催化臭氧氧化法处理选矿废水实验研究

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.