次氯酸钠-氢氧化物处理钢铁工业含锌含氰废水的实验研究

2018-07-09祝洪芬

山西冶金 2018年3期

祝洪芬

(山西省长治市环境监测站，山西长治 046000)

随着近年来经济的快速发展，冶炼、电镀、金属加工等工业废水不断产生与排放。研究表明，这些废水大多为含锌废水，已是环境中锌重金属污染的主要来源[1]。而且，含锌废水具有持久性、高毒性、不易被生物降解等特点[2]，因此，其含量超标不仅使环境严重污染，还威胁着人体健康和生物的生存。

近年来，对于含锌重金属废水，根据其处理手段不同，可分为三类[3]：第一类是以离子交换法、吸附法、化学沉淀法等为代表的转变为难（不）溶金属化合物去除法；第二类是以膜分离法、电解法、蒸发浓缩法等为代表的浓缩分离法；第三类是以絮凝、吸收和富集等作用为代表的生物法。其中，第一类方法较为常用，第三类方法处于研发阶段。目前，氢氧化物法处理含锌废水因其稳定性好、成本低廉等优势而被国内外广泛采用。本文在借鉴前人研究的基础上，探讨次氯酸钠—氢氧化物处理钢铁工业含锌废水的处理效果，以探索处理含锌含氰废水的新工艺、新技术，并为工业化应用提供技术支撑。

1 实验材料与方法

1.1 用水水质

采集某钢铁公司的高炉煤气洗涤水，带回实验室自然沉降，将水样过滤后备用。水质如表1所示。

1.2 主要药剂

实验用到的主要试剂为：硫酸（衡阳市凯信化工试剂有限公司）、氢氧化钠（广州市御和田化工科技有限公司）、次氯酸钠溶液（有效氯10%（m/m），黄骅市环渤化工产品销售有限公司）等。

表1 实验用水水质

1.3 主要仪器及设备

实验用到的主要仪器及设备为：数显恒温电热套，RT-SX型（南京文科仪器科技有限公司）；酸度计，PHS-25（上海精密科学仪器有限公司）；无级恒速搅拌器，D-2（上海平轩科学仪器有限公司）；数显恒温水浴锅，HH-2（金坛区水北科普实验仪器厂）；可调电子万用炉（上海上天精密仪器有限公司）；烧杯、单口烧瓶，500 mL（深圳市良谊实验室仪器有限公司）；广范pH试纸（南通市卫宁实验器材有限公司）；移液管、容量瓶、锥形瓶、量筒（深圳市良谊实验室仪器有限公司）；酸式滴定管、碱式滴定管（郑州艾威尔化玻仪器有限公司）；滤纸（南通市天骄过滤材料有限公司）等。

1.4 实验装置

本实验所用反应装置如下页图1所示。

1.5 实验步骤及分析方法

本实验步骤如下：首先，将400 mL原水放入500 mL烧杯中，并加入氢氧化钠调节pH；其次，将调节好pH的带水烧杯放入恒温水浴，使其达到设定温度；第三，将一定量的次氯酸钠放入已达到实验要求温度的烧杯中，并进行匀速搅拌使其充分反应一段时间；第四，过滤水样，并调节pH近中性；第五，让其继续进行反应；第六，静置，取上清液测定。

图1 本实验所用反应装置

本实验均采用标准方法对可溶锌离子及总氰化物进行测定，即分别采用EDTA滴定法和硝酸银滴定法GB/T7487—1987。

2 正交试验设计及分析

2.1 正交试验设计

由于钢铁工业含锌含氰废水水质复杂，因此影响高炉煤气洗涤水脱锌脱氰的因素也较多。为了探索和横向比较各影响因子对钢铁企业废水脱锌脱氰的影响大小，本文通过查阅大量相关文献及初步试验，选用L9（33）的正交实验方案来安排脱锌脱氰实验。其中，正交试验因素及水平如表2所示。

表2 影响高炉煤气洗涤水脱锌脱氰正交试验因素及水平

2.2 正交试验结果

按照正交试验设计所定，不同条件下处理含锌含氰废水得到的测定结果见表3所示。

表3 影响高炉煤气洗涤水脱锌脱氰正交试验结果

对不同条件下用NaClO溶液及氢氧化物沉淀法正交分析结果显示，在选择水平范围内，各因素影响顺序为：有效氯含量α大于反应温度T大于反应时间t；确定的最佳试验方案为A3B3C3，即反应温度T为30℃，有效氯含量α为250 mg/L，反应时间为40 min时，钢铁企业含锌含氰废水脱锌脱氰效果最好。

3 单因素最佳参数试验

通过正交试验，我们分析出影响钢铁企业含锌含氰废水影响因素的影响大小，并初步确定了最佳试验方案，即各影响因素的最佳实验水平。为了进一步确定各影响因素的影响规律及验证最佳试验方案，研究进行了单因素最佳参数试验。

3.1 反应时间t对去除率的影响

在废水pH=9～10，T=20℃，有效氯含量α=250 mg/L的条件下进行反应，以考察反应时间分别为20、30、40、50、60 min 的脱锌脱氰效果。结果显示，在机械搅拌的作用下，NaClO溶液及氢氧化物沉淀法对钢铁企业废水的脱锌脱氰效果较好，具体的，在不同反应时间的情况下，锌离子的去除率高达100%，氰化物的去除率也高达98%以上，且在反应时间为50 min时，总氰化物的含量已小于0.5 mg/L，可达到国家一级排放标准（GB 8978—1996）。因此，反应时间确定为50 min。