納米Fe3O4強(qiáng)化混凝沉淀處理含油廢水

王靜文 王開 張文超 李殿秀

摘 要：本文采用共沉淀法制備納米Fe3O4，將其和混凝劑PAC協(xié)同處理工業(yè)含油廢水。試驗(yàn)結(jié)果表明：納米Fe3O4對PAC處理含油廢水的效果有著明顯的增強(qiáng)作用;當(dāng)廢水溫度為35 ℃，加入PAC為3.0 g/L，納米Fe3O4為2.5 g/L、pH=8.0、反應(yīng)時(shí)間為25 min時(shí)，[CODcr]去除率可達(dá)86.25%

關(guān)鍵詞：納米Fe3O4;復(fù)合混凝沉淀;含油廢水

中圖分類號(hào)：X703.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）19-0149-03

Abstract： In this paper， nano Fe3O4 was prepared by coprecipitation method， and it was combined with coagulant PAC to treat industrial oily wastewater. The results show that nano-Fe3O4 can enhance the effect of PAC on the treatment of oily wastewater. When the temperature of wastewater is 35 ℃， adding PAC is 3.0 g/L， nano-Fe3O4 is 2.5 g/L， pH = 8.0， and reaction time is 25 min， the [CODcr]removal rate can reach 86.25%.

Keywords： nano Fe3O4;composite-coagulation sedimentation;oily wastewater

含油廢水具有成分復(fù)雜、COD高、色度高、難降解、危害大等特點(diǎn)，對周圍環(huán)境和人類健康有不利影響[1]。目前處理含油廢水主要采用物理、物化、化學(xué)、生物降解等方法[2-4]。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，含油廢水種類更加復(fù)雜，處理難度增加，傳統(tǒng)的處理方法無法達(dá)到環(huán)保排放的要求，且存在處理成本高、難以規(guī)范化管理等問題。

四氧化三鐵（Fe3O4）磁性材料作為一種多功能磁性材料，具有粒徑大、比表面積大、磁性強(qiáng)、吸附性能強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)[5]。本文通過對含油廢水處理進(jìn)行試驗(yàn)研究，探討復(fù)合混凝劑對含油廢水的處理效果及影響因子，從而為含油廢水的規(guī)模化處理提供一定的理論支撐。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)廢水來自于河南省某危險(xiǎn)廢物處置中心物化儲(chǔ)存車間含油廢水混合池，其主要水質(zhì)指標(biāo)為：pH=6.80，CODcr=20 156 mg/L。

1.2 主要試劑及儀器

試驗(yàn)設(shè)備：F2-便攜式pH計(jì)、ME204-電子分析天平、UJ36A-型直流電位差計(jì)、JJ-1BA數(shù)顯恒速電動(dòng)強(qiáng)力攪拌器、電熱恒溫真空干燥箱、DL-5000B離心機(jī)、燒杯、三口燒瓶等。

試劑：FeCl3·6H2O、硫酸亞鐵銨、氨水、PAC、液堿、硫酸等，均為分析純。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 納米Fe3O4的制備。配置[c]（Fe3+）=1.0 mol/L及[c]（Fe2+）=0.5 mol/L溶液作為儲(chǔ)備液，稀氨水濃度為3 mol/L。

取一定量的Fe2+溶液于燒杯中，滴入Fe3+儲(chǔ)備液，以飽和甘汞作參比電極（負(fù)極）、鉑電極作指示電極（正極）形成原電池，用電位差計(jì)測定電動(dòng)勢，使其保持在0.447 5 V，將混合后溶液緩慢加入到劇烈攪拌的一定量的稀氨水溶液中，立即出現(xiàn)黑色沉淀，沉淀陳化一定時(shí)間后，離心沉降且水洗多次，將黑色沉淀在120 ℃下真空干燥后即可得到納米Fe3O4[6]。

1.3.2 復(fù)合混凝劑的制備。通過試驗(yàn)，取一定量的PAC加入正在充分?jǐn)嚢璧娜苡屑{米Fe3O4磁性顆粒的燒杯中，繼續(xù)攪拌直至混合均勻，得到溶液為復(fù)合混凝劑。

1.3.3 混凝沉淀試驗(yàn)。取500 mL含油廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)廢水pH，隨后加入不同量的復(fù)合混凝劑，設(shè)定不同反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度，反應(yīng)完全后，取上清液對水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測。

1.4 分析方法

pH用F2-便攜式pH計(jì)進(jìn)行測定，[CODcr]的檢測按照《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》（GB 11914—1989）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。[CODcr]去除率的計(jì)算公式為：

[CODcr去除率=CODcr0-CODcr1CODcr0×100%] ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[CODcr0]及[CODcr1]分別為原水及上清液的[CODcr]值。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一PAC對含油廢水處理效果

取500 mL廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)pH=8.0，加入不同量PAC，充分反應(yīng)后，取上清液測定[CODcr]，結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，隨著PAC加入量增大，[CODcr]去除率不斷增大，絮團(tuán)形成速度快，沉淀效果明顯，當(dāng)PAC加入量為3.0 g/L時(shí)，[CODcr]的去除率為57.80%;當(dāng)加入量大于3.0 g/L時(shí)，[CODcr]去除效果減弱。

2.2 復(fù)合混凝劑中納米Fe3O4的投加量對處理效果的影響

調(diào)解廢水pH=8.0，設(shè)定PAC為3.0 g/L，加入不同量納米Fe3O4，進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，隨著納米Fe3O4量增加，CODcr去除率增大，當(dāng)Fe3O4投加量為2.5 g/L時(shí)，[CODcr]去除率為75.30%。原因可能為：納米Fe3O4比表面積大、磁絮凝性能強(qiáng)，與含油廢水形成磁性絮體，協(xié)同PAC混合處理生成大而實(shí)磁嵌合絮團(tuán)，故增強(qiáng)了PAC處理效果;同時(shí)，F(xiàn)e3O4納米粒子與油滴表面活性劑發(fā)生作用，使表面活性劑與油滴間結(jié)合能力減弱，破壞了穩(wěn)定性，增加了破乳能力。但是，當(dāng)加入量繼續(xù)增大時(shí)，其納米微粒之間團(tuán)聚現(xiàn)象加劇，降低其處理效果[7-8]。

對比表1和表2可以看出，納米Fe3O4有效增強(qiáng)了PAC對廢水的處理效果，當(dāng)納米Fe3O4的加入量為2.5 g/L時(shí)，與單一PAC處理相比，其CODcr去除率增幅可達(dá)20.50%。

2.3 pH對復(fù)合混凝劑處理效果的影響

設(shè)定PAC為3.0 g/L，納米Fe3O4為2.5 g/L制備復(fù)合混凝劑，調(diào)節(jié)pH，進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

當(dāng)pH在6.0～8.0時(shí)，隨著pH加大，[CODcr]去除效果明顯增大，當(dāng)pH=8.0時(shí)，[CODcr]去除率為78.90%。pH繼續(xù)增大，處理效果明顯減弱。原因可能為：在弱酸條件下，PAC水解產(chǎn)物是帶正電荷的絡(luò)合物，pH調(diào)至堿性時(shí)，PAC水解產(chǎn)物形式為AlO2-等，電荷的轉(zhuǎn)化使其電吸附性、中和能力減弱，負(fù)電荷的膠體能夠穩(wěn)定存在，表面活性劑與油滴結(jié)合能力強(qiáng)，不易分離，故處理效果減弱[9]。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對復(fù)合混凝劑處理效果的影響

設(shè)定PAC為3.0 g/L，納米Fe3O4為2.5 g/L來制備復(fù)合混凝劑，pH=8.0，設(shè)定不同反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)，其結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間增加，[CODcr]去除率呈現(xiàn)出先明顯增加后又降低的趨勢。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為25 min時(shí)，[CODcr]去除率為75.25%。原因可能為：PAC協(xié)同納米Fe3O4處理含油廢水，絮團(tuán)附著于膠體的外表面，減小了絮凝反應(yīng)有效接觸面積，影響了復(fù)合絮凝劑的反應(yīng)活性，故CODcr去除率在一定程度內(nèi)逐漸降低[10]。

2.5 反應(yīng)溫度對復(fù)合混凝劑處理效果的影響

設(shè)定PAC為3.0 g/L，納米Fe3O4為2.5 g/L來制備復(fù)合混凝劑，含油廢水pH=8.0，反應(yīng)時(shí)間為25 min，設(shè)定不同反應(yīng)溫度，進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

3 結(jié)論

①納米Fe3O4協(xié)同PAC處理含油廢水相比單一混凝劑PAC處理效果明顯增強(qiáng);②當(dāng)廢水溫度為35 ℃，加入PAC為3.0 g/L，納米Fe3O4為2.5 g/L、pH=8.0、反應(yīng)時(shí)間為25 min時(shí)，[CODcr]去除率可達(dá)86.25%。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳藝敏.組合工藝處理含油廢水研究綜述[J].寧夏工程技術(shù)，2019（3）：271-274.

[2]姚團(tuán)威.含油廢水性質(zhì)及其處理技術(shù)[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018（12）：214.

[3]楊瑞，張翻.含油廢水處理技術(shù)進(jìn)展[J].當(dāng)代化工，2018（8）：1695-1697，1701.

[4]劉忠煌.納米四氧化三鐵的制備及其對含酚廢水的處理[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[5]王恒志，吳東輝，李建華.Fe3O4超細(xì)粉體的制備[J].江蘇化工，2001（5）：28-30.

[6]周長波.PAC-生物聯(lián)合絮凝除磷效能及機(jī)理分析[D].武漢：華中科技大學(xué)，2013.

[7]姜翠玉，李亮，魏清，等.Fe3O4磁性納米粒子的助凝性能及機(jī)理分析[J].石油學(xué)報(bào)（石油加工），2013（6）：1047-1053.

[8]彭賢玉，楊春平，董君英，等.Fenton-混凝沉淀法處理焦化廢水的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006（10）：72-74，119.

[9]高寶玉，王燕，岳欽艷，等.聚合鋁基復(fù)合絮凝劑的電荷特性及絮凝作用[J].環(huán)境科學(xué)，2003（1）：103-106.

[10]李振玉，孫亞兵，徐建華，等.復(fù)合混凝法處理高濃度聚丙烯酰胺生產(chǎn)廢水[J].化工環(huán)保，2011（1）：57-60.