化学氧化对污染水氰化物的去除试验研究

林宁

摘要：为了深入研究化学氧化对污染水中氰化物的去除率，文章通过自制含有氰化物的试验水样，分别对0，，CIO.与CL这3种氧化剂的去除效果进行了研究，同时简单分析了这3种氧化剂在去除氰化物时的原理，同时还对不同投加浓度对氰化物去除率的影响进行了分析。试验结果证明，在3种氧化剂中，Cl2对氰化物的去除率最高，显著高于O3和ClO2；在利用25.6 umol/L的Cl2对由纯水配置而成的试验水样中的氰化物进行处理时，反应时间在20 min时，其氰化物的去除率可以达到98.7%，因而在发生突发性氰化物污染时，可以选择Cl2进行应急处理。

关键词：氧化剂；氰化物；氧化反应

氰化物是一种剧毒物质，仅0.1g氰化物便可以致人死亡，而在水体中，若氰化物的质量浓度处在0.3 mg/L至0.5mg/L中间，那么便会导致水中的生物死亡。因此，关于污水中氰化物的处理，不仅关系着环境污染问题，同时也直接关系着人类的生命健康安全。对于集中式生活饮用水地表水源地Ⅱ类水环境（一级保护区）和Ⅲ类水环境（二级保护区）的氰化物浓度，在《地表水环境质量标淮》中具有明确规定，其最大浓度值为1.92μmol/L （0.05 mg/L）与7.69μmol/L （0.2 mg/L）。在本次经化学氧化对污染水氰化物的去除试验研究中，为了更好地说明试验结果，将城市饮用水地表水源发生的氰化物一般污染事故作为研究对象，并分别通过O3，ClO2与Cl2对模拟试验水样中的氰化物进行化学氧化处理，通过分析3种化学氧化的实际结果，来评价化学氧化技术在去除污水氰化物上的效果。

1 试验水样

本次试验采用的水样，是由氰化物的标准试剂，与纯水、城市水源进行配置，而模拟出来的污水，其中：由氰化物标准试剂与城市用水配置出的水样，其氰化物质量浓度为0.23 mg/L，标记为试验水样1；而由氰化物标准试剂与纯水配置成的水样，其氰化物质量浓度同样为0.23 mg/L，将其标记为试验水样2。上述两种试验水样的质量浓度，均超过了规定的标准值，需要进行处理。

本次试验选择的添加药品，均是纯试剂。其中，Cl2来自于液体氮；ClO2是由干燥空气稀释过的氯气，与固态亚氯酸钠进行反应而得来的；O3则是以纯氧为原料，通过臭氧发生器而得来，而臭氧的浓度利用KI吸收法进行检测与还原。

2 试验内容

在试验过程中，自制了小型的水厂系统作为试验装置，系统主要由预处理氧化设备、消毒处理设备以及混凝沉淀设备组成。具体试验内容为，在系统中的预处理氧化设备正常工作时，在一定时间，从该设备中取出水样，检测其氰化物的浓度。同时，利用具有计量功能的设备，对O3，ClO2与Cl2进行一次性的投加，需要注意的是，应采取气水混合的方式进行投加，且投加时应将投加点放在预处理氧化设备进水管处。

第一步：将O3，ClO2与Cl2分别投入到试验水样2中，对其半个小时内，氰化物的浓度进行检测，将检测结果进行对比，分析不同氧化剂对氰化物的去除效率。其中，O3，ClO2与Cl2的浓度分别为25.0μmol/L，9.6 μmol/L，25.6μmol/L。

第二步：基于第一步的试验结果，再利用不同浓度的O3，ClO2对试验水样1，2进行处理，并对20 min之后水样中的氰化物浓度进行检测，以研究不同浓度的处理效率。

3 试验结果分析

3.1 试验结果分析方法

本次试验过程中，对试验水样中的氰化物浓度进行检测时，采取的是顶空取样气相色谱法。其中，检测温度与柱箱温度分别为150℃，90℃；纸速为4 mm/min，高阻为106Ω，脉冲为100μs，高纯度氮的流动速度为60 mL/min，而最低检出浓度在0.5～0.8 μg/L。氰化物去除率的计算公式为：

其中，E代表氰化物去除率；A0代表处理之前水样中的氰化物浓度；A1代表处理之后水样中剩余的氰化物浓度。

3.2 试验结果讨论

（1）试验第一步的结果分析，即固定浓度氧化剂对污水中氰化物的去除效果分析：当氧化剂的浓度固定时，反应时间为自变量，氰化物去除率为因变量，结果如图l所示。

由图1可知：第一，利用25.0μmol/L的O3对试验水样2进行处理的过程中，反应后的3 min，E值为90.3%；在10 min后，E值为93.8%，污水中剩余氰化物的质量浓度为0.014 mg/L；在此之后，反应时间增加，而E值保持不变。由此可知，O3在处理污水中氰化物时，主要分为两个作用阶段，具体作用情况见公式2和3。

（2）利用9.6μmol/L的ClO2对试验水样2进行处理的过程中，当反应时间进行到了30min之后，E值仍然仅有34.5%，故而ClO2这一氧化剂在处理污水中的氰化物时效率较低，不适用于对氰化物污染的水源进行处理。

（3）利用25.6μmol/L的Cl2，对试验水样2进行处理的过程中，反应时间为3 min时，E值为97.7%；在反应时间10 min时，E值达到了99.2%，此时水样中剩余氰化物的质量浓度仅为0.002 mg/L。由此可知，Cl2对污水中氰化物的去除效率比较快，可以在较短的时间内，将污水中的氰化物质量浓度降低，直至满足标准。同时，Cl2的氧化过程也是分阶段进行的，具体情况详见式（4）和式（5）。

站在氧化剂自身的物理化学性质的角度进行分析，结合图1，可以得知，当污染水的pH为中性时，Cl2和O3对氰化物的去除效率是相接近的，均比较高，这便证明二者的标准电极点位比较接近。而在本次试验中，试验结果却表现为O3对氰化物的去除效率，明显低于Cl2，导致这一现象的部分原因，可能是因为相对于Cl2而言，O3在水中的溶解度較低，并且稳定性也比较差，因而在短时间内，O3氧化氰化物的效率要低于Cl2。

分析第二步试验的结果，即不同浓度的氧化剂，对污水中氰化物去除率的影响，结果如图2所示。

由公式5可知，Cl2可以对氰化物进行完全氧化时的摩尔比是3：1，即n （Cl2）：n（CN-）=3：1。当采用25.6μmol/L的Cl2分别对试验水样1和2进行处理时，在反应的20 min后，E值分别为98 .7%与99.3%，而摩尔比分别为3.1与3.0，试验水样中的氰化物大部分得到了氧化。

而利用臭氧对试验水样1进行处理时，当臭氧的浓度处在12.0-37.0μmol/L時，E值由47.3%不断升高，最终达到了86.2%。由此可知，氧化剂在这一浓度范围内，氰化物的氧化效率比较快；当臭氧的浓度处在37.0-50.5μmol/L时，E值的增加速度比较缓慢，但也在增加；而当臭氧得到浓度达到50.5μmol/L以上时，E值达到了91.7%。而利用臭氧对试验水样2进行处理时，当臭氧的浓度处在12.0-37.0μmol/L时，E值由75.5%不断升高，最终达到93.1%。由此可知，氧化剂在这一浓度范围内，氰化物的氧化效率比较快，且与养护剂浓度呈正比例关系；当臭氧的投加浓度高于25.0μmol/L时，E值的增长速度比较缓慢，而当臭氧浓度达到37.6μmol/L时，E值达到了94.5%；当臭氧浓度达到50.0μmol/L时，E值达到T96.3%。

在臭氧对试验水样中的氰化物进行氧化时，水样2的氰化物去除率要高于水样1。这是因为：（1）水样1是由城市用水配置而成的，其中含有很多还原性物质，会在一定程度上消耗水样中O3的含量，进而使得其氰化物氧化率较低，在还原性物质消耗没之后，氰化物的氧化率才会上升。（2）城市用水中，可能含有可以和游离氰出现反应的金属离子，其在反应后会出现金属氰络合物，进而对O3的氧化效率产生影响。

4 实验结果

结论1：Cl2是污水中氰化物去除率最高的氧化剂，可以用在氰化物水污染的应急处理当中；O2和Cl2的氰化物去除率比较接近，但由于臭氧的稳定性与溶解度均比较差，因而其氧化效率比Cl2低；ClO2的氧化效率相对较低，不适用于对氰化物污染进行处理。

结论2：在处理水样2时，Cl2氧化剂的效率明显高于ClO2，导致这一现象的原因可能是因为，ClO2气体没有进行相应的活化处理，导致其活性较低，在未氧化氰化物之前，便已经逸出水样。

结论3：在O3处在12.0-50.0μmol/L的投加浓度范围时，浓度直接影响着氰化物的去除率，特别是在处理试验水样1（由城市用水与氰化物试剂配制而成）时，这是因为城市源水中存在还原性物质，会与0，发生反应，进而影响氰化物的去除率。

结论4：金属氰络合物具有较高的稳定性，且现阶段关于处理氰化物的研究成果中，主要将游离氰作为研究对象，因而，未来有必要加大对金属氰络合物的研究力度。

5 结语

氰化物是一种危害极大的物质，一旦在水源中泄漏，会极大地威胁人类的生命健康安全以及环境。因此，关于污水中氰化物的处理，一直是污水处理中的重中之重。本研究通过试验的方式，对不同氧化剂以及不同投加浓度，对污水中氰化物的去除率进行了研究，通过自制试验水样，检测不同反应时间内，试验水样中剩余氰化物的质量浓度，得出了如下结论：Cl2是污水中氰化物去除率最高的氧化剂，可以用在氰化物水污染的应急处理当中；O3和Cl2的氰化物去除率比较接近，但由于臭氧的稳定性与溶解度均比较差，因而其氧化效率比Cl2低；ClO2的氧化效率相对较低，不适用于对氰化物污染进行处理，等。因此，在未来关于污水中氰化物的氧化处理中，应根据不同情况选择不同的氧化剂。例如，在突发的氰化物污染的应急处理中，应首要选择Cl2作为氧化剂。