含氰廢水如何處理
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技術解析/含氰廢水如何處理
含氰廢水是廢水組成中含有各種氰化物的一類廢水的統稱。氰基與金屬的絡合能力很強，因此氰根（CN-）作為強絡合劑被廣泛應用于氰化提金、氰化金屬電鍍等工藝；同時氰化物作為一種重要的化工原料廣泛用于合成纖維、染料制造、合成橡膠、煉焦及有機玻璃等工業[1，2] 。氰化物毒性極強，如果不對含氰廢水進行處理，將廢水直接排放，將會對人類、牲畜、植物造成極大危害。因此，從生物安全和環境工程角度考慮必須對含氰廢水進行處理[3,4]。將含氰廢水由中、高濃度降到低濃度，處理難度小，工藝比較成熟，一般采用酸化揮發-堿吸收法、膜法、鐵鹽絡合沉淀法等回收氰化物的方法便可將廢水中的含氰量降至20mg/L 以下[5,6]。含氰廢水治理的難點在于處理低濃度含氰廢水使之達到排放要求。本課題所處理的廢水中氰含量為150mg/L，屬于中低濃度含氰廢水，針對活性炭催化氧化法與臭氧法各自的缺點[7-9]，本課題在上述2 種方法基礎上取長補短，提出使用活性炭催化臭氧化技術來處理含氰廢水。
1 實驗部分
1.1 活性炭預處理
活性炭在使用前先用大量的蒸餾水浸泡4 h，然后將洗凈的活性炭置于真空干燥箱中，于105℃下烘干后至恒重，過篩，挑選不同粒徑的活性炭作為試驗用活性炭。
1.2 實驗裝置
實驗裝置主要由臭氧發生器、氣液固三相催化臭氧化反應器和臭氧尾氣吸收裝置3部分組成。三相發生器為內徑50 mm、高450 mm的圓柱形玻璃反應器，頂部設置臭氧吸收裝置；外層設置有冷凝水的夾層，以實現控溫效果；底部設置氣體分布器。
1.3 實驗過程
稱取一定量的處理過的活性炭放入裝有1 L模擬含氰廢水的反應器中，臭氧從反應器底部的多孔布氣板通入，分散出氣泡，帶動反應器中的液體循環流動，使催化劑處于流動化狀態。在一定時間間隔內取樣分析。
1.4 檢測方法
液相中臭氧濃度測定使用靛蘭二磺酸鈉(IDS)分光光度法[10]；CN-含量的檢測采用吡啶-巴比妥酸比色法，pH值使用上海雷磁儀器生產的PHSJ-3F酸度計測定。
2.結果與分析
2.1 反應溫度的影響
研究了不同溫度對反應體系的影響。
溫度對CN-去除率的影響
溫度較低（10~30 ℃）時，隨著溫度的升高，CN-去除速率呈小幅度上升趨勢，說明在較低溫度時，活化能對反應的影響為主導作用。溫度較高（30~55 ℃）時，隨著溫度的升高，CN-去除率有了較大幅度的下降，說明在較高溫度時，活性炭的吸附作用和臭氧的氣液傳質作用要強于活化能對反應的貢獻。反應不適于在高溫下進行，因此，活性炭催化臭氧化降解含氰廢水的適宜溫度為30 ℃。
2.2 活性炭粒徑
考察了活性炭粒徑的大小對處理效率的影響，結果如圖2 所示。
活性炭粒徑對CN-去除率的影響
在實驗顆粒范圍內，活性炭的粒徑大小對處理效果的影響并不明顯。實驗所使用的3 種不同粒徑的活性炭是同類型活性炭，擁有相同的比表面積，只是由于粒徑不同，而具有不同的外表面積。粒徑對CN-處理效果影響不大說明活性炭的外表面積對活性炭的吸附、催化作用影響很小。
2.3 臭氧投加量
通過改變臭氧發生器出口氣體流量，考察了不同臭氧投加量對CN-的去除情況，結果如圖3 所示。
臭氧投加量對CN-去除率的影響
隨著臭氧投加量的增加，CN-去除率有較大程度的增長。隨著臭氧流量的增加，使參與反應的臭氧增加；此外，隨著臭氧流量的增加，氣液界面的面積增大，從而增強了傳質過程，及體系的流化狀態，減小了氣液傳質過程的阻力，提高了CN-的去除率。但隨著臭氧投加量的增大，CN-去除率增長變緩。這說明當臭氧流量較大時，體系的流態化效果與臭氧投加量較小時相比已經得到了極大改善，液相中反應消耗的臭氧可以得到迅速補充，這時氣液傳質已經不是反應的控制因素，因此，再增大臭氧流量，去除效果也不能得到很大提高。因此，臭氧適宜投加濃度為30mg/min。
2.4 活性炭投加量
活性炭加入量對CN-去除率的影響。
活性炭加入量對CN-去除率的影響
隨著活性炭投加量的增加，CN-去除率逐漸增大。當活性炭投加量為2～10 g 時，其增長的程度最為明顯；當活性炭投加量為14 g/L 時，CN-去除率為96.5%，是單獨臭氧氧化的1.5 倍；當活性炭投加量繼續增大時，增加的程度不明顯，因此，適宜的活性炭投加量為14 g/L。
2.5 pH值
在活性炭催化臭氧化去除CN-過程中，pH 值對活性炭的吸附有一定影響，因此，考察了pH 值對活性炭催化臭氧化去除CN-的影響。
pH值對CN-去除率的影響
pH 在4～10 范圍時，CN-去除率增長程度最快；當pH=10 時，經過30 min 處理，CN-去除率為99.8%，水體中殘余CN-濃度為0.3mg/L，滿足了氯堿工業對水質的要求；當pH 值＞10 時，CN-去除率升高不明顯，因此，選擇pH=10。
3.結論
本實驗考察了溫度、活性炭粒徑、臭氧投加量、pH 值等因素對催化臭氧化降解CN-性能的影響，得到結論如下：
（1）當溫度較低時，活化能對反應的影響較大；溫度較高時，臭氧傳質和活性炭的吸附對反映的影響較大。反應適宜溫度為30℃，高溫或低溫都不利于反應的進行。
（2）實驗所考察的3 種粒徑的活性炭對CN-降解效果基本相同，說明活性炭外表面積的大小對反應的影響很小。
（3）臭氧投加量對反應的影響顯著，臭氧流量的增大可導致臭氧分子傳質作用加快。當臭氧投加量較小時，氣液傳質是反應的控制步驟，增加臭氧流量可顯著提高CN-的去除率。臭氧的適宜投加量為30mg/min。
（4）增大活性炭的投加量可顯著提高反應對CN-的去除率，活性炭的量增加可以增大催化臭氧化體系的吸附、催化和傳質作用，適宜的活性炭投加量為14 g/L。
（5）不同pH 值條件下，CN-去除率差別很大，堿性條件下有利于CN-的去除，較優的pH值為10。
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