每 隔 一 段 时 间 取 样 进 行 分 析 。 2 ꢀ 结 果 讨 论 图 3ꢀ 臭 氧 通 入 量 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 2 . 1ꢀ pH 值 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 pH 值 是 影 响 羟 基 自 由 基 生 成 率 的 重 要 影 响 因 从 图 3 可 见 , 臭 氧 流 量 的 控 制 很 重 要 , 因 为 臭 氧 流 量 的 增 加 使 处 理 成 本 提 高 , 当 臭 氧 流 量 增 大 到 一 定 程 度 时 , 黄 药 去 除 率 随 臭 氧 流 量 的 变 化 已 不 明 显 。 这 是 因 为 臭 氧 浓 度 过 高 , 过 量 的 臭 氧 会 与 HO· 发 生 反 应 , 减 少 HO· 的 数 量 , 生 成 过 氧 羟 基 自 由 基 素 , 分 别 用 磷 酸 和 氢 氧 化 钠 调 节 pH 值 , 考 察 pH 值 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 。 结 果 见 图 2 所 示 。 ( HO · ) , 而 HO · 的 氧 化 性 能 比 HO· 弱 。 综 合 考 2 2 虑 , 最 终 选 择 臭 氧 通 入 量 为 300 mg / L。 2 . 3ꢀ 活 性 炭 催 化 作 用 的 验 证 试 验 活 性 炭 仍 然 饱 和 吸 附 , 通 过 臭 氧 - 紫 外 光 联 用 , 臭 氧 - 紫 外 光 - 活 性 炭 联 用 两 个 试 验 考 察 活 性 炭 在 试 验 中 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 , 间 接 推 断 活 性 炭 在 反 应 体 系 中 起 到 的 协 同 催 化 作 用 , 结 果 见 图 4。 从 图 4 可 看 出 , 当 有 活 性 炭 参 加 反 应 时 , 黄 药 去 图 2ꢀ pH 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 ○ — pH = 8; ▲ — pH = 10; ◆ — pH = 7; ■ — pH = 4 除 率 要 比 没 有 活 性 炭 参 加 的 体 系 ( O / UV) 高 得 多 。 3 从 图 2 可 见 , 随 着 pH 值 逐 渐 增 高 , 黄 药 的 去 除 率 增 高 。 当 pH = 8. 0, 黄 药 的 去 除 率 达 到 最 大 。 酸 性 和 中 性 环 境 下 黄 药 去 除 率 不 如 碱 性 环 境 。 当 pH 值 = 10. 0, 黄 药 去 除 率 有 所 降 低 。 这 是 因 为 在 碱 性 条 件 下 有 助 于 产 生 · OH, 随 着 反 应 的 进 行 , 有 机 碳 活 性 炭 对 臭 氧 可 起 到 催 化 作 用 , 提 高 了 臭 氧 氧 化 速 [ 56] 。 活 性 炭 在 反 应 中 , 可 能 像 碱 性 溶 解 中 的 率 OH - 一 样 , 引 发 了 自 由 基 反 应 , 加 速 了 臭 氧 分 解 生 [ 6] 成 氧 化 性 强 而 选 择 性 低 的 · OH , 从 而 提 高 了 黄 药 - 去 除 率 。 不 断 转 化 为 无 机 碳 , 碱 性 条 件 下 , OH 能 引 发 自 由 · 137· 总 第 397 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 7 期 图 4ꢀ 活 性 炭 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 图 6ꢀ 叔 丁 醇 浓 度 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 ■ ▲ ○ — 0; — 5 mg/ L; — 50 mg/ L; — 100 mg/ L ◆ — O 3 - UV - GAC; ● — O 3 - UV ◆ 2 . 4ꢀ 雾 化 对 臭 氧 - 紫 外 光 - 活 性 炭 的 影 响 通 入 低 压 泵 将 废 水 雾 化 , 使 液 滴 粒 径 为 50 μm, 反 应 时 间 为 35 min, 臭 氧 通 入 量 为 300 mg / L, 考 察 雾 化 - 臭 氧 - 紫 外 光 - 活 性 炭 体 系 和 传 统 的 曝 气 - 臭 氧 - 紫 外 光 - 活 性 炭 体 系 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 。 结 果 见 图 5。 图 7ꢀ 碳 酸 氢 钠 浓 度 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 ■ ▲ ○ — 0; — 5 mg/ L; — 50 mg/ L; — 100 mg/ L ◆ 3 ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 雾 化 - 臭 氧 - 活 性 炭 - 紫 外 光 体 系 与 曝 气 - 臭 氧 - 活 性 炭 - 紫 外 光 体 系 相 比 , 雾 化 使 污 染 物 的 接 触 面 积 增 大 , 缩 短 了 反 应 时 间 , 黄 药 去 除 率 提 高 1 5% 左 右 。 图 5ꢀ 雾 化 法 和 曝 气 法 对 黄 药 去 除 率 的 对 比 ● — 雾 化 法 ; — 曝 气 法 ( 2) 试 验 考 察 了 pH 值 、 臭 氧 通 入 量 、 活 性 炭 、 自 ◆ 将 废 水 雾 化 后 , 变 成 粒 径 为 液 滴 , 极 大 地 增 加 了 和 臭 氧 的 接 触 面 积 , 缩 短 了 反 应 路 径 和 反 应 时 间 , 黄 药 去 除 率 提 高 了 15% 左 右 。 由 基 捕 获 剂 、 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 。 不 调 节 pH 值 , 反 应 35 min, 臭 氧 通 入 量 为 300 mg / L 时 , 黄 药 的 去 除 率 可 以 达 到 96. 3% 。 2 . 5ꢀ 自 由 基 捕 获 剂 的 影 响 ( 3) 活 性 炭 在 反 应 中 起 到 了 协 同 催 化 作 用 , 反 应 是 以 羟 基 自 由 基 为 主 的 多 种 自 由 基 并 存 。 该 工 艺 可 以 作 为 黄 药 废 水 深 度 处 理 手 段 。 叔 丁 醇 对 羟 基 自 由 基 有 强 烈 的 捕 捉 作 用 , 是 有 效 的 羟 基 自 由 基 检 测 剂 。 碳 酸 盐 和 碳 酸 氢 盐 在 水 中 含 量 较 高 , 同 时 也 是 自 由 基 捕 捉 剂 , 对 多 种 自 由 基 链 反 应 有 抑 制 作 用 。 叔 丁 醇 是 典 型 的 羟 基 自 由 基 抑 制 剂 , 而 碳 酸 根 离 子 ( 碳 酸 氢 根 离 子 ) 是 非 羟 基 型 自 由 基 抑 制 剂 2] 。 结 果 见 图 6, 图 7。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ 1] ꢀ 童 少 平 , 王 ꢀ 梓 , 马 淳 安 . O3 / UV 降 解 水 中 有 机 物 机 理 研 究 [ [ J] . 环 境 科 学 . 2007, 28( 2) : 342345 [ [ 2] ꢀ 陈 ꢀ 瑛 , 郭 二 民 , 黄 国 忠 , 等  紫 外 光 和 活 性 炭 对 有 机 物 臭 氧 化 的 协 同 催 化 作 用 [ J] . 环 境 科 学 研 究 . 2007, 20( 1) : 9094 3] ꢀ 王 喜 忠 . 喷 雾 干 燥 [ M] . 北 京 : 化 学 工 业 出 版 社 . 2003: 12 从 图 6 和 7 可 见 , 随 着 叔 丁 醇 浓 度 加 大 , 黄 药 去 除 率 明 显 降 低 。 说 明 体 系 中 产 生 了 大 量 的 羟 基 自 由 基 , 反 应 体 系 受 叔 丁 醇 影 响 较 碳 酸 氢 钠 影 响 大 。 碳 酸 氢 钠 随 浓 度 的 增 加 , 对 黄 药 去 除 率 的 影 响 并 不 明 显 。 这 说 明 , 除 了 羟 基 自 由 基 以 外 还 存 在 其 他 种 类 的 自 由 基 参 加 反 应 。 整 个 反 应 是 以 羟 基 自 由 基 为 主 的 多 种 自 由 基 共 同 参 加 反 应 的 体 系 , 反 应 生 成 物 中 [ 4] ꢀ 徐 新 华 , 赵 伟 荣 . 水 与 废 水 的 臭 氧 处 理 [ M] . 北 京 : 化 学 工 业 出 版 社 . 2003: 125 [ 5] ꢀ 张 彭 义 , 余 ꢀ 刚 , 孙 海 涛 , 等 . 臭 氧 - 活 性 炭 协 同 降 解 有 机 物 的 初 步 研 究 [ J] . 中 国 环 境 科 学 , 2000( 2) : 159162 6] ꢀ 孙 德 智 . 环 境 工 程 中 的 高 级 氧 化 技 术 [ M] . 北 京 : 化 学 工 业 出 版 社 . 2002: 316 [ 含 有 HCO3- 或 CO 对 体 系 的 影 响 不 如 叔 丁 醇 大 。 2 - 3 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20090508) · 138·
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