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臭氧氧化-循环喷淋法处理钨钼选矿废水 ① 姜智超, 余侃萍, 张玉凤 (长沙矿冶研究院有限责任公司,湖南 长沙 410012) 摘 要 采用臭氧氧化-循环喷淋法去除钨钼选矿废水中 COD,研究了 pH 值、臭氧流量、循环频率对 COD 去除效果的影响。 结果表 明废水 COD 去除率随 pH 值、臭氧流量、循环频率增大而增加,在 pH 值为 10、臭氧流量 3.0 L/ min、循环频率 4.0 次/ min 条件下,氧 化 120 min 后废水 COD 含量由 131 mg/ L 降至 11.5 mg/ L,COD 去除率达 91.2%,满足污水综合排放标准(GB 89781996)一级标 准。 与 O2、NaClO 处理废水 COD 的对比试验结果表明,循环喷淋法结合 O3表现出较好的 COD 去除效果。 关键词 废水处理; 化学需氧量; 钨钼矿; 选矿废水; 臭氧氧化; 循环喷淋 中图分类号 X703文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2020.03.020 文章编号 0253-6099(2020)03-0075-04开放科学(资源服务)标识码(OSID) An Integrated Process of Ozonation and Intermittent Spraying for Treating Wastewater from Beneficiation of Tungsten-molybdenum Ore JIANG Zhi-chao, YU Kan-ping, ZHANG Yu-feng (Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd, Changsha 410012, Hunan, China) Abstract An integrated process of ozonation and intermittent spraying was adopted for removing COD of the wastewater from the beneficiation of tungsten-molybdenum ore, and effects of pH values, ozone flows and spraying frequency on the COD removal rate were studied. The results showed that after 120-minute ozonation under the condition of pH at 10.0, ozone flow rate at 3.0 L/ min and spraying frequency of 4.0 time/ min, the COD in the wastewater decreased from 131 mg/ L to 11.5 mg/ L, showing a COD removal rate up to 91.2%, which met the Class Ⅰ in the National Standard of the Integrated Wastewater Discharge (GB 89781996). Compared to the treatment with O2or NaClO, it is shown that this integrated process of intermittent spraying combined with ozonation can bring in better COD removal effect. Key words wastewater treatment; chemical oxygen demand (COD); tungsten-molybdenum ore; beneficiation wastewater; ozonation; intermittent spraying 选矿废水中残留大量浮选药剂及其分解产物,化 学需氧量 (COD) 超过 污水综合排放标准 ( GB 89781996),对选矿企业周边环境构成较大潜在污 染[1]。 选矿废水处理方法主要有氧化法[2]、 生物 法[3]、混凝沉淀法[4]和吸附法[5]等。 传统氧化法处理 效果受废水中有机物种类影响,出水水质难以稳定达 标[6]。 近年来,高级氧化法因其效率高、成本低、无二 次污染等特点被广泛研究[7]。 目前,国内外关于喷淋 法结合臭氧催化氧化处理选矿废水 COD 的研究报道 很少。 为此,本文采用臭氧氧化-循环喷淋法对钨钼矿 选矿废水 COD 进行处理,以期为臭氧氧化-循环喷淋 法深度处理选矿废水提供理论依据和技术支持。 1 试 验 1.1 试验原料及药剂 1.1.1 供试废水 钨钼矿选矿废水取自湖南郴州某多金属矿厂选矿 厂,其水质分析结果见表 1。 选厂采用细磨浮选工艺, 选矿过程中大量投加黄药及苯甲羟肟酸等多种浮选药 剂,导致废水经“生石灰沉淀-絮凝剂絮凝” 处理后 COD 含量仍较高。 由表 1 可知,该废水呈碱性,重金 属含量较低,COD 含量超过污水综合排放标准(GB ①收稿日期 2020-01-17 基金项目 国家科技部“十三五”固废专项课题(2018YFC1900304);国家自然科学基金(51634009) 作者简介 姜智超(1989-),男,青海西宁人,工程师,硕士,主要从事废水处理研究工作。 第 40 卷第 3 期 2020 年 06 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.40 №3 June 2020 89781996) [8]排放要求。 表 1 钨钼矿选矿废水及排放标准主要指标 类别pH 值 污染物含量/ (μgL -1 ) CODAsCdPbBe 选矿废水10.3131 0006.910.5310.50.47 排放标准[8]6.0~9.0100 0005001001 0005.00 1.1.2 试验药剂 试验药剂包括氢氧化钠(西陇化工股份有限公 司,分析纯) 和硫酸(湖南汇虹试剂有限公司,分析 纯)。 试验用水为去离子水。 1.2 试验装置 试验装置如图1所示。 通过臭氧发生器(XLKG 系列) 产生臭氧;反应装置为有机玻璃材质筒体 (Φ20.0 cm 60.0 cm); 雾化喷淋装置(JLD 系列)位于反应装置顶 部附近,用于废水雾化;微孔曝气装置(N-150 系列)位 于反应装置底部附近,用于臭氧均匀扩散。 1 2 3 4 5 6 1 *,8 2 ,ADD 3 /74DD 4 26588DD 5 498 6 B 图 1 试验装置 1.3 试验方法 1.3.1 选矿废水处理单因素试验 利用 H2SO4或 NaOH 溶液调节 pH 值,设计不同 初始 pH 值、臭氧流量和循环频率条件下的单因素试 验。 试验步骤如下量取钨钼矿选矿废水 1 000 mL 于 玻璃容器中,运行试验装置,分别于 15、30、45、60、90、 120 min 时取样,并静止30 min 后于液面下 2.00~3.00 cm 处取上清液测定 COD 含量。 1.3.2 O3、O2、NaClO 处理选矿废水对比试验 分别取 1 000 mL 钨钼矿选矿废水若干份置于玻 璃容器中,在臭氧氧化-循环喷淋法处理钨钼矿选矿废 水最佳试验条件下,分别采用循环喷淋法结合 O3、O2、 NaClO 处理上述废水,进行去除效果对比试验,步骤同 单因素试验。 所有试验均设 3 组平行试验,试验结果取平均值。 1.4 试验原理 臭氧催化氧化反应分为直接氧化和间接氧化。 当 pH <4 时,直接氧化起主要作用,O3将废水中含有不饱 和键的有机物直接分解为小分子有机物或无机物,氧化 过程对有机物选择性高且较为缓慢;当 4≤pH≤10 时, 直接氧化和间接氧化共同作用;当 pH>10 时,间接氧 化起主要作用,O3在水中分解生成大量自由基(OH 及O2 -),如式(1) ~ (4)所示,自由基一方面能够氧 化降解有机物,另一方面能够加快有机物分解速率,氧 化过程对有机物无选择性且反应速率快[9-13]。 H2O + O3→ O2+ 2OH(1) O3+ OH - → HO2+O 2- (2) O3+ HO2→OH + 2O2(3) O3+OH→ HO2+ O2→O 2- + H + (4) 1.5 测试方法 废水 pH 值采用 pH 计(PHS-3C,上海仪电科学仪 器股份有限公司)测定;COD 含量按照水质化学需氧 量的测定重铬酸盐法(GB 1191489)测定。 2 试验结果与讨论 2.1 初始 pH 值对废水 COD 去除的影响 臭氧流量 3.0 L/ min、循环频率4.0 次/ min,初始 pH 值对废水 COD 去除的影响见图 2。 由图 2 可见,废水 COD 去除率随初始 pH 值增大而增加。 结合工业处理 成本,选择最佳 pH 值为 10,该条件下处理后废水 COD 降至 18.2 mg/ L。 酸性条件下,由于不存在诱导剂,COD 去除主要以O3直接氧化为主[14];碱性条件下,OH-诱导 生成的OH 与有机物迅速反应,链式作用下 COD 去 除效果较好;碱性过高时,生成的自由基浓度过大,相 互碰撞猝灭几率增加,COD 去除率增幅较低[15]。 ,A;0min 100 80 60 40 20 0 3006090120 COD9*5 pH 4 pH 6 pH 8 pH 10 pH 12 图 2 pH 值对废水 COD 去除率的影响 67矿 冶 工 程第 40 卷 废水 COD 主要来源为黄药和苯甲羟肟酸。 当 pH=4 时,直接氧化起主要作用,一定条件下能够完全分解黄 药,苯甲羟肟酸为环状有机物,难以降解,不能完全被 O3直接氧化成 CO2和 H2O 等无机物,大部分生成小 分子有机物;当 pH=4~10 时,直接氧化和间接氧化共 同作用,氧化过程中有机物不饱和基团断裂,苯甲羟肟 酸通过侧链取代反应被降解为多种中间产物;随着 pH 值逐渐升高,间接氧化起主要作用,苯环被氧化分解, 中间产物及小分子物质被进一步降解,COD 去除率随 之增加[16-17]。 反应过程中废水pH 值变化如图3 所示。 由图3 可 知,不同初始 pH 值条件下,反应过程中体系 pH 值均随 反应时间延长而降低。 这可能是由于体系中 O3在废水 中生成OH 与有机物发生反应的同时,伴随着 H+的产 生,导致体系pH 值下降[7];继续延长反应时间,体系pH 值逐渐趋于稳定,其中初始 pH 值为 8 和 10 的废水经处 理后体系 pH 值下降最为明显。 ,A;0min 12 9 6 3 3006090120 pHD pH 4 pH 6 pH 8 pH 10 pH 12 图 3 反应体系 pH 值变化规律 2.2 臭氧流量对废水 COD 去除的影响 pH=10、循环频率 4.0 次/ min 条件下,臭氧流量与 废水 COD 去除关系如图 4 所示。 当臭氧流量为 0.5~ 2.5 L/ min 时,反应 120 min 后废水 COD 含量随臭氧流 量的增大而降低,且在臭氧流量为 2.5 L/ min 时废水 COD 含量降至 15.3 mg/ L,降幅达 88.3%;之后随臭氧流 ,A;0min 100 80 60 40 20 0 3006090120 COD9*5 0.5 L/min 1.0 L/min 1.5 L/min 2.0 L/min 2.5 L/min 3.0 L/min 图 4 臭氧流量对废水 COD 去除率的影响 量增大,COD 去除率略有增加,处理后废水 COD 含量为 11.5 mg/ L。 结合工业处理成本,选择最佳臭氧流量为 3.0 L/ min,该条件下处理后废水 COD 降至 11.5 mg/ L。 增大臭氧流量能够提高 O3及OH 与单位数量有机物 的反应概率,增加 COD 去除率;但臭氧流量过大,会导 致自由基猝灭几率增加,不利于 COD 去除[7]。 这与前 期报道的丁基黄药降解率随臭氧浓度增大呈先升高后 趋于平稳的结果相一致[6]。 2.3 循环频率对废水 COD 去除的影响 pH=10、臭氧流量 3.0 L/ min 条件下,废水 COD 去 除率与循环频率关系见图 5。 由图 5 可知,废水 COD 去 除率随循环频率增大而增加。 循环频率过低,反应过程 中废水与 O3接触时间较少,反应不充分,COD 去除率 较低;循环频率过高,此时由于 O3流量一定,COD 去 除率增幅不明显,因此选取循环频率 4.0 次/ min 为最 优条件,该条件下处理后废水 COD 去除率为 90.5%, COD 含量降至 12.4 mg/ L。 ,A;0min 100 80 60 40 20 0 3006090120 COD9*5 0.5 */min 1.0 */min 2.0 */min 4.0 */min 6.0 */min 图 5 循环频率对废水 COD 去除率的影响 2.4 O3、O2、NaCIO 处理废水 COD 工艺对比 根据上述单因素试验确定最佳处理条件废水 pH 值为 10,臭氧流量 3.0 L/ min,循环频率 4.0 次/ min,在 此最佳处理条件下进行循环喷淋法分别结合 O3、O2、 NaClO 处理废水 COD 工艺对比试验,结果如图 6 所 示。由图 6 可知,O2、NaClO 处理废水时COD去除率 ,A;0min 100 80 60 40 20 0 3006090120 COD9*5 O3 O2 NaClO 图 6 不同方法废水 COD 去除效果对比 77第 3 期姜智超等 臭氧氧化-循环喷淋法处理钨钼选矿废水 均较低,反应 120 min 后 COD 去除率分别为 7.64%和 64.9%,相同条件下 O3处理后废水 COD 去除率可达 87.1%。 结果表明,O2、NaClO 处理废水 COD 时效果较 差,循环喷淋法结合 O3处理废水能够大幅提高 COD 去除效果。 3 结 论 1) 钨钼矿选矿废水在初始 pH 值为 10、臭氧流量 3.0 L/ min、循环频率 4.0 次/ min 条件下,反应 120 min 后废水COD 去除率达到91.2%,COD 含量由131 mg/ L 降 至11.5 mg/ L,满足污水综合排放标准(GB 8978 1996)一级标准。 2) 臭氧氧化-循环喷淋法处理钨钼矿选矿废水, COD 去除率随初始 pH 值、臭氧流量、循环频率增大而 增加。 循环喷淋法结合 O3去除废水 COD 效果较使用 O2或 NaClO 分别提高了 79.5%和 22.2%,有望应用于 钨钼选矿废水的污染治理。 参考文献 [1] 姜智超,杨国超,付向辉,等. 5000 t/ d 钨铋选矿废水处理工业分 流试验[J]. 矿冶工程, 2019,39(3)77-80. 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VUV/ air 降解乙硫氮和苯甲羟肟酸的研究[D]. 赣州 江西理工大学资源与环境工程学院, 2016. 引用本文 姜智超,余侃萍,张玉凤. 臭氧氧化-循环喷淋法处理钨钼选 矿废水[J]. 矿冶工程, 2020,40(3)75-78. �������������������������������������������������������������������������������������������������� (上接第 74 页) 回收率 69.55%,且锌含量降至 7.86%的铜铅混合精矿 以及锌品位 52.29%、锌回收率 95.85%的锌精矿,实现 了铜铅与锌的有效分离。 参考文献 [1] 聂 琪,程 涌,刘 聪,等. 某铜铅锌多金属硫化矿选矿试验研 究[J]. 昆明冶金高等专科学校学报, 2018,34(3)31-37. [2] 杨茂春,李学智,魏清成, 等. 某地铜铅锌硫化矿浮选分离试验研 究[J]. 中国矿业, 2018,27(z2)151-155. [3] 程春枝. 复杂铜铅锌多金属硫化矿选矿技术[J]. 中国金属通报, 2019(2)133. [4] 田树国,崔立凤,王军荣. 国外某铜铅锌多金属矿工艺矿物学特性 及影响浮选的因素[J]. 矿产综合利用, 2019(1)78-82. [5] Jian Liu, Yu Wang, Deqiang Luo, et al. Use of ZnSO4and SDD mix- ture as sphalerite depressant in copper flotation[J]. Minerals Engi- neering, 2018,12131-38. [6] 简 胜,孙 伟,胡岳华. 内蒙古某复杂多金属硫化矿选矿技术研 究[J]. 矿冶工程, 2019(4)50-53. [7] 苏 勇,张丽敏,孙 伟. 某黝铜矿型铜铅锌多金属矿选矿试验研 究[J]. 矿冶工程, 2019(3)46-50. [8] 袁华玮. 临沧铜铅混合精矿浮选分离试验研究[D]. 昆明昆明理 工大学国土资源工程学院, 2017. [9] 卜显忠,王 阳,高 珂,等. 强化脱药促进广西某铅锌等可浮精 矿的分离[J]. 金属矿山, 2016(6)73-76. 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