次氯酸鈉氧化法處理某黃金尾礦淋溶液試驗研究

甘欣竺，李國鑫，朱 磊*，蘭馨輝，史涵月，陳藝丹，郭騏瑞

(1.防災科技學院生態環境學院；2.長春黃金研究院有限公司)

引 言

礦產資源對人類社會發展具有重要的促進作用，但在礦產資源開發利用過程中，會產生大量的固態、液態及氣態污染物，造成嚴重的環境問題。選礦是礦產開發的重要環節，該工序會產生大量尾礦。據不完全統計，截止到2020年，中國尾礦累積堆存量已超過230億t[1]，分存于近萬座尾礦庫中。尾礦除含有重金屬外，還含有殘留的選礦藥劑，當遇到水體時，會產生污染物種類多、污染程度高的尾礦淋溶液，而氨氮(NH4-N)是主要的污染物之一[2]。如果不對廢水中的NH4-N進行有效去除，則會對環境造成嚴重污染[3-4]。

目前，去除工業廢水中NH4-N的方法主要有磷酸銨鎂沉淀法[5-6]和空氣吹脫法[7-8]，但這2種方法存在工藝復雜、處理費用高等問題。NaClO氧化法操作簡單，且處理效率高，因而常用于去除廢水中的多種污染物[9-11]。該方法的反應機理比較復雜，一般認為NaClO先水解為穩定性較差的次氯酸(HClO)，之后HClO發生分解反應生成次氯酸根(ClO-)和新生態原子氧，通過氧化還原反應去除目標污染物。

本文利用NaClO氧化法處理某黃金尾礦淋溶液，考察了廢水pH、反應時間和NaClO溶液用量對廢水中NH4-N和COD去除效果的影響。

1 材料與方法

1.1 廢水性質

試驗用廢水pH值為6.51～7.55，NH4-N、COD的質量濃度分別為213.6～225.3 mg/L和393～417 mg/L，NH4-N含量高的廢水對廠區內污水處理設施造成了較大的影響。此外，廢水中還檢測到了微量的重金屬元素，如Pb、Cr、Cd和Zn等。本文僅針對廢水中NH4-N及COD進行處理。

1.2 儀器及試劑

儀器：HJ-6A型六聯數顯控溫磁力攪拌器(江蘇金壇金城國勝實驗儀器廠)；DB 2800型分光光度計(上海哈希水質分析儀器有限公司)；PHS-3C型pH計(上海儀電科學儀器股份有限公司)；PinAAcle 900T型原子吸收光譜儀(美國珀金埃爾默股份有限公司)；DRB 200型COD快速消解儀(上海哈希水質分析儀器有限公司)。

試劑：NaClO溶液(含有效氯5 %)，氫氧化鈉(NaOH)，碘化鉀(KI)，碘化汞(HgI2)，磷酸二氫鉀(KH2PO4)，2125915 COD消解藥劑(美國HACH公司)，均為分析純。

1.3 試驗方法

向500 mL燒杯中倒入200 mL調節好pH的廢水，并放入磁力轉子，將燒杯放在磁力攪拌器上，調節轉子轉速約為200 r/min，然后加入一定量的NaClO溶液，反應一段時間后，用裝有0.45 μm纖維素濾膜的砂芯過濾裝置過濾，測定濾液中NH4-N和COD的質量濃度，每組試驗平行重復3次。

試驗依次考察廢水pH、反應時間和NaClO溶液用量等因素對廢水中NH4-N和COD去除效果的影響，各因素的具體參數分別為廢水pH值6.00，7.00，8.00，9.00和10.00，反應時間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計測定；NH4-N采用納氏試劑分光光度法測定；COD采用快速測定儀測定；金屬元素采用原子吸收光譜法測定。

2 結果與討論

2.1 廢水pH

廢水pH對NH4-N和COD去除率的影響見圖1。從圖1可以看出:NH4-N和COD的去除率均隨著廢水pH的升高而降低。當廢水pH值為6.00時，NH4-N和COD的去除率最大，分別為32.8 %和34.7 %。

圖1 廢水pH對NH4-N和COD去除率的影響

在NaClO溶液中，含有氧化能力不同的多種成分。其中，HClO氧化能力最強，而ClO-的氧化能力較弱，pH的改變會影響HClO和ClO-的比例關系。利用Visual Minteq軟件計算不同pH條件下的HClO和ClO-的質量分數，結果見圖2。從圖2可以看出:pH升高，HClO質量分數減小，從而NaClO溶液的氧化性能減弱，污染物的去除率降低。此外，氧化電位會隨著廢水pH的升高而下降，而氧化電位的下降同樣會削弱NaClO溶液的氧化性能。因此，后續試驗選擇廢水pH值為6.00。

圖2 ClO-和HClO的質量分數與pH的關系

2.2 反應時間

反應時間對NH4-N和COD去除率的影響見圖3。從圖3可以看出：在反應開始的10 min內，NH4-N和COD的去除率升高顯著，此時二者的去除率分別為37.5 %和37.9 %；之后隨著反應時間的延長，二者的去除率提升幅度不大，而過長的反應時間勢必會使能耗增加，因此后續反應時間選擇10 min。

圖3 反應時間對NH4-N和COD去除率的影響

2.3 NaClO溶液用量

NaClO溶液用量對NH4-N和COD去除率的影響見圖4。從圖4可以看出：NaClO溶液用量對NH4-N和COD的去除率影響顯著。當NaClO溶液用量為80 mL/L時，NH4-N和COD的去除率分別達到最大值99.3 %和87.5 %。因此，試驗選擇NaClO溶液用量為80 mL/L。

圖4 NaClO溶液用量對NH4-N和COD去除率的影響

綜上所述，在廢水pH值6.00，反應時間10 min，NaClO溶液用量80 mL/L的條件下，廢水中NH4-N由初始的220 mg/L下降到1.54 mg/L，同時COD從初始的400 mg/L降低至50 mg/L，二者均符合GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中一級排放標準。

3 結 論

1)在考察的廢水pH、反應時間、NaClO溶液用量等3個因素中，NaClO溶液用量對NH4-N和COD去除率的影響最強。

2)廢水中NH4-N和COD去除的最佳條件是廢水pH值為6.00，反應時間為10 min，NaClO溶液用量為80 mL/L。此時，廢水中NH4-N和COD的質量濃度分別為1.54 mg/L和50 mg/L，去除率分別為99.3 %和87.5 %。

3)處理后廢水中NH4-N和COD質量濃度均能滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中一級排放標準，表明次氯酸鈉氧化法能有效去除黃金尾礦淋溶液中的NH4-N和COD。該研究結果可為同類廢水的處理提供重要的理論依據。