木質素處理工業含鐵廢水的試驗研究

張玉希 范銘鈺 王代芝

湖北師范大學城市與環境學院 （湖北黃石 435002）

水中重金屬鐵的污染主要來自冶煉、工業電鍍和選礦等。水中Fe3+質量濃度過高容易引起水質變黃，嚴重時（Fe3+質量濃度超過1.0 mg/L）導致水發紅、發黑，散發出鐵腥味。因此，有必要對水中過量的Fe3+進行治理，以減輕或消除Fe3+造成的污染[1-2]。目前, 酸性含Fe3+廢水的處理方法主要有膜分離電解氧化法、電滲析法、氧化渦流法、曝氣絮凝法、中和曝氣后污泥循環接觸除鐵法等。

1 木質素的綜合利用

木質素是由苯基丙烷構成的芳香族高分子化合物，其儲存量在自然界中僅次于纖維素。在造紙行業的生產過程中，產生大量的纖維素以及木質素類副產物，其中纖維素能得到廣泛的回收利用，但木質素仍然以廢液的形式被排出。

近幾年木質素開始得到重視及利用，被作為添加劑與聚合物、樹脂材料、碳纖維、活性炭等共混。活性炭作為一種優良的吸附材料，可用于吸附氣相或水相中的氣體、有機物和離子等，也可作為催化劑的載體使用。目前，活性炭在化學工程與環境等方面的應用越來越廣泛，消耗量約為110萬t/a。煤是制備活性炭的主要原料，而以木質素為原料制備活性炭是近年來發展起來的新型應用領域。由木質素制備活性炭，首先將木質素在600～850℃高溫下熱解碳化制備焦油，然后將焦油活化以形成多微孔結構。近年來，在較低的溫度下采用 ZnCl2，H3PO4，KOH，NaOH，Na2CO3和K2CO3等對木質素進行化學碳化是極其有效的方式，所得活性炭的產率較高，對金屬離子和水中有機物具有良好的吸附性能[3]。本研究嘗試用木質素處理模擬工業廢水。

2 試驗過程

試驗以處理廢水為模擬工業廢水，其pH為3，Fe3+的質量濃度為5 mg/L。用木質素對廢水進行相應處理后取上清液，用鄰菲啰啉分光光度法測定廢水中的Fe3+。

2.1 試劑

鹽酸，無錫市亞盛化工有限公司；醋酸鈉、鄰菲啰啉、氫氧化鈉，西隴科學股份有限公司；硫酸鐵銨，福晨（天津）化學試劑有限公司；鹽酸羥胺，國藥集團化學試劑有限公司。以上試劑均為分析純。

2.2 Fe3+標準曲線的繪制

分別吸取 0，2，4，6，8 和 10 mL10 μg/mL 的鐵標準溶液，各加1 mL鹽酸羥胺溶液，搖勻，再加2 mL鄰菲啰啉溶液、5 mL醋酸鈉溶液，用水稀釋至刻度，搖勻。放置10 min后，在波長510 nm處，用光程20 mm的比色皿，以蒸餾水為參比測定吸光度。以吸光度為縱坐標，Fe3+質量濃度為橫坐標，繪制標準曲線。試驗結果如圖1所示。

圖1 鐵離子標準曲線

3 結果與討論

3.1 反應時間對廢水處理效果的影響

向6個250 mL燒杯中各加入100 mL廢水以及0.5 g 木質素，分別處理 10，20，30，40，50 和 60 min，然后分別取上清液進行測定，結果如圖2所示。

圖2 反應時間對廢水處理效果的影響

由圖2可以看出，處理時間在10～50 min之間時，Fe3+去除率逐步上升，在60 min時Fe3+去除率有所下降。由此可見，當處理時間為50 min時處理效果較好，Fe3+去除率達到峰值，處理時間增加，效果反而下降。因此后續以處理時間為50 min進行試驗。

3.2 木質素的用量對廢水處理效果的影響

稱 取 0.025，0.050，0.075，0.100，0.125，0.150 g木質素置于6個250 mL的燒杯中，各加入100 mL廢水，攪拌50 min后，取上清液進行測定，結果如圖3所示。

由圖3可以看出，木質素用量在0.025～0.100 g內Fe3+的去除率逐步上升，當木質素用量多于0.100 g后Fe3+的去除率趨于平緩。由此可見，當木質素用量為0.001 g/mL時Fe3+處理效果較好，但此時木質素的投加量達到飽和，繼續增加用量處理效果也不再改變。后續試驗木質素的用量均為0.001 g/mL。

3.3 廢水pH對廢水處理效果的影響

圖3 木質素的用量對廢水處理效果的影響

向6個250 mL的燒杯中各加入100 mL廢水，然后調節其 pH 分別為 2.0，3.0，4.0，5.0，6.5，7.0，8.0，各加入0.1 g木質素，攪拌50 min后，取上清液進行測定，結果如圖4所示。

圖4 廢水pH對Fe3+處理效果的影響

由圖4可以看出，在一定pH范圍內，木質素對Fe3+的去除率隨著pH的升高而上升，在pH為6.5左右時Fe3+去除率達到峰值，故處理含Fe3+廢水的適宜pH范圍為6～7。在pH較大時，溶液中雖然產生了Fe（OH）3沉淀，但其在一定pH范圍內保持水解平衡，所以Fe3+去除率隨pH的升高幾乎保持不變。因此，廢水處理的最佳pH為6～7，后續試驗廢水pH均調節在6～7之間。

3.4 廢水中Fe3+質量濃度對處理效果的影響

配制 Fe3+的質量濃度分別為 3，5，7，10，12 和 14 mg/L的廢水，并分別量取100 mL置于6個250 mL的燒杯中，調節pH后各加入0.1 g木質素，攪拌50 min，取上清液進行測定，結果如圖5所示。

圖5 廢水中Fe3+的質量濃度對處理效果的影響

由圖5可以看出：在3～5 mg/L內，木質素對Fe3+的去除率隨著Fe3+質量濃度的增加而上升；當廢水中ρ（Fe3+）=5 mg/L時去除率有明顯峰值，隨后又逐漸下降；在10～14 mg/L之間，由于Fe3+質量濃度過高，逐漸產生沉淀，所以去除率有上升趨勢。因此，在工業處理含Fe3+廢水時，建議先進行化學沉淀處理，后用木質素進行吸附處理。

4 結論

（1）廢水中Fe3+的質量濃度對木質素的吸附效果有明顯影響，ρ（Fe3+）≈5 mg/L時處理效果較好。因此，在工業處理含Fe3+廢水工藝中，建議先進化學沉淀處理，然后用木質素進行吸附處理。

（2）溶液pH對Fe3+去除率的影響不是很大，當pH=6～7時，Fe3+去除率保持在一個較佳的水平，此后pH增大，溶液中雖形成Fe(OH)3沉淀但處于水解平衡狀態，因此Fe3+去除率保持平衡。

木質素在處理含鐵廢水的試驗中表現出了良好的吸附效果，能除去廢水中大量的Fe3+。通過查閱相關資料知道，相對于常見的活性炭、沸石等吸附劑，吸附含鐵廢水中的Fe3+時木質素的使用量更少，吸附效率也更高，如果對木質素進行改性處理或將其作為載體使其方便過濾，其將在廢水處理工作中表現出更好的效果。