海绵铁预处理香料废水实验研究
苗金廷，王拯，王军，胡方梅
（兰州交通大学 环境与市政工程学院，甘肃 兰州 730070）
[摘要]香料废水是一种高浓度、成分复杂、难生物降解的工业废水海绵铁是一种新兴的水处理材料。本实验利用海绵铁的吸附作用及电化学氧化还原作用，对香料废水进行预处理实验结果表明，海绵铁粒径选用 0.9～1.6 mm，投加量为 15 g，反应时间为 60 min，中性环境下，TOC 去除率可达 52%。
[关键词]香料废水；海绵铁；TOC
香精香料工业是为食品、日用化工品等行业加香产品配套用的重要原料，本身也是一种消费品。香料废水属于典型的难生物降解的高浓度有机废水[1]香料废水成分复杂，含有高浓度、多成分有机污染物，COD 值特别高，可达几万至几十万，并含有一些有毒有害物质和其它一些难于生物降解物质；废水色度高，可达一到几万倍；且水质波动大。目前，尚缺乏经济有效的工艺处理此类废水[2]。
海绵铁呈灰黑色，为疏松海绵状，是一种新兴的水处理材料，它是由精矿粉和氧化铁磷经过研磨磁选后经高温烧结，然后冷却冲洗破碎，再重新磁选和筛选得到的多孔性颗粒状物质，其主要成分为铁氧化物。海绵铁与传统的铁屑滤料相比，虽然组成相似，但它具有比表面积大,比表面能高，较强的电化学富集、氧化还原性能、物理吸附以及絮凝沉淀等优点[3]。目前，海绵铁主要用于处理有机印染废水、电镀废水、含磷生活污水，都有明显的效果，此外在锅炉除氧方面也得到了广泛的应用。
本实验利用海绵铁的吸附作用及电化学氧化还原作用，对香料废水进行预处理，通过测定香料废水的TOC值确定去除率，进一步探讨其最佳反应条件。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.1.1 主要仪器
ANATOC seriesⅡ总有机碳测定仪（澳大利亚SGE公司）、model-100A电子天平（美国Denver Instrument company制造）、milli-Q超纯水机（美国Millipore公司制造）、pH81-A酸度计（上海华光仪表厂）、THZ-82型恒温振荡器（上海医疗器械厂）。
1.1.2 主要试剂
盐酸、氢氧化钠（均为分析纯）。
1.2 实验方法与分析方法
1.2.1 实验方法
用量筒量取香料废水 50 mL（TOC 值为 146,773 mg/L）于250 mL 的三角烧瓶中，向溶液投加海绵铁，振荡，静置一定时间后，取上清液测定其 TOC值。改变实验条件如海绵铁粒径、废水 PH、作用时间、海绵铁投加量，通过实验探讨上述各因素对处理效果的影响。
1.2.2 分析方法
使用 ANATOC seriesⅡ总有机碳测定仪，通过测定香料废水的 TOC 值确定去除率。
2 结果与讨论
2.1 海绵铁粒径的影响
用量筒量取 5 份香料废水水样 50 mL，分别置于 250 mL的三角烧瓶中，称取粒径分别为＜0.45 mm、0.45～0.9 mm、0.9～1.6 mm、1.6～2.0 mm、2.0～2.5 mm 的海绵铁各 15 g 于三角烧瓶中，然后置于转速为 120 r/min 的恒温振荡器上振荡60 min，使废水与海绵铁充分接触，取下烧瓶静置 30 min 后，用中速滤纸过滤，滤去溶液中的杂质，取过滤液测其 TOC 含量，计算 TOC 的去除率，得到不同粒径海绵铁对水样中 TOC去除率的影响，实验结果如图 1 所示。
由图1可知，当粒径为0.45～0.9 mm时去除效果最好，达到66.3%，粒径为2.0～2.5 mm去除效果最差。故理论上可选的粒径范围为：＜0.45，0.45～0.9，0.9～1.6，1.6～2.0 mm，但实际生产过程中粒径不能太小，否则运行中水头损失较大，且易结块，产生沟流现象，长时间运行会影响出水效果。故海绵铁粒径选在0.9～1.6 mm最佳，这样，可保证去除率达到或接近50%。
2.2 pH 的影响
用量筒量取 5 份香料废水水样 50 mL，调节 PH 分别为 5，8，9，11，13 分别置于 250 mL 的三角烧瓶中，称取粒径为 0.9～1.6 mm 的海绵铁各 15 g 放入三角烧瓶中，然后置于转速为 120r/min 的恒温振荡器上分别振荡 60 min，取过滤液测其 TOC，计算去除率，从而得到不同 PH 下 TOC 的去除率，实验结果如图 2 所示。
由图2可知，在酸性和中性条件下，TOC的去除率较高。但PH太小会使海绵铁的消耗量增加，从而增加处理成本；而且海绵铁与酸反应生成大量的Fe2+使出水颜色成铁褐色，引起后续处理问题[4]。因此，中性条件为反应最适pH范围。
2.3 作用时间的影响
用量筒量取 5 份香料废水水样 50 mL，分别置于 250 mL的三角烧瓶中，称取粒径为 0.9～1.6 mm 的海绵铁各 15 g 放入三角烧瓶中，然后置于转速为 120 r/min 的恒温振荡器上分别振荡 30，40，60，80，120 min，取过滤液测其 TOC，计算去除率，得到不同反应时间 TOC 的去除率，实验结果如图 3。
由图3可知，随着时间的延续，TOC的去除率在不断增加，30 min去除率达40.7%。这是因为随着海绵铁和废水接触时间的延长，溶液中的各种反应进行的更充分，提高了去除率。但60min后随着反应的进行，去除率增加缓慢，考虑到在实际运行中，运行费用及处理效果等因素，故最佳反应时间为60 min。
2.4 海绵铁投加量的影响
用量筒量取 5 份香料废水水样 50 mL，分别置于 250 mL 的三角烧瓶中，分别称取粒径为 0.9～1.6 mm 的海绵铁 5 g，10 g，15 g，25 g，30 g 放入三角烧瓶中，然后置于转速为 120 r/min的恒温振荡器上振荡 60 min，取过滤液测其 TOC，计算去除率，得到不同投加量下 TOC 的去除率，实验结果如图 4 所示。
由图4可知，随着海绵铁投加量的增加,去除率明显提高.当加入15 g海绵铁时去除率即可达到52%以上。这主要是由于海绵铁投加量的增加使原电池数增加，电极反应的两也增加，电化学反应、絮凝作用加强。另外，海绵铁投加量的增加使集中吸附剂的量增加，提高了去除率，考虑到经济因素，选择15 g为
最佳。
3 结论
（1）海绵铁粒径越小比表面积越大，TOC去除效果越好，但粒径过小，在应用中水头损失较大，故海绵铁粒径一般选用0.9～1.6 mm；（2）pH对TOC去除率的影响不大，在处理中可以不考虑pH值的影响，但原则上应在中性条件下最佳；（3）随着反应时间的延长，去除率不断增加，但海绵铁和废水的最适宜反应时间为60 min；（4）随着海绵铁用量的增加，去除率明显提高，但要兼顾经济性，选用适当的投加量。
参考文献
[1]杨琦．湿式氧化处理香料废水[J]．给水排水，1998，24(11)135-137．
[2]刘向，崔浩然．日用化工废水处理工程实例[M]．北京：中国环境科学出版社，2000：323-358．
[3]丁磊，王萍．海绵铁在水处理中的研究现状及存在问题[J]．中国给水排水，2004，20(3)30-32．
[4]刘振宁，王井栋．微电解法处理表面活性剂的研究[J]．环境工程，1998，16(3):24-27． |
