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 OzoneOxidation 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 xanthatecontaining 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
[ 56] 。 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) : 342345
[
[
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) : 9094
3] ꢀ 王 喜 忠 . 喷 雾 干 燥 [ M] . 北 京 : 化 学 工 业 出 版 社 . 2003: 12
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: 125
[
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) : 159162
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: 316
[
含 有 HCO3- 或 CO 对 体 系 的 影 响 不 如 叔 丁 醇 大 。
2 -
3
( 收 稿 日 期 ꢀ 20090508)
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