某采選礦廢水處理中ORP的應(yīng)用
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[摘要]針對(duì)采選礦廢水處理中，通常采用的以進(jìn)出水COD值作為藥劑投加控制依據(jù)的時(shí)間滯后性問題，引入反應(yīng)過程的orp值作為輔助控制參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)系統(tǒng)ORP值與出水COD值呈現(xiàn)近似相關(guān)性，ORP值越高，出水COD值越低。工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)置ORP值≥300mV，可以保證出水COD值穩(wěn)定低于60mg/L，實(shí)現(xiàn)了廢水處理的全過程控制。
[關(guān)鍵詞]COD；ORP；采選礦廢水；過程控制參數(shù)
采選礦廢水中，化學(xué)需氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)是常見的污染物之一，其主要來源于選礦過程中投加的選礦藥劑，如黃藥、煤油、2#油、硫化鈉等，廢水處理過程中，需經(jīng)過一定工藝進(jìn)行處理，將COD有效降解至排放限值以下，防止對(duì)周邊水體環(huán)境造成污染。行業(yè)內(nèi)常規(guī)的廢水處理方法有混凝法、化學(xué)法，混凝法處理工藝簡(jiǎn)單，能沉降部分易處理COD物質(zhì)。[1]但是對(duì)于高COD采選礦廢水，其COD組成成分復(fù)雜，處理難度較大，化學(xué)法是最為有效的處理工藝，其具有反應(yīng)徹底、效率高等特點(diǎn)。[2]某礦山采選礦廢水，具有COD濃度高、波動(dòng)大，水量波動(dòng)大的特點(diǎn)，采用化學(xué)法進(jìn)行廢水處理，能夠保證外排水COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。并且，該化學(xué)法處理工藝中，擁有一套藥劑自動(dòng)投加的設(shè)施設(shè)備，以進(jìn)出水水質(zhì)水量來控制藥劑投加。但以進(jìn)出水水質(zhì)作為控制點(diǎn)，具有時(shí)間上的滯后性，缺少對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)的過程監(jiān)控，為解決該問題，加強(qiáng)系統(tǒng)抗波動(dòng)能力，基于前期大量的實(shí)驗(yàn)研究，引入表征體系綜合氧化還原能力的ORP值，作為過程監(jiān)測(cè)參數(shù)，輔助原有藥劑自動(dòng)投加系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)藥劑的精準(zhǔn)投加。
1ORP原理及測(cè)量方法
氧化還原電位(Oxidation-ReductionPotential，ORP)反應(yīng)了一個(gè)體系的綜合氧化還原能力。[3]微觀上來講，在某一體系中，任何一種物質(zhì)都有其獨(dú)特的氧化還原能力，氧化還原能力不同的物質(zhì)之間，能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是電子在不同物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移。其中，接收電子能力強(qiáng)的物質(zhì)，其氧化性強(qiáng)，就稱其為氧化劑；給出電子能力強(qiáng)的物質(zhì)，其還原性強(qiáng)，就稱其為還原劑。衡量?jī)蓚€(gè)物質(zhì)之間接受電子能力的大小，可以通過測(cè)量ORP對(duì)構(gòu)成的電極與參比電極的電位差來判斷。一般來說，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)氫電極(NormalHydrogenElectrode,NHE)的電位為零，氧化還原電對(duì)組成的電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極之間會(huì)形成電位差值，該差值就是ORP值。測(cè)定ORP值需要一種既可以實(shí)現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移又不參與反應(yīng)的物質(zhì)，鉑和金等惰性金屬因其可以經(jīng)受住化學(xué)沖擊的性質(zhì)，通常用作電位的測(cè)量。具體的測(cè)量原理為：將鉑電極或者金電極插入到待測(cè)溶液中，溶液和電極表面就會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)的電位相對(duì)于氫標(biāo)準(zhǔn)電極的電位的電位差即為ORP值。[4]
2基礎(chǔ)研究結(jié)果
氧化還原電位如式(1)所示。其中，E為氧化還原電位；電對(duì)的條件電極電位；R為氣體常數(shù)，8.314J/K•mol；T為K表示的絕對(duì)溫度；F為法拉第常數(shù)，9.649×104c/mol；n為參與反應(yīng)的電子數(shù)；α[Ox]為氧化態(tài)活度；α[Ox]為還原態(tài)活度。[5]如式(1)所示，電對(duì)的條件電極電位，其與電子的本性、溫度、離子強(qiáng)度、酸度及副反應(yīng)情況有關(guān)。[6]基礎(chǔ)研究過程中，以該采選礦廢水為對(duì)象配制模擬廢水，發(fā)現(xiàn)在單因素分析中，F(xiàn)e3+、Fe2+、S2、COD、pH值均會(huì)對(duì)ORP值造成影響，但是在復(fù)雜的氧化體系中，同時(shí)存在多種影響因素，添加氧化劑之后，變成以氧化劑為主要表現(xiàn)形式的氧化體系，氧化劑用量、ORP值、出水COD值存在相關(guān)性。在工業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)行反應(yīng)系統(tǒng)ORP值與出水COD值對(duì)應(yīng)關(guān)系的工業(yè)試驗(yàn)，廢水處理流程及監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖1所示。通過便攜式ORP電極，定時(shí)檢測(cè)反應(yīng)系統(tǒng)ORP值，與出水COD值進(jìn)行對(duì)比，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。如圖2所示，反應(yīng)系統(tǒng)ORP值與出水COD值呈現(xiàn)近似相關(guān)性，ORP值越高，出水COD值越低。ORP值越高，表示反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)投加的氧化劑越足量，對(duì)COD污染物降解越充分，出水COD值越低。當(dāng)ORP值大于290mV時(shí)，其出水COD值均低于60mg/L；當(dāng)ORP值小于290mV時(shí)，其出水COD值出現(xiàn)部分超標(biāo)情況。
3工業(yè)應(yīng)用效果
根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果，反應(yīng)系統(tǒng)ORP值大于290mV時(shí)，其出水COD值均低于60mg/L。嘗試將其結(jié)果應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，在反應(yīng)池內(nèi)安裝在線ORP計(jì)，持續(xù)監(jiān)測(cè)反應(yīng)池的ORP值，并將該值作為輔助控制參數(shù)，用于控制工業(yè)生產(chǎn)的氧化劑投加。設(shè)置ORP的最小值為300mV，該控制條件下的出水情況如圖3所示。如圖3所示，工業(yè)生產(chǎn)過程中，以O(shè)RP值≥300mV作為控制參數(shù)，可以保證出水COD值穩(wěn)定低于排放標(biāo)準(zhǔn)的60mg/L。引入ORP值作為整個(gè)廢水COD處理過程的過程控制參數(shù)，可以解決常規(guī)以出水COD值作為操作依據(jù)的時(shí)間滯后性問題，控制點(diǎn)提前，降低了外排水污染物超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可一定程度上節(jié)省藥劑用量，兼顧了技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)可行性。
4總結(jié)與展望
氧化還原電位反應(yīng)的是整個(gè)體系的綜合氧化還原能力，在采選礦廢水的COD處理過程中，存在多種影響氧化還原電位的因子，添加氧化劑之后，變成以氧化劑為主要表現(xiàn)形式的氧化體系，氧化劑用量、ORP值、出水COD值存在相關(guān)性。針對(duì)傳統(tǒng)以進(jìn)出水COD值作為藥劑投加控制依據(jù)的時(shí)間滯后性問題，引入反應(yīng)過程ORP值作為輔助控制參數(shù)，進(jìn)行廢水處理全過程控制，在工業(yè)生產(chǎn)中，控制ORP值≥300mV，可以保證出水COD值穩(wěn)定低于60mg/L。該控制方法，可以推廣至其他廢水處理及其他污染物處理過程中，但因不同廢水性質(zhì)不同，水中各成份具有差異，需對(duì)特定的廢水進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)應(yīng)用情況進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析總結(jié)，得出特定應(yīng)用方法、具體控制值。
參考文獻(xiàn)
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作者：周杰 黃海 高寶釵 祁超 吳財(cái)松 單位：賽恩斯環(huán)保股份有限公司
