次氯酸鈉-氫氧化物處理鋼鐵工業(yè)含鋅含氰廢水的實驗研究

祝洪芬

(山西省長治市環(huán)境監(jiān)測站， 山西 長治 046000)

隨著近年來經(jīng)濟的快速發(fā)展，冶煉、電鍍、金屬加工等工業(yè)廢水不斷產(chǎn)生與排放。研究表明，這些廢水大多為含鋅廢水，已是環(huán)境中鋅重金屬污染的主要來源[1]。而且，含鋅廢水具有持久性、高毒性、不易被生物降解等特點[2]，因此，其含量超標(biāo)不僅使環(huán)境嚴重污染，還威脅著人體健康和生物的生存。

近年來，對于含鋅重金屬廢水，根據(jù)其處理手段不同，可分為三類[3]：第一類是以離子交換法、吸附法、化學(xué)沉淀法等為代表的轉(zhuǎn)變?yōu)殡y（不）溶金屬化合物去除法；第二類是以膜分離法、電解法、蒸發(fā)濃縮法等為代表的濃縮分離法；第三類是以絮凝、吸收和富集等作用為代表的生物法。其中，第一類方法較為常用，第三類方法處于研發(fā)階段。目前，氫氧化物法處理含鋅廢水因其穩(wěn)定性好、成本低廉等優(yōu)勢而被國內(nèi)外廣泛采用。本文在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，探討次氯酸鈉—氫氧化物處理鋼鐵工業(yè)含鋅廢水的處理效果，以探索處理含鋅含氰廢水的新工藝、新技術(shù)，并為工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 實驗材料與方法

1.1 用水水質(zhì)

采集某鋼鐵公司的高爐煤氣洗滌水，帶回實驗室自然沉降，將水樣過濾后備用。水質(zhì)如表1所示。

1.2 主要藥劑

實驗用到的主要試劑為：硫酸（衡陽市凱信化工試劑有限公司）、氫氧化鈉（廣州市御和田化工科技有限公司）、次氯酸鈉溶液（有效氯10%（m/m），黃驊市環(huán)渤化工產(chǎn)品銷售有限公司）等。

表1 實驗用水水質(zhì)

1.3 主要儀器及設(shè)備

實驗用到的主要儀器及設(shè)備為：數(shù)顯恒溫電熱套，RT-SX型（南京文科儀器科技有限公司）；酸度計，PHS-25（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；無級恒速攪拌器，D-2（上海平軒科學(xué)儀器有限公司）；數(shù)顯恒溫水浴鍋，HH-2（金壇區(qū)水北科普實驗儀器廠）；可調(diào)電子萬用爐（上海上天精密儀器有限公司）；燒杯、單口燒瓶，500 mL（深圳市良誼實驗室儀器有限公司）；廣范pH試紙（南通市衛(wèi)寧實驗器材有限公司）；移液管、容量瓶、錐形瓶、量筒（深圳市良誼實驗室儀器有限公司）；酸式滴定管、堿式滴定管（鄭州艾威爾化玻儀器有限公司）；濾紙（南通市天驕過濾材料有限公司）等。

1.4 實驗裝置

本實驗所用反應(yīng)裝置如下頁圖1所示。

1.5 實驗步驟及分析方法

本實驗步驟如下：首先，將400 mL原水放入500 mL燒杯中，并加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH；其次，將調(diào)節(jié)好pH的帶水燒杯放入恒溫水浴，使其達到設(shè)定溫度；第三，將一定量的次氯酸鈉放入已達到實驗要求溫度的燒杯中，并進行勻速攪拌使其充分反應(yīng)一段時間；第四，過濾水樣，并調(diào)節(jié)pH近中性；第五，讓其繼續(xù)進行反應(yīng)；第六，靜置，取上清液測定。

圖1 本實驗所用反應(yīng)裝置

本實驗均采用標(biāo)準方法對可溶鋅離子及總氰化物進行測定，即分別采用EDTA滴定法和硝酸銀滴定法GB/T7487—1987。

2 正交試驗設(shè)計及分析

2.1 正交試驗設(shè)計

由于鋼鐵工業(yè)含鋅含氰廢水水質(zhì)復(fù)雜，因此影響高爐煤氣洗滌水脫鋅脫氰的因素也較多。為了探索和橫向比較各影響因子對鋼鐵企業(yè)廢水脫鋅脫氰的影響大小，本文通過查閱大量相關(guān)文獻及初步試驗，選用L9（33）的正交實驗方案來安排脫鋅脫氰實驗。其中，正交試驗因素及水平如表2所示。

表2 影響高爐煤氣洗滌水脫鋅脫氰正交試驗因素及水平

2.2 正交試驗結(jié)果

按照正交試驗設(shè)計所定，不同條件下處理含鋅含氰廢水得到的測定結(jié)果見表3所示。

表3 影響高爐煤氣洗滌水脫鋅脫氰正交試驗結(jié)果

對不同條件下用NaClO溶液及氫氧化物沉淀法正交分析結(jié)果顯示，在選擇水平范圍內(nèi)，各因素影響順序為：有效氯含量α大于反應(yīng)溫度T大于反應(yīng)時間t；確定的最佳試驗方案為A3B3C3，即反應(yīng)溫度T為30℃，有效氯含量α為250 mg/L，反應(yīng)時間為40 min時，鋼鐵企業(yè)含鋅含氰廢水脫鋅脫氰效果最好。

3 單因素最佳參數(shù)試驗

通過正交試驗，我們分析出影響鋼鐵企業(yè)含鋅含氰廢水影響因素的影響大小，并初步確定了最佳試驗方案，即各影響因素的最佳實驗水平。為了進一步確定各影響因素的影響規(guī)律及驗證最佳試驗方案，研究進行了單因素最佳參數(shù)試驗。

3.1 反應(yīng)時間t對去除率的影響

在廢水pH=9～10，T=20℃，有效氯含量α=250 mg/L的條件下進行反應(yīng)，以考察反應(yīng)時間分別為20、30、40、50、60 min 的脫鋅脫氰效果。結(jié)果顯示，在機械攪拌的作用下，NaClO溶液及氫氧化物沉淀法對鋼鐵企業(yè)廢水的脫鋅脫氰效果較好，具體的，在不同反應(yīng)時間的情況下，鋅離子的去除率高達100%，氰化物的去除率也高達98%以上，且在反應(yīng)時間為50 min時，總氰化物的含量已小于0.5 mg/L，可達到國家一級排放標(biāo)準（GB 8978—1996）。因此，反應(yīng)時間確定為50 min。

3.2 有效氯含量α對去除率的影響

由于鋼鐵工業(yè)含鋅含氰廢水的水質(zhì)比較復(fù)雜，在廢水pH=9～10，T=20℃，攪拌反應(yīng)時間t=30 min的條件下進行反應(yīng)，以考察不同濃度有效氯含量脫鋅脫氰效果。結(jié)果顯示，隨著有效氯含量α的增大，氰、鋅的去除率均提高。

4 結(jié)論

1）二氧化氯-氫氧化物沉淀法對于鋼鐵工業(yè)含鋅含氰廢水有較高的去除率。其脫鋅脫氰的結(jié)果在正交試驗設(shè)計條件下具有重現(xiàn)性。

2）用二氧化氯-氫氧化物沉淀法處理鋼鐵工業(yè)含鋅含氰廢水過程中，有效氯的含量對二氧化氯氧化除氰除鋅的去除率具有主要影響，反應(yīng)時間是二氧化氯-氫氧化物沉淀法除氰除鋅的重要影響因素，反應(yīng)溫度的升高也有助于去除率的提高。

3）考慮到實踐應(yīng)用的成本因素，二氧化氯-氫氧化物沉淀法處理鋼鐵工業(yè)含鋅含氰廢水的最佳適宜條件為：pH為9～10之間，溫度為30℃，有效氯含量α為600 mg/L，攪拌反應(yīng)時間為30 min。在最佳反應(yīng)條件下，處理后出水總氰質(zhì)量濃度為0.47 mg/L，達到國家一級排放標(biāo)準。

[1]陳來福，劉憲，喬治強，等.硫酸亞鐵—次氯酸鈣處理高濃度含氰廢水[J].工業(yè)水處理，2011（6）：73-77.

[2]王曉霞，鄭利利，王正德，等.含氰廢水處理技術(shù)的研究進展[J].河南化工，2013（9）：6.

[3]陳勇，夏彬.含氰廢水的處理[J].川化，2012（3）：28-30.

[4]盛惠敏.酸化法處理含氰廢水[J].新疆有色金屬，2010（S2）：112-114.

[5]任小軍，李彥鋒，趙光輝，等.工業(yè)含氰廢水處理研究進展[J].工業(yè)水處理，2009（8）：1-5.

[6]顏海波，孫興富.臭氧技術(shù)處理電鍍含氰廢水的應(yīng)用[J].中國科技信息，2005（21）：136.