某采選礦廢水處理中ORP的應用

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[摘要]針對采選礦廢水處理中，通常采用的以進出水COD值作為藥劑投加控制依據的時間滯后性問題，引入反應過程的orp值作為輔助控制參數，研究發(fā)現，反應系統ORP值與出水COD值呈現近似相關性，ORP值越高，出水COD值越低。工業(yè)生產中，設置ORP值≥300mV，可以保證出水COD值穩(wěn)定低于60mg/L，實現了廢水處理的全過程控制。

[關鍵詞]COD；ORP；采選礦廢水；過程控制參數

采選礦廢水中，化學需氧量(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，需經過一定工藝進行處理，將COD有效降解至排放限值以下，防止對周邊水體環(huán)境造成污染。行業(yè)內常規(guī)的廢水處理方法有混凝法、化學法，混凝法處理工藝簡單，能沉降部分易處理COD物質。[1]但是對于高COD采選礦廢水，其COD組成成分復雜，處理難度較大，化學法是最為有效的處理工藝，其具有反應徹底、效率高等特點。[2]某礦山采選礦廢水，具有COD濃度高、波動大，水量波動大的特點，采用化學法進行廢水處理，能夠保證外排水COD穩(wěn)定達標。并且，該化學法處理工藝中，擁有一套藥劑自動投加的設施設備，以進出水水質水量來控制藥劑投加。但以進出水水質作為控制點，具有時間上的滯后性，缺少對反應系統的過程監(jiān)控，為解決該問題，加強系統抗波動能力，基于前期大量的實驗研究，引入表征體系綜合氧化還原能力的ORP值，作為過程監(jiān)測參數，輔助原有藥劑自動投加系統，實現藥劑的精準投加。

1ORP原理及測量方法

氧化還原電位(Oxidation-ReductionPotential，ORP)反應了一個體系的綜合氧化還原能力。[3]微觀上來講，在某一體系中，任何一種物質都有其獨特的氧化還原能力，氧化還原能力不同的物質之間，能發(fā)生氧化還原反應，反應的實質是電子在不同物質之間的轉移。其中，接收電子能力強的物質，其氧化性強，就稱其為氧化劑；給出電子能力強的物質，其還原性強，就稱其為還原劑。衡量兩個物質之間接受電子能力的大小，可以通過測量ORP對構成的電極與參比電極的電位差來判斷。一般來說，規(guī)定標準氫電極(NormalHydrogenElectrode,NHE)的電位為零，氧化還原電對組成的電極與標準氫電極之間會形成電位差值，該差值就是ORP值。測定ORP值需要一種既可以實現電子轉移又不參與反應的物質，鉑和金等惰性金屬因其可以經受住化學沖擊的性質，通常用作電位的測量。具體的測量原理為：將鉑電極或者金電極插入到待測溶液中，溶液和電極表面就會發(fā)生電子轉移，當達到平衡時的電位相對于氫標準電極的電位的電位差即為ORP值。[4]

2基礎研究結果

氧化還原電位如式(1)所示。其中，E為氧化還原電位；電對的條件電極電位；R為氣體常數，8.314J/K•mol；T為K表示的絕對溫度；F為法拉第常數，9.649×104c/mol；n為參與反應的電子數；α[Ox]為氧化態(tài)活度；α[Ox]為還原態(tài)活度。[5]如式(1)所示，電對的條件電極電位，其與電子的本性、溫度、離子強度、酸度及副反應情況有關。[6]基礎研究過程中，以該采選礦廢水為對象配制模擬廢水，發(fā)現在單因素分析中，Fe3+、Fe2+、S2、COD、pH值均會對ORP值造成影響，但是在復雜的氧化體系中，同時存在多種影響因素，添加氧化劑之后，變成以氧化劑為主要表現形式的氧化體系，氧化劑用量、ORP值、出水COD值存在相關性。在工業(yè)生產中，進行反應系統ORP值與出水COD值對應關系的工業(yè)試驗，廢水處理流程及監(jiān)測點如圖1所示。通過便攜式ORP電極，定時檢測反應系統ORP值，與出水COD值進行對比，其對應關系如圖2所示。如圖2所示，反應系統ORP值與出水COD值呈現近似相關性，ORP值越高，出水COD值越低。ORP值越高，表示反應系統內投加的氧化劑越足量，對COD污染物降解越充分，出水COD值越低。當ORP值大于290mV時，其出水COD值均低于60mg/L；當ORP值小于290mV時，其出水COD值出現部分超標情況。

3工業(yè)應用效果

根據工業(yè)試驗結果，反應系統ORP值大于290mV時，其出水COD值均低于60mg/L。嘗試將其結果應用于工業(yè)生產，在反應池內安裝在線ORP計，持續(xù)監(jiān)測反應池的ORP值，并將該值作為輔助控制參數，用于控制工業(yè)生產的氧化劑投加。設置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)生產過程中，以ORP值≥300mV作為控制參數，可以保證出水COD值穩(wěn)定低于排放標準的60mg/L。引入ORP值作為整個廢水COD處理過程的過程控制參數，可以解決常規(guī)以出水COD值作為操作依據的時間滯后性問題，控制點提前，降低了外排水污染物超標風險，同時可一定程度上節(jié)省藥劑用量，兼顧了技術可行性及經濟可行性。

4總結與展望

氧化還原電位反應的是整個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形式的氧化體系，氧化劑用量、ORP值、出水COD值存在相關性。針對傳統以進出水COD值作為藥劑投加控制依據的時間滯后性問題，引入反應過程ORP值作為輔助控制參數，進行廢水處理全過程控制，在工業(yè)生產中，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，但因不同廢水性質不同，水中各成份具有差異，需對特定的廢水進行系統實驗，對應用情況進行經驗數據分析總結，得出特定應用方法、具體控制值。

參考文獻

[1]盧綠榮，陳建華，張一兵．金屬選礦廢水處理現狀及循環(huán)利用[J]．現代礦業(yè)，2018，2(2)：100-102．

[2]徐勁．有機浮選藥劑物化凈化特性研究[D]．廣州：廣東工業(yè)大學，2005．

[3]張祥漢，吳孟李，張琪雨，等．top-down法與bottom-up法評定黑臭水體氧化還原電位測量不確定度的比較研究[J]．廣東化工，2018，45(14)：265-267．

[4]賀明宇．以氧化還原電位控制Fenton反應處理模擬苯酚廢水[D]．西安：西安建筑科技大學，2010．

[5]鄔奇，張榮福，羅瑋，等．基于ORP原理的COD自動檢測裝置的設計[J]．電子科技，2017，30(1)：168-172．

[6]孫劍輝，孫勝鵬，王慧亮，等．Fenton氧化技術處理難降解工業(yè)有機廢水研究進展[J]．工業(yè)水處理，2006，26(12)：9-13．

作者：周杰 黃海 高寶釵 祁超 吳財松 單位：賽恩斯環(huán)保股份有限公司