改性磁性材料处理餐饮废水的研究

改性磁性材料处理餐饮废水的研究*张凤娥1魏经逵谢琦龙正海（江苏工业学院环境与安全工程学院，江苏常州213164）摘要研究了改性前后磁性材料对餐饮废水中COD和动植物油的吸附性能。结果表明，改性后磁性材料吸附性能加强；处理餐饮废水的最佳条件为：pH为4.5，吸附时间为15min，振荡强度为180r/min，改性后磁性材料投加量为15g/L；温度对吸附性能影响不大；常温（25℃）下，改性磁性材料对实际餐饮废水进行处理，动植物油和COD的去除率分别达到78.4%、75.7%以上。关键词磁性材料改性吸附餐饮废水TreatmentoftherestaurantwastewaterbymodifiedmagnetitematerialsmethodZhangFeng’e，WeiJingkui，XieQi，LongZhenghai.(SchoolofEnvironmental＆SafetyEngineering,JiangsuPolytechnicUniversity,ChangzhouJiangsu213164)Abstract:TheadsorptionpropertiesofmodifiedmagnetitematerialsforCODandoilfromrestaurantwastewaterwerestudiedonthispaper.Theresultsshowedthattheadsorptionpropertiesofmodifiedmagnetitematerialsgreatlyenhancedthanbefore,thebestrestaurantwastewatertreatmentconditionswereasfollows:pHof4.5,adsorptiontimeof15min,oscillationintensityof180r/min,adsorbentdosageof15g/L.Theeffectoftemperaturewaslittleontheadsorptionproperty.TheremovalrateoftheoilandCODreachedmorethan78.4%and76.0%，respectively.Keywords:magneticmaterials;modifying;adsorbent;restaurantwastewater吸附法是去除水中有机或无机污染物的一种较为常用且有效的方法。目前，应用较多的吸附剂有活性炭、粘土、硅胶、沸石、壳质类等[1]。氧化铁是最常见的一类矿物,因其具有较高的表面电位和较大的比表面积，故常应用它形成的内电解来处理各类废水。利用铁的氧化物或氢氧化物去除水中重金属离子或有机污染物已有大量研究报道[2]。餐饮废水的成分复杂，有机物含量高，主要有食物纤维、淀粉、脂肪、动植物油脂、各类佐料、洗涤剂和蛋白质等。对餐饮废水的处理主要是对其中的油和COD的去除。笔者利用改性后的磁性材料作为吸附材料对餐饮废水中的COD和油的去除性能进行了研究。1实验部分1.1试验材料试验吸附材料：利用天然磁铁矿研磨粉末代替四氧化三铁进一步降低材料成本。磁铁矿原料中含有部分杂质，用磁选管分离提纯，清洗烘干后放入行星式球磨机中磨成粉末，期间经常取出细组分，以免磨得太细，造成团聚。根据斯托克斯原理不第一作者：张凤娥，女，1964年生，硕士，主要从事建筑给水排水教学和研究工作。*江苏省高校自然基金资助项目（No.04KJB610031）。同粒径的微粒的自由沉降速度不同，磨好的磁铁矿粉过200目筛，水析法筛选出其中粒径小于30μm的部分。自制进行表面改性，制备好的改性磁粉与水混匀后，用一块永磁铁就可以实现快速分离，显示出较好的磁分离性能。试验模拟乳化油废水[3]：由于餐饮废水的特性不够稳定，试验中采用制备的模拟乳化油废水进行研究。取1.5L自来水于玻璃瓶中，加入1.75g油品与表面活性剂的混合物（二者的质量比为5:1）机械搅拌1.5h，静置2d，抽取底层饱和乳化油废水，自制人工废水进行实验，COD在1000mg/L左右。1.2实验试剂FeCl3·6H2O、NaOH、盐酸均为分析纯。1.3实验仪器PHB-9901型pH计；5B-6型COD速测仪；F2000-Ⅱ红外测油仪；D-8401型多功能搅拌器；THZ-C型恒温振荡器；XCGS磁选管。1.4实验方法磁性吸附材料处理餐饮废水的性能实验：在250mL锥形瓶中加入100mL模拟废水，用稀盐酸或稀氢氧化钠溶液调节pH至一定值，投加改性的吸附材料，放入恒温振荡器内振荡一段时间，取出后进行磁分离，分别测定上清液中的油与COD。由于餐饮废水中的油和COD的含量成正相关性，故前期实验只测了废水的COD含量。动植物油含量的测定[4]：将50mL水样移至分液漏斗中，加盐酸酸化至pH＜2，用20mL四氯化碳洗涤取样烧杯后移入分液漏斗中，加入约1g氯化钠，充分振荡2min，并经常开启活塞排气。静置分层后，将萃取液流入100mL具塞锥形瓶中。用20mL四氯化碳重复萃取一次，往锥形瓶中加无水硫酸钠，至不再结块为止，盖好塞子静置0.5h。另在玻璃漏斗颈部衬垫5mm脱脂棉（经四氯化碳清洗），脱水萃取液经此过滤于50mL容量瓶中，并用少量四氯化碳清洗锥形瓶和漏斗，并入容量瓶，加四氯化碳稀释至标线定容，并摇匀。用4cm比色皿，以四氯化碳为参比，红外测油仪测定直接读出动植物油含量。2结果与讨论2.1pH对COD去除率的影响在材料投加量2g/L、COD为1227mg/L、体积100mL、温度25℃、转速180r/min、反应时间1h的条件下，不同pH下测试COD的去除率，结果见图1。从图1可见，两种吸附材料对COD去除率均随pH的增加先逐渐增加，然后又迅速减小。当pH增加到4.5、5.0时，COD去除率分别达到最大值，随后开始大幅度下降，当pH=8.5左右时，COD去除率已经非常低。说明酸性条件更有利于吸附，碱性条件不利于吸附反应的进行。这是因为由于溶液中的油滴吸附了表面活性剂而带负电，磁粉颗粒带正电，两者间存在静电引力[5]，而溶液的pH会影响吸附剂和吸附质的存在形式和带电状况，吸附材料、吸附质不同，其适宜吸附的pH范围也不同。pH图1pH对COD去除率的影响2.2反应时间对COD去除率的影响在COD为1188mg/L、pH为4.5～5.0、其他同上的条件下，不同反应时间测试COD去除率的结果见图2。反应时间/min图2反应时间与COD去除率的关系从图2可见，两种吸附材料对COD的吸附速率很快，吸附前15min吸附量迅速上升，15min后变化趋势已经很缓慢，20min后吸附量基本保持不变，达到平衡。快速吸附表明油脂分子在吸附剂表面的快速扩散和络合，这与所制备吸附材料的粒度直接相关，由于其粒径都很小，在水中分散度高，固液接触面积大，有利于油脂分子向吸附剂表面活性位点的扩散，而且材料粒度小，吸附几乎只发生在吸附剂的COD去除率/%COD去除率/%外表面，没有更多的内扩散过程，吸附速率主要由溶液中油脂的扩散速率决定，因此表现出较快的吸附速率，这对提高餐饮废水的处理工艺效率非常有利。2.3振速对去除率的影响在COD为1095mg/L、其他同上的条件下，只改变振速，结果见图3。较快的振动速度有利于增加吸附剂和吸附质之间的相对速度，会使液膜变薄，可提高外部扩散速度，缩短吸附时间，但从图3可见，当振速大于180r/min后，处理效果提高得已不太明显，甚至还会有所降低，可能是水的剪切力太大，使那部分依靠物理作用吸附的不是很牢固的油脂脱落下来，因此采用180r/min作为实验条件。振速/(r·min-1)图3振速与COD去除率的关系2.4吸附剂投加量对COD去除率的影响在COD为1094mg/L、反应时间20min、其他同上的条件下，只改变吸附剂投加量，结果见图4。投加量/(g·L-1)图4吸附剂投加量与COD去除率的关系从图4可见，吸附剂投加量在15g/L时就可达到较好的处理效果，继续投加对处理效果没有太大的影响，因此吸附材料的投加量以15g/L作为实验条件。2.5温度对COD去除率的影响在COD为1006mg/L、反应时间20min、其他同上的条件下，只改变反应温度，结果见图5。随着温度的升高COD去除率逐渐减小，说明油脂在材料上的吸附是放热反应，低温有利于吸附，而高温不利于吸附的进行，不过在15～45℃时，处理效果下降去除率/%COD去除率/%COD去除率/%的还不是很明显，餐饮废水的温度一般不会超出45℃，可以取得较好的处理效果。反应温度/℃图5反应温度与COD去除率的关系2.7实际餐饮废水油和COD的去除研究通过以上研究得出处理的最佳反映条件，取食堂实际餐饮废水进行试验，处理见表2。表2实际餐饮废水的内电解处理效果编号项目进水出水去除率/%1pH7.227.23动植物油/（mg·L－1）1942985.1COD/（mg·L－1）127020483.92pH7.227.28动植物油/（mg·L－1）1944278.4COD/（mg·L－1）127030875.73pH6.665.64动植物油/（mg·L－1）1653380.0COD/（mg·L－1）106724676.93结论（1）改性的磁性材料处理餐饮废水的最佳条件为：pH为4.5，反应时间为15min，振速为180r/min，吸附剂投加量为15g/L。温度因素对处理效果影响不大。（2）在常温（25℃）下，改性磁性材料对实际餐饮废水进行处理，COD和动植物油的去除率取得了较好的处理效果。参考文献：[1]刘晓明，杨翠英，宋吉勇.用活性炭为吸附剂处理含Cr(Ⅵ)电镀废水探讨[J].山东科技大学学报，2005，24(2)：107-109.[2]BENJAMINMM，LECKEJO.MultiplesiteadsorptionofCd,Cu,ZnandPbonamorphousironoxyhydroxide[J].Colloid.InterfaceSci.，1981,79：209-215.[3]张凤娥，谢琦，李宏，等.内电解法处理餐饮废水的试验研究[J].中国给水排水，2007，23(13)：83-86.[4]吴珉.红外光度法测定水中油类的改进[J]．环境管理与技术，2002，14(5)：31.[5]许保玖.当代给水与废水处理原理[M].2版，北京：高等教育出版社，2000.责任编辑：黄苇（收到修改稿日期：2008-12-01）©版权所有《环境污染与防治》杂志社