鐵屑過濾-吸附法預處理橡膠助劑廢水研究

高珊，周集體，張敬，冀秋燕

鐵屑過濾-吸附法預處理橡膠助劑廢水研究

高珊1，周集體2，張敬1，冀秋燕2

（1. 大連世達特環保科技有限公司，遼寧 大連 116014； 2. 大連理工大學 環境學院，遼寧 大連 116024）

為解決橡膠助劑廢水處理難度大、投資高等問題，采用鐵屑過濾-吸附再生法預處理橡膠助劑生產廢水，在進水COD為9 864 mg·L-1、鐵屑過濾停留時間6 h的條件下，活性炭及樹脂吸附后出水COD為1 000 mg·L-1左右，去除率可達90%，具備生化進水條件。由此可見，鐵屑過濾-吸附再生法預處理橡膠助劑廢水具有較好的處理效果。

橡膠助劑廢水；預處理；鐵屑過濾；活性炭吸附；樹脂吸附

橡膠工業助劑用量相對很小，但對制品加工和應用性能的改善起著舉足輕重的作用。性能優異的橡膠助劑不僅能改善加工性能，提高產品檔次，降低能耗成本，而且能夠防老化降解，延長使用壽命。

橡膠助劑生產過程中產生大量廢水，該類廢水一般是含有氮或硫的苯、萘、雜環化合物及少量小分子構成，具有鹽分高、污染物濃度高、難生化治理的特點。這些廢水既達不到直接排放標準要求，又不能滿足污水二次回用指標，造成了嚴重的資源浪費[1]。目前橡膠助劑廢水處理方式有多效蒸發器或MVR蒸發器法、萃取法、吸附法等。然而，該類廢水來源復雜、預處理難度大，導致水處理裝置運行成本居高不下，極大限制了其再生利用[2-3]。本文旨在探索一種新型橡膠助劑生產廢水預處理技術，通過鐵屑過濾+活性炭吸附+樹脂吸附結合的處理方式，使該類高濃度有機廢水達到生化進水條件。

1 試驗廢水水質及水量

試驗廢水取自4個生產車間，水質水量見表1。

表1 廢水水質水量

2 預處理工藝流程

由表1可知，該化工廢水有機物濃度較高，鹽度高，含有苯環類生物難降解物質，因此需要對廢水進行預處理，將難降解類物質分解為小分子物質，提高廢水的可生化性。本實驗采用鐵屑過濾+活性炭吸附+樹脂吸附再生的預處理方法，使廢水達到生化進水條件，降低后端生化治理難度，具體流程如圖1所示。

圖1 預處理工藝流程圖

3 工藝流程各單元反應機理

3.1 鐵屑過濾基本原理

鐵屑過濾是利用高電位碳與低電位鐵構成原電池，廢水為電解液，以電化學氧化還原為主，集絮凝、電附集、過濾等凈化方式為一體的技術方法。

3.1.1 電化學氧化還原作用

陽極：Fe-2e →Fe2+，0（Fe2+/Fe）= -0.44 V；

陰極：2H++2e→ 2[H]→H2（酸性或偏酸性溶液中），0（H+/H2）= 0 V。

在廢水處理過程中，Fe-C組成了無數微電池，可以還原破壞廢水中的芳環支鏈[4]，電極反應產物[H]和Fe2+化學活性很高，能與廢水中多種物質發生氧化還原作用，使某些難生化降解的化學物質轉化為容易生化處理的物質，提高廢水的可生化性[5]。

3.1.2 水解絮凝作用

電化學氧化還原反應產物Fe2+不穩定，易生成Fe3+，高電荷Fe3+進入膠體吸附層后，降低了ζ電位，使得膠態污染物脫穩，易于凝聚，形成以羥基架橋聯結的帶有高電荷的多核配離子，并向膠體態轉化，最終形成Fe(OH)3[6-7]，降低了污染物表面能，在電場作用下，絮體沉淀去除。

3.1.3 吸附作用

鐵屑比表面積較大，鐵離子活性較強，能夠吸附置換多種有機物及金屬離子。

3.2 活性炭吸附基本原理

活性炭內部孔結構發達，出色的吸附性能使它廣泛應用于煙氣、廢水等環境污染物治理過程，還可作為催化劑和負載催化劑、超級電容器電極、土壤修復劑以及儲氫材料[8-9]。

3.2.1 活性炭比表面積大

活性炭內部的大孔容積約為0.2～0.5 mL·g-1，表面積最高可達幾百平方米。微孔的容積約為0.25～0.9 mL·g-1，表面積約為500～1 500 m2·g-1[10]。正是這些高度發達的空隙結構，使活性炭擁有了優良的吸附性能。

3.2.2 活性炭表面化學性質

活性炭表面化學性質取決于表面的官能團，酸性含氧官能團包括羧基、內酯基和羧酸酐等；堿性含氧官能團包括酚羥基、苯醌基和醚基等[11]。含氮官能團呈堿性，包括吡咯型、吡啶型、氮氧型和季氮型等。不同種類表面官能團構成了活性炭內部空隙的主要活性位點，使活性炭表面呈現不同化學性質，酸性官能團吸附極性污染物，堿性官能團吸附極性較弱或非極性的物質。

3.3 樹脂吸附基本原理

大孔吸附樹脂是以苯乙烯和丙酸酯為單體，加入乙烯苯為交聯劑，甲苯、二甲苯為致孔劑，它們相互交聯聚合形成了多孔骨架結構，比表面積 大[12]。它的理化性質穩定，不溶于酸、堿及有機溶劑，不受無機鹽類及強離子低分子化合物的影響。

樹脂吸附作用是依靠它和被吸附的分子（吸附質）之間的范德華引力或氫鍵作用，達到分離、純化、除雜、濃縮等不同目的[13]。

4 實驗步驟

4.1 原水配制方法

將1-1#、1-2#、2-1#、2-2#廢水按2∶2∶1∶3比例配水，混合后的原水水質見表2。

表2 配制廢水原水水質

4.2 混凝實驗

原水中直接加入一定量不同種類的混凝劑，查看混凝處理效果，結果見表3。

表3 不同混凝劑的處理效果

從以上實驗中可以看出，COD脫除率較低，廢水直接混凝，效果不是很理想。

4.3 酸化實驗

取50 mL混合后原水，加入0.15 mL工業濃硫酸，調pH=7左右，廢水白色沉淀增多，過濾后溶液無色澄清，測得COD為8 961 mg·L-1。實驗可知，酸化對COD有一定去除作用。

4.4 鐵屑過濾實驗

原水2 L調節pH至2～3，沉降1 h，取上清液進行鐵屑過濾實驗，經調酸后上清液COD為 9 227 mg·L-1。

選擇有效容積為1 L的反應器，內部填充750 g的新鑄鐵，取調酸后廢水350 mL放入反應器中，出水用20%的石灰調pH為8，COD去除效果見圖2。由圖2可知，停留時間小于6 h，出水COD隨時間增加去除率逐漸增加。當停留時間為6 h，COD去除率最大，可達20%， 繼續延長鐵屑過濾停留時間，出水COD變化不大，去除率趨于穩定。

4.5 活性炭吸附實驗

選用普通冷凝管做吸附柱，有效容積141 mL。選用直徑1 mm的粒狀新活性炭，用開水煮后再用清水沖洗，去除活性炭表面雜質，將柱內填滿活性炭，填充體積約為120 mL，活性炭質量約為79 g。

圖2 鐵屑過濾COD去除效果

將鐵屑過濾出水（COD=7 687 mg·L-1）用蠕動泵打入活性炭吸附柱，控制進水流速2 mL·min-1（1 BV·h-1），收集出水并測定COD，結果如圖3所示。

圖3 活性炭吸附COD去除效果及吸附量

由圖3可知，活性炭吸附后出水在10 BV時COD達到4 000 mg·L-1，此時活性炭總吸附量為 74.8 mg·g-1。

4.6 樹脂吸附實驗

選用體積約為70 mL的反應柱，填滿60 mL樹脂，樹脂質量約為41 g。

將活性炭吸附出水（COD=5 546 mg·L-1）用蠕動泵打入樹脂吸附柱，控制進水流速1 mL·min-1（1 BV·h-1），收集出水并測定COD，結果如圖4所示。由圖4可知，樹脂接近吸附飽和時總吸附量為48.3 mg·g-1。

圖4 樹脂吸附COD去除效果及吸附量

5 結 論

廢水經調酸-鐵屑過濾-活性炭吸附-樹脂吸附處理后，出水COD約為1 000 mg·L-1，去除率達90%，出水中性，無沉淀，達到預處理效果，具備生化條件。該類橡膠助劑廢水鐵屑過濾最佳反應留時間為6 h，COD去除率為20%。該工藝適用于成分復雜、鹽度高、難降解的橡膠助劑廢水預處理。

［1］范崢，姬盼盼，黃昌猛，等.甲醇污水減壓熱泵精餾回收工藝優化研究[J].化學工程，2019，47（1）：32-36.

［2］薛娟琴，張立華，于麗花.電化學氧化法處理含鹽苯醌模擬廢水[J].環境工程學報，2019，13（3）：607-615.

［3］王旭浩，陳明功，劉靜茹，等.低溫等離子體技術凈化有機廢水研究現狀及進展[J].現代化工，2018，38（8）：23-27.

［4］方夢祥，姚鵬，岑建孟，等.活性炭吸附處理含酚廢水的研究進展[J].化工進展，2018，37（2）：744-751.

［5］王海棠. 用鐵碳微電解-Fenton試劑處理制藥廢水[J].遼寧化工，2021，50（1）：75-77.

［6］ 韓洪軍.內電解法處理印染廢水[J].化工環保，1990，10（6）：336-338．

［7］孫翠.鐵屑過濾-生化處理香蘭素廢水實驗研究[J].環境工程，2013，31（4）：160-162．

［8］王程，曹強，湯海勇.活性炭的應用研究進展[J].化學與生物工程，2019，36（1）：14-17.

［9］李栗瑩. 活性炭吸附技術在水處理中的應用[J].化工管理，2020（23）：116-117.

［10］DEMIRAL H ,DEMIRAL L ,TUMSEK F,et al.Pore structure of activated carbon prepared from hazelnut bagasse by chemical activation[J].,2008,40(3/4):616-619

［11］SAHA D,KIENBAUM M J.Role of oxygen,nitrogen and sulfur functionalities on the surface of nanoporous carbons in CO2adsorption:a critical review[J].,2019, 287:29-55.

［12］李俊虎，周珉，王喬.廢水中有機物處理用吸附材料的研究進展[J].環境保護科學，2020，46（2）：12.

［13］李珣珣，周新基，葛大偉. XDA-1大孔樹脂吸附處理含苯甲酸廢水[J].浙江化工，2019，50（2）：4：

Research on Pretreatment of Rubber Auxiliary Wastewater by Iron Dust Filtration-Adsorption Process

1,2,1,2

（1. Dalian Start Environmental Protection Technology Co., Ltd., Dalian Liaoning 116014, China;2. Dalian University of Technology, Dalian Liaoning 116024, China）

In order to solve the problems of difficulty and high investment in rubber auxiliary wastewater treatment, iron dust filtration adsorption regeneration method was used to pretreat rubber auxiliary wastewater. When the COD of influent was 9864mg·L-1, HRT was 6 h, and COD in the effluent was about 1000 mg·L-1.After adsorption by activated carbon and resin, the removal rate reached 90%, and the wastewater met the biochemical influent conditions. The results showed that the pretreatment of rubber auxiliary wastewater by iron dust filtration-adsorption regeneration process had good effect.

Rubber auxiliary wastewater; Pretreatment; Iron dust filtration; Activated carbon adsorption; Resin adsorption

2021-07-03

高珊（1985-），女，遼寧省大連市人，中級工程師，碩士研究生，2015年畢業于大連理工大學環境工程專業，研究方向：污廢水處理技術。

X703

A

1004-0935（2022）01-0008-04