含氰废水是废水组成中含有各种氰化物的一类废水的统称。氰基与金属的络合能力很强，因此氰根（CN-）作为强络合剂被广泛应用于氰化提金、氰化金属电镀等工艺；同时氰化物作为一种重要的化工原料广泛用于合成纤维、染料制造、合成橡胶、炼焦及有机玻璃等工业[1，2] 。氰化物毒性极强，如果不对含氰废水进行处理，将废水直接排放，将会对人类、牲畜、植物造成极大危害。因此，从生物安全和环境工程角度考虑必须对含氰废水进行处理[3,4]。将含氰废水由中、高浓度降到低浓度，处理难度小，工艺比较成熟，一般采用酸化挥发-碱吸收法、膜法、铁盐络合沉淀法等回收氰化物的方法便可将废水中的含氰量降至20mg/L 以下[5,6]。含氰废水治理的难点在于处理低浓度含氰废水使之达到排放要求。本课题所处理的废水中氰含量为150mg/L，属于中低浓度含氰废水，针对活性炭催化氧化法与臭氧法各自的缺点[7-9]，本课题在上述2 种方法基础上取长补短，提出使用活性炭催化臭氧化技术来处理含氰废水。

1 实验部分

1.1 活性炭预处理

活性炭在使用前先用大量的蒸馏水浸泡4 h，然后将洗净的活性炭置于真空干燥箱中，于105℃下烘干后至恒重，过筛，挑选不同粒径的活性炭作为试验用活性炭。

1.2 实验装置

实验装置主要由臭氧发生器、气液固三相催化臭氧化反应器和臭氧尾气吸收装置3部分组成。三相发生器为内径50 mm、高450 mm的圆柱形玻璃反应器，顶部设置臭氧吸收装置；外层设置有冷凝水的夹层，以实现控温效果；底部设置气体分布器。

1.3 实验过程

称取一定量的处理过的活性炭放入装有1 L模拟含氰废水的反应器中，臭氧从反应器底部的多孔布气板通入，分散出气泡，带动反应器中的液体循环流动，使催化剂处于流动化状态。在一定时间间隔内取样分析。

1.4 检测方法

液相中臭氧浓度测定使用靛兰二磺酸钠(IDS)分光光度法[10]；CN-含量的检测采用吡啶-巴比妥酸比色法，pH值使用上海雷磁仪器生产的PHSJ-3F酸度计测定。

2 结果与分析

2.1 反应温度的影响

研究了不同温度对反应体系的影响，结果如图1 所示。

图1 温度对CN-去除率的影响

由图1 可知，温度较低（10~30 ℃）时，随着温度的升高，CN-去除速率呈小幅度上升趋势，说明在较低温度时，活化能对反应的影响为主导作用。温度较高（30~55 ℃）时，随着温度的升高，CN-去除率有了较大幅度的下降，说明在较高温度时，活性炭的吸附作用和臭氧的气液传质作用要强于活化能对反应的贡献。反应不适于在高温下进行，因此，活性炭催化臭氧化降解含氰废水的适宜温度为30 ℃。

2.2 活性炭粒径

考察了活性炭粒径的大小对处理效率的影响，结果如图2 所示。

图2 活性炭粒径对CN-去除率的影响

由图2 可知，在实验颗粒范围内，活性炭的粒径大小对处理效果的影响并不明显。实验所使用的3 种不同粒径的活性炭是同类型活性炭，拥有相同的比表面积，只是由于粒径不同，而具有不同的外表面积。粒径对CN-处理效果影响不大说明活性炭的外表面积对活性炭的吸附、催化作用影响很小。

2.3 臭氧投加量

通过改变臭氧发生器出口气体流量，考察了不同臭氧投加量对CN-的去除情况，结果如图3 所示。

图3 臭氧投加量对CN-去除率的影响

由图3 可知，随着臭氧投加量的增加，CN-去除率有较大程度的增长。随着臭氧流量的增加，使参与反应的臭氧增加；此外，随着臭氧流量的增加，气液界面的面积增大，从而增强了传质过程，及体系的流化状态，减小了气液传质过程的阻力，提高了CN-的去除率。但随着臭氧投加量的增大，CN-去除率增长变缓。这说明当臭氧流量较大时，体系的流态化效果与臭氧投加量较小时相比已经得到了极大改善，液相中反应消耗的臭氧可以得到迅速补充，这时气液传质已经不是反应的控制因素，因此，再增大臭氧流量，去除效果也不能得到很大提高。因此，臭氧适宜投加浓度为30mg/min。

2.4 活性炭投加量

活性炭加入量对CN-去除率的影响如图4 所示。

图4 活性炭加入量对CN-去除率的影响

由图4 可知，随着活性炭投加量的增加，CN-去除率逐渐增大。当活性炭投加量为2～10 g 时，其增长的程度最为明显；当活性炭投加量为14 g/L 时，CN-去除率为96.5%，是单独臭氧氧化的1.5 倍；当活性炭投加量继续增大时，增加的程度不明显，因此，适宜的活性炭投加量为14 g/L。

2.5 pH值

在活性炭催化臭氧化去除CN-过程中，pH 值对活性炭的吸附有一定影响，因此，考察了pH 值对活性炭催化臭氧化去除CN-的影响，结果如图5 所示。

图5 pH值对CN-去除率的影响

由图5 可知，pH 在4～10 范围时，CN-去除率增长程度最快；当pH=10 时，经过30 min 处理，CN-去除率为99.8%，水体中残余CN-浓度为0.3mg/L，满足了氯碱工业对水质的要求；当pH 值＞10 时，CN-去除率升高不明显，因此，选择pH=10。

3 结论

本实验考察了温度、活性炭粒径、臭氧投加量、pH 值等因素对催化臭氧化降解CN-性能的影响，得到结论如下：

（1）当温度较低时，活化能对反应的影响较大；温度较高时，臭氧传质和活性炭的吸附对反映的影响较大。反应适宜温度为30℃，高温或低温都不利于反应的进行。

（2）实验所考察的3 种粒径的活性炭对CN-降解效果基本相同，说明活性炭外表面积的大小对反应的影响很小。

（3）臭氧投加量对反应的影响显著，臭氧流量的增大可导致臭氧分子传质作用加快。当臭氧投加量较小时，气液传质是反应的控制步骤，增加臭氧流量可显著提高CN-的去除率。臭氧的适宜投加量为30mg/min。

（4）增大活性炭的投加量可显著提高反应对CN-的去除率，活性炭的量增加可以增大催化臭氧化体系的吸附、催化和传质作用，适宜的活性炭投加量为14 g/L。

（5）不同pH 值条件下，CN-去除率差别很大，碱性条件下有利于CN-的去除，较优的pH值为10。

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