ORP在采选矿废水处理的应用

[摘要]针对采选矿废水处理中，通常采用的以进出水COD值作为药剂投加控制依据的时间滞后性问题，引入反应过程的ORP值作为辅助控制参数，研究发现，反应系统ORP值与出水COD值呈现近似相关性，ORP值越高，出水COD值越低。工业生产中，设置ORP值≥300mV，可以保证出水COD值稳定低于60mg/L，实现了废水处理的全过程控制。

[关键词]COD；ORP；采选矿废水；过程控制参数

采选矿废水中，化学需氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)是常见的污染物之一，其主要来源于选矿过程中投加的选矿药剂，如黄药、煤油、2#油、硫化钠等，废水处理过程中，需经过一定工艺进行处理，将COD有效降解至排放限值以下，防止对周边水体环境造成污染。行业内常规的废水处理方法有混凝法、化学法，混凝法处理工艺简单，能沉降部分易处理COD物质。[1]但是对于高COD采选矿废水，其COD组成成分复杂，处理难度较大，化学法是最为有效的处理工艺，其具有反应彻底、效率高等特点。[2]某矿山采选矿废水，具有COD浓度高、波动大，水量波动大的特点，采用化学法进行废水处理，能够保证外排水COD稳定达标。并且，该化学法处理工艺中，拥有一套药剂自动投加的设施设备，以进出水水质水量来控制药剂投加。但以进出水水质作为控制点，具有时间上的滞后性，缺少对反应系统的过程监控，为解决该问题，加强系统抗波动能力，基于前期大量的实验研究，引入表征体系综合氧化还原能力的ORP值，作为过程监测参数，辅助原有药剂自动投加系统，实现药剂的精准投加。

1ORP原理及测量方法

氧化还原电位(Oxidation-ReductionPotential，ORP)反应了一个体系的综合氧化还原能力。[3]微观上来讲，在某一体系中，任何一种物质都有其独特的氧化还原能力，氧化还原能力不同的物质之间，能发生氧化还原反应，反应的实质是电子在不同物质之间的转移。其中，接收电子能力强的物质，其氧化性强，就称其为氧化剂；给出电子能力强的物质，其还原性强，就称其为还原剂。衡量两个物质之间接受电子能力的大小，可以通过测量ORP对构成的电极与参比电极的电位差来判断。一般来说，规定标准氢电极(NormalHydrogenElectrode,NHE)的电位为零，氧化还原电对组成的电极与标准氢电极之间会形成电位差值，该差值就是ORP值。测定ORP值需要一种既可以实现电子转移又不参与反应的物质，铂和金等惰性金属因其可以经受住化学冲击的性质，通常用作电位的测量。具体的测量原理为：将铂电极或者金电极插入到待测溶液中，溶液和电极表面就会发生电子转移，当达到平衡时的电位相对于氢标准电极的电位的电位差即为ORP值。[4]

2基础研究结果

氧化还原电位如式(1)所示。式(1)其中，E为氧化还原电位；电对的条件电极电位；R为气体常数，8.314J/K•mol；T为K表示的绝对温度；F为法拉第常数，9.649×104c/mol；n为参与反应的电子数；α[Ox]为氧化态活度；α[Ox]为还原态活度。[5]如式(1)所示，电对的条件电极电位，其与电子的本性、温度、离子强度、酸度及副反应情况有关。[6]基础研究过程中，以该采选矿废水为对象配制模拟废水，发现在单因素分析中，Fe3+、Fe2+、S2、COD、pH值均会对ORP值造成影响，但是在复杂的氧化体系中，同时存在多种影响因素，添加氧化剂之后，变成以氧化剂为主要表现形式的氧化体系，氧化剂用量、ORP值、出水COD值存在相关性。在工业生产中，进行反应系统ORP值与出水COD值对应关系的工业试验，废水处理流程及监测点如图1所示。通过便携式ORP电极，定时检测反应系统ORP值，与出水COD值进行对比，其对应关系如图2所示。如图2所示，反应系统ORP值与出水COD值呈现近似相关性，ORP值越高，出水COD值越低。ORP值越高，表示反应系统内投加的氧化剂越足量，对COD污染物降解越充分，出水COD值越低。当ORP值大于290mV时，其出水COD值均低于60mg/L；当ORP值小于290mV时，其出水COD值出现部分超标情况。

3工业应用效果

根据工业试验结果，反应系统ORP值大于290mV时，其出水COD值均低于60mg/L。尝试将其结果应用于工业生产，在反应池内安装在线ORP计，持续监测反应池的ORP值，并将该值作为辅助控制参数，用于控制工业生产的氧化剂投加。设置ORP的最小值为300mV，该控制条件下的出水情况如图3所示。图3工业生产ORP值与COD值对应关系Fig.3RelationshipbetweenORPandCODinproduction如图3所示，工业生产过程中，以ORP值≥300mV作为控制参数，可以保证出水COD值稳定低于排放标准的60mg/L。引入ORP值作为整个废水COD处理过程的过程控制参数，可以解决常规以出水COD值作为操作依据的时间滞后性问题，控制点提前，降低了外排水污染物超标风险，同时可一定程度上节省药剂用量，兼顾了技术可行性及经济可行性。

4总结与展望

氧化还原电位反应的是整个体系的综合氧化还原能力，在采选矿废水的COD处理过程中，存在多种影响氧化还原电位的因子，添加氧化剂之后，变成以氧化剂为主要表现形式的氧化体系，氧化剂用量、ORP值、出水COD值存在相关性。针对传统以进出水COD值作为药剂投加控制依据的时间滞后性问题，引入反应过程ORP值作为辅助控制参数，进行废水处理全过程控制，在工业生产中，控制ORP值≥300mV，可以保证出水COD值稳定低于60mg/L。该控制方法，可以推广至其他废水处理及其他污染物处理过程中，但因不同废水性质不同，水中各成份具有差异，需对特定的废水进行系统实验，对应用情况进行经验数据分析总结，得出特定应用方法、具体控制值。

参考文献

[1]卢绿荣，陈建华，张一兵．金属选矿废水处理现状及循环利用[J]．现代矿业，2018，2(2)：100-102．

[2]徐劲．有机浮选药剂物化净化特性研究[D]．广州：广东工业大学，2005．

[3]张祥汉，吴孟李，张琪雨，等．top-down法与bottom-up法评定黑臭水体氧化还原电位测量不确定度的比较研究[J]．广东化工，2018，45(14)：265-267．

[4]贺明宇．以氧化还原电位控制Fenton反应处理模拟苯酚废水[D]．西安：西安建筑科技大学，2010．

[5]邬奇，张荣福，罗玮，等．基于ORP原理的COD自动检测装置的设计[J]．电子科技，2017，30(1)：168-172．

[6]孙剑辉，孙胜鹏，王慧亮，等．Fenton氧化技术处理难降解工业有机废水研究进展[J]．工业水处理，2006，26(12)：9-13．

作者:周杰 黄海 高宝钗 祁超 吴财松 单位:1.赛恩斯环保股份有限公司 2.江西铜业股份有限公司