次氯酸钠氧化法处理某黄金尾矿淋溶液试验研究

甘欣竺，李国鑫，朱 磊*，兰馨辉，史涵月，陈艺丹，郭骐瑞

(1.防灾科技学院生态环境学院；2.长春黄金研究院有限公司)

引 言

矿产资源对人类社会发展具有重要的促进作用，但在矿产资源开发利用过程中，会产生大量的固态、液态及气态污染物，造成严重的环境问题。选矿是矿产开发的重要环节，该工序会产生大量尾矿。据不完全统计，截止到2020年，中国尾矿累积堆存量已超过230亿t[1]，分存于近万座尾矿库中。尾矿除含有重金属外，还含有残留的选矿药剂，当遇到水体时，会产生污染物种类多、污染程度高的尾矿淋溶液，而氨氮(NH4-N)是主要的污染物之一[2]。如果不对废水中的NH4-N进行有效去除，则会对环境造成严重污染[3-4]。

目前，去除工业废水中NH4-N的方法主要有磷酸铵镁沉淀法[5-6]和空气吹脱法[7-8]，但这2种方法存在工艺复杂、处理费用高等问题。NaClO氧化法操作简单，且处理效率高，因而常用于去除废水中的多种污染物[9-11]。该方法的反应机理比较复杂，一般认为NaClO先水解为稳定性较差的次氯酸(HClO)，之后HClO发生分解反应生成次氯酸根(ClO-)和新生态原子氧，通过氧化还原反应去除目标污染物。

本文利用NaClO氧化法处理某黄金尾矿淋溶液，考察了废水pH、反应时间和NaClO溶液用量对废水中NH4-N和COD去除效果的影响。

1 材料与方法

1.1 废水性质

试验用废水pH值为6.51～7.55，NH4-N、COD的质量浓度分别为213.6～225.3 mg/L和393～417 mg/L，NH4-N含量高的废水对厂区内污水处理设施造成了较大的影响。此外，废水中还检测到了微量的重金属元素，如Pb、Cr、Cd和Zn等。本文仅针对废水中NH4-N及COD进行处理。

1.2 仪器及试剂

仪器：HJ-6A型六联数显控温磁力搅拌器(江苏金坛金城国胜实验仪器厂)；DB 2800型分光光度计(上海哈希水质分析仪器有限公司)；PHS-3C型pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)；PinAAcle 900T型原子吸收光谱仪(美国珀金埃尔默股份有限公司)；DRB 200型COD快速消解仪(上海哈希水质分析仪器有限公司)。

试剂：NaClO溶液(含有效氯5 %)，氢氧化钠(NaOH)，碘化钾(KI)，碘化汞(HgI2)，磷酸二氢钾(KH2PO4)，2125915 COD消解药剂(美国HACH公司)，均为分析纯。

1.3 试验方法

向500 mL烧杯中倒入200 mL调节好pH的废水，并放入磁力转子，将烧杯放在磁力搅拌器上，调节转子转速约为200 r/min，然后加入一定量的NaClO溶液，反应一段时间后，用装有0.45 μm纤维素滤膜的砂芯过滤装置过滤，测定滤液中NH4-N和COD的质量浓度，每组试验平行重复3次。

试验依次考察废水pH、反应时间和NaClO溶液用量等因素对废水中NH4-N和COD去除效果的影响，各因素的具体参数分别为废水pH值6.00，7.00，8.00，9.00和10.00，反应时间5 min、10 min、15 min、20 min和25 min，NaClO溶液用量60 mL/L、65 mL/L、70 mL/L、75 mL/L和80 mL/L。

1.4 分析方法

pH采用pH计测定；NH4-N采用纳氏试剂分光光度法测定；COD采用快速测定仪测定；金属元素采用原子吸收光谱法测定。

2 结果与讨论

2.1 废水pH

废水pH对NH4-N和COD去除率的影响见图1。从图1可以看出:NH4-N和COD的去除率均随着废水pH的升高而降低。当废水pH值为6.00时，NH4-N和COD的去除率最大，分别为32.8 %和34.7 %。

图1 废水pH对NH4-N和COD去除率的影响

在NaClO溶液中，含有氧化能力不同的多种成分。其中，HClO氧化能力最强，而ClO-的氧化能力较弱，pH的改变会影响HClO和ClO-的比例关系。利用Visual Minteq软件计算不同pH条件下的HClO和ClO-的质量分数，结果见图2。从图2可以看出:pH升高，HClO质量分数减小，从而NaClO溶液的氧化性能减弱，污染物的去除率降低。此外，氧化电位会随着废水pH的升高而下降，而氧化电位的下降同样会削弱NaClO溶液的氧化性能。因此，后续试验选择废水pH值为6.00。

图2 ClO-和HClO的质量分数与pH的关系

2.2 反应时间

反应时间对NH4-N和COD去除率的影响见图3。从图3可以看出：在反应开始的10 min内，NH4-N和COD的去除率升高显著，此时二者的去除率分别为37.5 %和37.9 %；之后随着反应时间的延长，二者的去除率提升幅度不大，而过长的反应时间势必会使能耗增加，因此后续反应时间选择10 min。

图3 反应时间对NH4-N和COD去除率的影响

2.3 NaClO溶液用量

NaClO溶液用量对NH4-N和COD去除率的影响见图4。从图4可以看出：NaClO溶液用量对NH4-N和COD的去除率影响显著。当NaClO溶液用量为80 mL/L时，NH4-N和COD的去除率分别达到最大值99.3 %和87.5 %。因此，试验选择NaClO溶液用量为80 mL/L。

图4 NaClO溶液用量对NH4-N和COD去除率的影响

综上所述，在废水pH值6.00，反应时间10 min，NaClO溶液用量80 mL/L的条件下，废水中NH4-N由初始的220 mg/L下降到1.54 mg/L，同时COD从初始的400 mg/L降低至50 mg/L，二者均符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》中一级排放标准。

3 结 论

1)在考察的废水pH、反应时间、NaClO溶液用量等3个因素中，NaClO溶液用量对NH4-N和COD去除率的影响最强。

2)废水中NH4-N和COD去除的最佳条件是废水pH值为6.00，反应时间为10 min，NaClO溶液用量为80 mL/L。此时，废水中NH4-N和COD的质量浓度分别为1.54 mg/L和50 mg/L，去除率分别为99.3 %和87.5 %。

3)处理后废水中NH4-N和COD质量浓度均能满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》中一级排放标准，表明次氯酸钠氧化法能有效去除黄金尾矿淋溶液中的NH4-N和COD。该研究结果可为同类废水的处理提供重要的理论依据。