林寧

摘要：為了深入研究化學氧化對污染水中氰化物的去除率，文章通過自制含有氰化物的試驗水樣，分別對0，，CIO.與CL這3種氧化劑的去除效果進行了研究，同時簡單分析了這3種氧化劑在去除氰化物時的原理，同時還對不同投加濃度對氰化物去除率的影響進行了分析。試驗結果證明，在3種氧化劑中，Cl2對氰化物的去除率最高，顯著高于O3和ClO2；在利用25.6 umol/L的Cl2對由純水配置而成的試驗水樣中的氰化物進行處理時，反應時間在20 min時，其氰化物的去除率可以達到98.7%，因而在發(fā)生突發(fā)性氰化物污染時，可以選擇Cl2進行應急處理。

關鍵詞：氧化劑；氰化物；氧化反應

氰化物是一種劇毒物質，僅0.1g氰化物便可以致人死亡，而在水體中，若氰化物的質量濃度處在0.3 mg/L至0.5mg/L中間，那么便會導致水中的生物死亡。因此，關于污水中氰化物的處理，不僅關系著環(huán)境污染問題，同時也直接關系著人類的生命健康安全。對于集中式生活飲用水地表水源地Ⅱ類水環(huán)境（一級保護區(qū)）和Ⅲ類水環(huán)境（二級保護區(qū)）的氰化物濃度，在《地表水環(huán)境質量標淮》中具有明確規(guī)定，其最大濃度值為1.92μmol/L （0.05 mg/L）與7.69μmol/L （0.2 mg/L）。在本次經(jīng)化學氧化對污染水氰化物的去除試驗研究中，為了更好地說明試驗結果，將城市飲用水地表水源發(fā)生的氰化物一般污染事故作為研究對象，并分別通過O3，ClO2與Cl2對模擬試驗水樣中的氰化物進行化學氧化處理，通過分析3種化學氧化的實際結果，來評價化學氧化技術在去除污水氰化物上的效果。

1 試驗水樣

本次試驗采用的水樣，是由氰化物的標準試劑，與純水、城市水源進行配置，而模擬出來的污水，其中：由氰化物標準試劑與城市用水配置出的水樣，其氰化物質量濃度為0.23 mg/L，標記為試驗水樣1；而由氰化物標準試劑與純水配置成的水樣，其氰化物質量濃度同樣為0.23 mg/L，將其標記為試驗水樣2。上述兩種試驗水樣的質量濃度，均超過了規(guī)定的標準值，需要進行處理。

本次試驗選擇的添加藥品，均是純試劑。其中，Cl2來自于液體氮；ClO2是由干燥空氣稀釋過的氯氣，與固態(tài)亞氯酸鈉進行反應而得來的；O3則是以純氧為原料，通過臭氧發(fā)生器而得來，而臭氧的濃度利用KI吸收法進行檢測與還原。

2 試驗內容

在試驗過程中，自制了小型的水廠系統(tǒng)作為試驗裝置，系統(tǒng)主要由預處理氧化設備、消毒處理設備以及混凝沉淀設備組成。具體試驗內容為，在系統(tǒng)中的預處理氧化設備正常工作時，在一定時間，從該設備中取出水樣，檢測其氰化物的濃度。同時，利用具有計量功能的設備，對O3，ClO2與Cl2進行一次性的投加，需要注意的是，應采取氣水混合的方式進行投加，且投加時應將投加點放在預處理氧化設備進水管處。

第一步：將O3，ClO2與Cl2分別投入到試驗水樣2中，對其半個小時內，氰化物的濃度進行檢測，將檢測結果進行對比，分析不同氧化劑對氰化物的去除效率。其中，O3，ClO2與Cl2的濃度分別為25.0μmol/L，9.6 μmol/L，25.6μmol/L。

第二步：基于第一步的試驗結果，再利用不同濃度的O3，ClO2對試驗水樣1，2進行處理，并對20 min之后水樣中的氰化物濃度進行檢測，以研究不同濃度的處理效率。

3 試驗結果分析

3.1 試驗結果分析方法

本次試驗過程中，對試驗水樣中的氰化物濃度進行檢測時，采取的是頂空取樣氣相色譜法。其中，檢測溫度與柱箱溫度分別為150℃，90℃；紙速為4 mm/min，高阻為106Ω，脈沖為100μs，高純度氮的流動速度為60 mL/min，而最低檢出濃度在0.5～0.8 μg/L。氰化物去除率的計算公式為：

其中，E代表氰化物去除率；A0代表處理之前水樣中的氰化物濃度；A1代表處理之后水樣中剩余的氰化物濃度。

3.2 試驗結果討論

（1）試驗第一步的結果分析，即固定濃度氧化劑對污水中氰化物的去除效果分析：當氧化劑的濃度固定時，反應時間為自變量，氰化物去除率為因變量，結果如圖l所示。

由圖1可知：第一，利用25.0μmol/L的O3對試驗水樣2進行處理的過程中，反應后的3 min，E值為90.3%；在10 min后，E值為93.8%，污水中剩余氰化物的質量濃度為0.014 mg/L；在此之后，反應時間增加，而E值保持不變。由此可知，O3在處理污水中氰化物時，主要分為兩個作用階段，具體作用情況見公式2和3。

（2）利用9.6μmol/L的ClO2對試驗水樣2進行處理的過程中，當反應時間進行到了30min之后，E值仍然僅有34.5%，故而ClO2這一氧化劑在處理污水中的氰化物時效率較低，不適用于對氰化物污染的水源進行處理。

（3）利用25.6μmol/L的Cl2，對試驗水樣2進行處理的過程中，反應時間為3 min時，E值為97.7%；在反應時間10 min時，E值達到了99.2%，此時水樣中剩余氰化物的質量濃度僅為0.002 mg/L。由此可知，Cl2對污水中氰化物的去除效率比較快，可以在較短的時間內，將污水中的氰化物質量濃度降低，直至滿足標準。同時，Cl2的氧化過程也是分階段進行的，具體情況詳見式（4）和式（5）。

站在氧化劑自身的物理化學性質的角度進行分析，結合圖1，可以得知，當污染水的pH為中性時，Cl2和O3對氰化物的去除效率是相接近的，均比較高，這便證明二者的標準電極點位比較接近。而在本次試驗中，試驗結果卻表現(xiàn)為O3對氰化物的去除效率，明顯低于Cl2，導致這一現(xiàn)象的部分原因，可能是因為相對于Cl2而言，O3在水中的溶解度較低，并且穩(wěn)定性也比較差，因而在短時間內，O3氧化氰化物的效率要低于Cl2。

分析第二步試驗的結果，即不同濃度的氧化劑，對污水中氰化物去除率的影響，結果如圖2所示。

由公式5可知，Cl2可以對氰化物進行完全氧化時的摩爾比是3：1，即n （Cl2）：n（CN-）=3：1。當采用25.6μmol/L的Cl2分別對試驗水樣1和2進行處理時，在反應的20 min后，E值分別為98 .7%與99.3%，而摩爾比分別為3.1與3.0，試驗水樣中的氰化物大部分得到了氧化。

而利用臭氧對試驗水樣1進行處理時，當臭氧的濃度處在12.0-37.0μmol/L時，E值由47.3%不斷升高，最終達到了86.2%。由此可知，氧化劑在這一濃度范圍內，氰化物的氧化效率比較快；當臭氧的濃度處在37.0-50.5μmol/L時，E值的增加速度比較緩慢，但也在增加；而當臭氧得到濃度達到50.5μmol/L以上時，E值達到了91.7%。而利用臭氧對試驗水樣2進行處理時，當臭氧的濃度處在12.0-37.0μmol/L時，E值由75.5%不斷升高，最終達到93.1%。由此可知，氧化劑在這一濃度范圍內，氰化物的氧化效率比較快，且與養(yǎng)護劑濃度呈正比例關系；當臭氧的投加濃度高于25.0μmol/L時，E值的增長速度比較緩慢，而當臭氧濃度達到37.6μmol/L時，E值達到了94.5%；當臭氧濃度達到50.0μmol/L時，E值達到T96.3%。

在臭氧對試驗水樣中的氰化物進行氧化時，水樣2的氰化物去除率要高于水樣1。這是因為：（1）水樣1是由城市用水配置而成的，其中含有很多還原性物質，會在一定程度上消耗水樣中O3的含量，進而使得其氰化物氧化率較低，在還原性物質消耗沒之后，氰化物的氧化率才會上升。（2）城市用水中，可能含有可以和游離氰出現(xiàn)反應的金屬離子，其在反應后會出現(xiàn)金屬氰絡合物，進而對O3的氧化效率產(chǎn)生影響。

4 實驗結果

結論1：Cl2是污水中氰化物去除率最高的氧化劑，可以用在氰化物水污染的應急處理當中；O2和Cl2的氰化物去除率比較接近，但由于臭氧的穩(wěn)定性與溶解度均比較差，因而其氧化效率比Cl2低；ClO2的氧化效率相對較低，不適用于對氰化物污染進行處理。

結論2：在處理水樣2時，Cl2氧化劑的效率明顯高于ClO2，導致這一現(xiàn)象的原因可能是因為，ClO2氣體沒有進行相應的活化處理，導致其活性較低，在未氧化氰化物之前，便已經(jīng)逸出水樣。

結論3：在O3處在12.0-50.0μmol/L的投加濃度范圍時，濃度直接影響著氰化物的去除率，特別是在處理試驗水樣1（由城市用水與氰化物試劑配制而成）時，這是因為城市源水中存在還原性物質，會與0，發(fā)生反應，進而影響氰化物的去除率。

結論4：金屬氰絡合物具有較高的穩(wěn)定性，且現(xiàn)階段關于處理氰化物的研究成果中，主要將游離氰作為研究對象，因而，未來有必要加大對金屬氰絡合物的研究力度。

5 結語

氰化物是一種危害極大的物質，一旦在水源中泄漏，會極大地威脅人類的生命健康安全以及環(huán)境。因此，關于污水中氰化物的處理，一直是污水處理中的重中之重。本研究通過試驗的方式，對不同氧化劑以及不同投加濃度，對污水中氰化物的去除率進行了研究，通過自制試驗水樣，檢測不同反應時間內，試驗水樣中剩余氰化物的質量濃度，得出了如下結論：Cl2是污水中氰化物去除率最高的氧化劑，可以用在氰化物水污染的應急處理當中；O3和Cl2的氰化物去除率比較接近，但由于臭氧的穩(wěn)定性與溶解度均比較差，因而其氧化效率比Cl2低；ClO2的氧化效率相對較低，不適用于對氰化物污染進行處理，等。因此，在未來關于污水中氰化物的氧化處理中，應根據(jù)不同情況選擇不同的氧化劑。例如，在突發(fā)的氰化物污染的應急處理中，應首要選擇Cl2作為氧化劑。