含氰廢水是廢水組成中含有各種氰化物的一類廢水的統(tǒng)稱。氰基與金屬的絡(luò)合能力很強(qiáng)，因此氰根（CN-）作為強(qiáng)絡(luò)合劑被廣泛應(yīng)用于氰化提金、氰化金屬電鍍等工藝；同時(shí)氰化物作為一種重要的化工原料廣泛用于合成纖維、染料制造、合成橡膠、煉焦及有機(jī)玻璃等工業(yè)[1，2] 。氰化物毒性極強(qiáng)，如果不對(duì)含氰廢水進(jìn)行處理，將廢水直接排放，將會(huì)對(duì)人類、牲畜、植物造成極大危害。因此，從生物安全和環(huán)境工程角度考慮必須對(duì)含氰廢水進(jìn)行處理[3,4]。將含氰廢水由中、高濃度降到低濃度，處理難度小，工藝比較成熟，一般采用酸化揮發(fā)-堿吸收法、膜法、鐵鹽絡(luò)合沉淀法等回收氰化物的方法便可將廢水中的含氰量降至20mg/L 以下[5,6]。含氰廢水治理的難點(diǎn)在于處理低濃度含氰廢水使之達(dá)到排放要求。本課題所處理的廢水中氰含量為150mg/L，屬于中低濃度含氰廢水，針對(duì)活性炭催化氧化法與臭氧法各自的缺點(diǎn)[7-9]，本課題在上述2 種方法基礎(chǔ)上取長(zhǎng)補(bǔ)短，提出使用活性炭催化臭氧化技術(shù)來(lái)處理含氰廢水。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 活性炭預(yù)處理
活性炭在使用前先用大量的蒸餾水浸泡4 h，然后將洗凈的活性炭置于真空干燥箱中，于105℃下烘干后至恒重，過(guò)篩，挑選不同粒徑的活性炭作為試驗(yàn)用活性炭。
1.2 實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)裝置主要由臭氧發(fā)生器、氣液固三相催化臭氧化反應(yīng)器和臭氧尾氣吸收裝置3部分組成。三相發(fā)生器為內(nèi)徑50 mm、高450 mm的圓柱形玻璃反應(yīng)器，頂部設(shè)置臭氧吸收裝置；外層設(shè)置有冷凝水的夾層，以實(shí)現(xiàn)控溫效果；底部設(shè)置氣體分布器。
1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
稱取一定量的處理過(guò)的活性炭放入裝有1 L模擬含氰廢水的反應(yīng)器中，臭氧從反應(yīng)器底部的多孔布?xì)獍逋ㄈ耄稚⒊鰵馀�，帶�?dòng)反應(yīng)器中的液體循環(huán)流動(dòng)，使催化劑處于流動(dòng)化狀態(tài)。在一定時(shí)間間隔內(nèi)取樣分析。
1.4 檢測(cè)方法
液相中臭氧濃度測(cè)定使用靛蘭二磺酸鈉(IDS)分光光度法[10]；CN-含量的檢測(cè)采用吡啶-巴比妥酸比色法，pH值使用上海雷磁儀器生產(chǎn)的PHSJ-3F酸度計(jì)測(cè)定。
2 結(jié)果與分析
2.1 反應(yīng)溫度的影響
研究了不同溫度對(duì)反應(yīng)體系的影響，結(jié)果如圖1 所示。
圖1 溫度對(duì)CN-去除率的影響
由圖1 可知，溫度較低（10~30 ℃）時(shí)，隨著溫度的升高，CN-去除速率呈小幅度上升趨勢(shì)，說(shuō)明在較低溫度時(shí)，活化能對(duì)反應(yīng)的影響為主導(dǎo)作用。溫度較高（30~55 ℃）時(shí)，隨著溫度的升高，CN-去除率有了較大幅度的下降，說(shuō)明在較高溫度時(shí)，活性炭的吸附作用和臭氧的氣液傳質(zhì)作用要強(qiáng)于活化能對(duì)反應(yīng)的貢獻(xiàn)。反應(yīng)不適于在高溫下進(jìn)行，因此，活性炭催化臭氧化降解含氰廢水的適宜溫度為30 ℃。
2.2 活性炭粒徑
考察了活性炭粒徑的大小對(duì)處理效率的影響，結(jié)果如圖2 所示。
圖2 活性炭粒徑對(duì)CN-去除率的影響
由圖2 可知，在實(shí)驗(yàn)顆粒范圍內(nèi)，活性炭的粒徑大小對(duì)處理效果的影響并不明顯。實(shí)驗(yàn)所使用的3 種不同粒徑的活性炭是同類型活性炭，擁有相同的比表面積，只是由于粒徑不同，而具有不同的外表面積。粒徑對(duì)CN-處理效果影響不大說(shuō)明活性炭的外表面積對(duì)活性炭的吸附、催化作用影響很小。
2.3 臭氧投加量
通過(guò)改變臭氧發(fā)生器出口氣體流量，考察了不同臭氧投加量對(duì)CN-的去除情況，結(jié)果如圖3 所示。
圖3 臭氧投加量對(duì)CN-去除率的影響
由圖3 可知，隨著臭氧投加量的增加，CN-去除率有較大程度的增長(zhǎng)。隨著臭氧流量的增加，使參與反應(yīng)的臭氧增加；此外，隨著臭氧流量的增加，氣液界面的面積增大，從而增強(qiáng)了傳質(zhì)過(guò)程，及體系的流化狀態(tài)，減小了氣液傳質(zhì)過(guò)程的阻力，提高了CN-的去除率。但隨著臭氧投加量的增大，CN-去除率增長(zhǎng)變緩。這說(shuō)明當(dāng)臭氧流量較大時(shí)，體系的流態(tài)化效果與臭氧投加量較小時(shí)相比已經(jīng)得到了極大改善，液相中反應(yīng)消耗的臭氧可以得到迅速補(bǔ)充，這時(shí)氣液傳質(zhì)已經(jīng)不是反應(yīng)的控制因素，因此，再增大臭氧流量，去除效果也不能得到很大提高。因此，臭氧適宜投加濃度為30mg/min。
2.4 活性炭投加量
活性炭加入量對(duì)CN-去除率的影響如圖4 所示。
圖4 活性炭加入量對(duì)CN-去除率的影響
由圖4 可知，隨著活性炭投加量的增加，CN-去除率逐漸增大。當(dāng)活性炭投加量為2～10 g 時(shí)，其增長(zhǎng)的程度最為明顯；當(dāng)活性炭投加量為14 g/L 時(shí)，CN-去除率為96.5%，是單獨(dú)臭氧氧化的1.5 倍；當(dāng)活性炭投加量繼續(xù)增大時(shí)，增加的程度不明顯，因此，適宜的活性炭投加量為14 g/L。
2.5 pH值
在活性炭催化臭氧化去除CN-過(guò)程中，pH 值對(duì)活性炭的吸附有一定影響，因此，考察了pH 值對(duì)活性炭催化臭氧化去除CN-的影響，結(jié)果如圖5 所示。
圖5 pH值對(duì)CN-去除率的影響
由圖5 可知，pH 在4～10 范圍時(shí)，CN-去除率增長(zhǎng)程度最快；當(dāng)pH=10 時(shí)，經(jīng)過(guò)30 min 處理，CN-去除率為99.8%，水體中殘余CN-濃度為0.3mg/L，滿足了氯堿工業(yè)對(duì)水質(zhì)的要求；當(dāng)pH 值＞10 時(shí)，CN-去除率升高不明顯，因此，選擇pH=10。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
本實(shí)驗(yàn)考察了溫度、活性炭粒徑、臭氧投加量、pH 值等因素對(duì)催化臭氧化降解CN-性能的影響，得到結(jié)論如下：
（1）當(dāng)溫度較低時(shí)，活化能對(duì)反應(yīng)的影響較大；溫度較高時(shí)，臭氧傳質(zhì)和活性炭的吸附對(duì)反映的影響較大。反應(yīng)適宜溫度為30℃，高溫或低溫都不利于反應(yīng)的進(jìn)行。
（2）實(shí)驗(yàn)所考察的3 種粒徑的活性炭對(duì)CN-降解效果基本相同，說(shuō)明活性炭外表面積的大小對(duì)反應(yīng)的影響很小。
（3）臭氧投加量對(duì)反應(yīng)的影響顯著，臭氧流量的增大可導(dǎo)致臭氧分子傳質(zhì)作用加快。當(dāng)臭氧投加量較小時(shí)，氣液傳質(zhì)是反應(yīng)的控制步驟，增加臭氧流量可顯著提高CN-的去除率。臭氧的適宜投加量為30mg/min。
（4）增大活性炭的投加量可顯著提高反應(yīng)對(duì)CN-的去除率，活性炭的量增加可以增大催化臭氧化體系的吸附、催化和傳質(zhì)作用，適宜的活性炭投加量為14 g/L。
（5）不同pH 值條件下，CN-去除率差別很大，堿性條件下有利于CN-的去除，較優(yōu)的pH值為10。
