水基切削廢液處理研究

靳航標(biāo)，周洋易，董艷玲，魏夢妍，劉延湘

（江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430056）

水基切削廢液是機(jī)械加工企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種高濃度、乳化嚴(yán)重的環(huán)境廢液［1－2］。目前切削廢液的處理方法主要有物理處理法、化學(xué)處理法、生物處理法等，如膜分離技術(shù)、氣浮法、吸附法、電解法、微電解法、絮凝沉淀法［3－9］。

武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)是華中地區(qū)最大的先進(jìn)制造業(yè)基地，每年大約使用切削液約2 000～5 000桶（一桶220L），產(chǎn)生廢液約5 000m3，但是大部分企業(yè)未對切削廢液進(jìn)行集中收集處理、回用，而是直接排入城市管網(wǎng)，對環(huán)境造成危害，因此尋求一套技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上可行的切削廢液處理工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

鐵碳微電解法因?yàn)楣に嚭唵慰尚?、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、效果好，廣泛用于處理一些色度大、難降解的廢水［10］。在實(shí)際應(yīng)用中，常利用刨花或廢棄的鐵屑、粉煤灰、黑炭粉等中的有效組分及其多孔特性，促進(jìn)污染物的去除，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益［11－15］。

針對武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)某汽車配件加工企業(yè)切削廢液的特點(diǎn)，作者在此采用鐵碳微電解／膜過濾工藝對切削廢液進(jìn)行處理，并考察了相關(guān)因素對處理效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

水基切削廢液：取自武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)某汽車配件加工企業(yè)，初始廢液呈乳白狀，含油量約為6%，pH值為8.8，COD為14 057mg·L－1。

石油醚；鐵粉；粒狀、粉狀活性炭。

CM－02型COD快速測量儀，北京中儀遠(yuǎn)大有限公司。

1.2 方法

處理工藝流程如下：廢液→酸化破乳→石油醚萃取→微電解處理→膜過濾。

具體步驟：取100mL待處理廢液于燒杯中，加入2 mol·L－1的稀硫酸溶液調(diào)節(jié)廢液的pH值進(jìn)行破乳，然后加10mL石油醚進(jìn)行萃取分離油分，再加入一定量混合均勻的鐵、碳，向反應(yīng)器底部通入空氣進(jìn)行混合攪拌，反應(yīng)一段時(shí)間后，靜置過濾，取濾液測其COD值。

以COD值為考察水質(zhì)的有效指標(biāo)，探討攪拌方式、反應(yīng)時(shí)間、pH值、鐵碳投加量、鐵碳質(zhì)量比等因素對處理效果的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 攪拌方式、活性炭性狀對COD去除率的影響（表1）

由表1可以看出：曝氣攪拌方式相比機(jī)械攪拌方式對COD去除率的提高較為有利。這是因?yàn)?，對溶液進(jìn)行曝氣，通過空氣在溶液中的攪拌、振蕩作用可以加速鐵碳表面的更新和相互接觸，有利于電極反應(yīng)，而且空氣中的氧氣擴(kuò)散溶解到水中，促進(jìn)了陽極反應(yīng)，所以，提高了COD去除率［12］。活性炭粉／鐵粉對COD的去除率要高出活性炭粒／鐵粉20%左右，這是因?yàn)椋钚蕴糠墼诜磻?yīng)過程中與廢水接觸的表面積比碳粒要大得多，所以反應(yīng)更充分，處理效果更好，但相比于活性炭粉，活性炭粒在反應(yīng)結(jié)束后更容易回收，更便于再次利用。因此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇活性炭粒／鐵粉、曝氣攪拌方式處理切削廢液。

表1 攪拌方式、活性炭性狀對COD去除率的影響Tab.1 Effects of stirring mode and activated carbon character on COD removal rate

2.2 反應(yīng)時(shí)間對COD去除率的影響

固定鐵碳投加量為0.12g·mL－1、鐵碳質(zhì)量比為1∶1、pH值為1.0，考察反應(yīng)時(shí)間對COD去除率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 反應(yīng)時(shí)間對COD去除率的影響Fig.1 Effect of reaction time on COD removal rate

由圖1可以看出：反應(yīng)前期，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，COD去除率明顯升高；反應(yīng)60min時(shí)，COD去除率相對較高，隨后基本保持穩(wěn)定。根據(jù)微電解原理，反應(yīng)時(shí)間越長，微電解作用、吸附作用進(jìn)行得越徹底，有機(jī)污染物的去除率也越高；但反應(yīng)時(shí)間過長，會使鐵溶出消耗，體系中Fe2＋大量增加而影響色度，增加后續(xù)處理成本［14］。因此，選擇反應(yīng)時(shí)間為60min。

2.3 pH值對COD去除率的影響

固定鐵碳投加量為0.12g·mL－1、鐵碳質(zhì)量比為1∶1、反應(yīng)時(shí)間為60min，考察pH值對COD去除率的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出：pH值對COD去除率的影響較大，當(dāng)pH值從1.0增大到6.0時(shí)，COD去除率顯著下降。這是因?yàn)?，在酸性條件下，由于溶液中存在大量的H＋，加快了微電池的形成和反應(yīng)速度，促進(jìn)了對有機(jī)物的降解，COD去除率相應(yīng)較高。因此，選擇pH值為1.0。

圖2 pH值對COD去除率的影響Fig.2 Effect of pH value on COD removal rate

2.4 鐵碳投加量對COD去除率的影響

固定鐵碳質(zhì)量比為1∶1、pH值為1.0、反應(yīng)時(shí)間為60min，考察鐵碳投加量對COD去除率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 鐵碳投加量對COD去除率的影響Fig.3 Effect of iron－carbon dosage on COD removal rate

由圖3可以看出：COD去除率隨鐵碳投加量的增加而升高。這是因?yàn)?，鐵碳投加量越大，廢水中形成的微電解電池越多，有利于去除有機(jī)物；當(dāng)鐵碳投加量達(dá)到0.12g·mL－1后，COD去除率略有下降。從處理效果和經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇鐵碳投加量為0.12g·mL－1。

2.5 鐵碳質(zhì)量比對COD去除率的影響

在常溫下，將廢液的pH值調(diào)至1.0，改變鐵碳質(zhì)量比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2，曝氣反應(yīng)60min，COD去除率隨鐵碳質(zhì)量比的變化如圖4所示。

由圖4可以看出：當(dāng)鐵碳質(zhì)量比大于1∶1時(shí)，COD去除率隨鐵碳質(zhì)量比的增大而降低；當(dāng)鐵碳質(zhì)量比為1∶1時(shí)，COD去除率達(dá)到最高；當(dāng)鐵碳質(zhì)量比小于1∶1時(shí)，COD去除率隨鐵碳質(zhì)量比的增大而升高。根據(jù)鐵碳微電解原理，當(dāng)鐵碳質(zhì)量比較大或較小時(shí)，均不能形成足夠多的微電池，導(dǎo)致COD去除率下降［10，15］。因此，選擇鐵碳質(zhì)量比為1∶1。

2.6 鐵碳的回用情況

在最佳處理?xiàng)l件（曝氣攪拌、反應(yīng)時(shí)間60min、pH值1.0、鐵碳投加量0.12g·mL－1、鐵碳質(zhì)量比1∶1）下進(jìn)行鐵碳回用實(shí)驗(yàn)，COD去除率隨鐵碳回用次數(shù)的變化如圖5所示。

圖4 鐵碳質(zhì)量比對COD去除率的影響Fig.4 Effect of mass ratio of iron－carbon on COD removal rate

圖5 鐵碳回用次數(shù)對COD去除率的影響Fig.5 Effect of reusing times of iron－carbon on COD removal rate

由圖5可以看出：鐵碳回用5次時(shí)的COD去除率與前幾次相比變化不大，說明鐵碳可以繼續(xù)重復(fù)使用；但隨著回用次數(shù)的增加，COD去除率有下降趨勢，其原因可能是每次實(shí)驗(yàn)時(shí)廢液中的H＋會消耗掉一定量的鐵，且每次實(shí)驗(yàn)后過濾都會損失一部分鐵碳，因而下次處理時(shí)的鐵碳量較上一次會有所減少，而且鐵碳的質(zhì)量比也會發(fā)生變化，導(dǎo)致形成的微電解電池?cái)?shù)量減少，從而影響處理效果。

3 結(jié)論

采用鐵碳微電解法處理水基切削廢液，通過控制變量法確定最佳處理?xiàng)l件為：曝氣攪拌、反應(yīng)時(shí)間60 min、pH值1.0、鐵碳投加量0.12g·mL－1、鐵碳質(zhì)量比1∶1，在此條件下COD去除率達(dá)80%。該方法處理效果好，且鐵碳可多次回用，對實(shí)際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

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