水基切削废液处理研究

靳航标，周洋易，董艳玲，魏梦妍，刘延湘

（江汉大学化学与环境工程学院，湖北 武汉430056）

水基切削废液是机械加工企业在生产过程中产生的一种高浓度、乳化严重的环境废液［1－2］。目前切削废液的处理方法主要有物理处理法、化学处理法、生物处理法等，如膜分离技术、气浮法、吸附法、电解法、微电解法、絮凝沉淀法［3－9］。

武汉经济技术开发区是华中地区最大的先进制造业基地，每年大约使用切削液约2 000～5 000桶（一桶220L），产生废液约5 000m3，但是大部分企业未对切削废液进行集中收集处理、回用，而是直接排入城市管网，对环境造成危害，因此寻求一套技术上合理、经济上可行的切削废液处理工艺具有重要的现实意义。

铁碳微电解法因为工艺简单可行、投资和运行费用低、效果好，广泛用于处理一些色度大、难降解的废水［10］。在实际应用中，常利用刨花或废弃的铁屑、粉煤灰、黑炭粉等中的有效组分及其多孔特性，促进污染物的去除，取得了良好的经济效益和环境效益［11－15］。

针对武汉经济技术开发区某汽车配件加工企业切削废液的特点，作者在此采用铁碳微电解／膜过滤工艺对切削废液进行处理，并考察了相关因素对处理效果的影响。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

水基切削废液：取自武汉经济技术开发区某汽车配件加工企业，初始废液呈乳白状，含油量约为6%，pH值为8.8，COD为14 057mg·L－1。

石油醚；铁粉；粒状、粉状活性炭。

CM－02型COD快速测量仪，北京中仪远大有限公司。

1.2 方法

处理工艺流程如下：废液→酸化破乳→石油醚萃取→微电解处理→膜过滤。

具体步骤：取100mL待处理废液于烧杯中，加入2 mol·L－1的稀硫酸溶液调节废液的pH值进行破乳，然后加10mL石油醚进行萃取分离油分，再加入一定量混合均匀的铁、碳，向反应器底部通入空气进行混合搅拌，反应一段时间后，静置过滤，取滤液测其COD值。

以COD值为考察水质的有效指标，探讨搅拌方式、反应时间、pH值、铁碳投加量、铁碳质量比等因素对处理效果的影响。

2 结果与讨论

2.1 搅拌方式、活性炭性状对COD去除率的影响（表1）

由表1可以看出：曝气搅拌方式相比机械搅拌方式对COD去除率的提高较为有利。这是因为，对溶液进行曝气，通过空气在溶液中的搅拌、振荡作用可以加速铁碳表面的更新和相互接触，有利于电极反应，而且空气中的氧气扩散溶解到水中，促进了阳极反应，所以，提高了COD去除率［12］。活性炭粉／铁粉对COD的去除率要高出活性炭粒／铁粉20%左右，这是因为，活性炭粉在反应过程中与废水接触的表面积比碳粒要大得多，所以反应更充分，处理效果更好，但相比于活性炭粉，活性炭粒在反应结束后更容易回收，更便于再次利用。因此，从经济角度考虑，选择活性炭粒／铁粉、曝气搅拌方式处理切削废液。

表1 搅拌方式、活性炭性状对COD去除率的影响Tab.1 Effects of stirring mode and activated carbon character on COD removal rate

2.2 反应时间对COD去除率的影响

固定铁碳投加量为0.12g·mL－1、铁碳质量比为1∶1、pH值为1.0，考察反应时间对COD去除率的影响，结果如图1所示。

图1 反应时间对COD去除率的影响Fig.1 Effect of reaction time on COD removal rate

由图1可以看出：反应前期，随着反应时间的延长，COD去除率明显升高；反应60min时，COD去除率相对较高，随后基本保持稳定。根据微电解原理，反应时间越长，微电解作用、吸附作用进行得越彻底，有机污染物的去除率也越高；但反应时间过长，会使铁溶出消耗，体系中Fe2＋大量增加而影响色度，增加后续处理成本［14］。因此，选择反应时间为60min。

2.3 pH值对COD去除率的影响

固定铁碳投加量为0.12g·mL－1、铁碳质量比为1∶1、反应时间为60min，考察pH值对COD去除率的影响，结果如图2所示。

由图2可以看出：pH值对COD去除率的影响较大，当pH值从1.0增大到6.0时，COD去除率显著下降。这是因为，在酸性条件下，由于溶液中存在大量的H＋，加快了微电池的形成和反应速度，促进了对有机物的降解，COD去除率相应较高。因此，选择pH值为1.0。

图2 pH值对COD去除率的影响Fig.2 Effect of pH value on COD removal rate

2.4 铁碳投加量对COD去除率的影响

固定铁碳质量比为1∶1、pH值为1.0、反应时间为60min，考察铁碳投加量对COD去除率的影响，结果如图3所示。

图3 铁碳投加量对COD去除率的影响Fig.3 Effect of iron－carbon dosage on COD removal rate

由图3可以看出：COD去除率随铁碳投加量的增加而升高。这是因为，铁碳投加量越大，废水中形成的微电解电池越多，有利于去除有机物；当铁碳投加量达到0.12g·mL－1后，COD去除率略有下降。从处理效果和经济角度考虑，选择铁碳投加量为0.12g·mL－1。

2.5 铁碳质量比对COD去除率的影响

在常温下，将废液的pH值调至1.0，改变铁碳质量比分别为3∶1、2∶1、1∶1、1∶2，曝气反应60min，COD去除率随铁碳质量比的变化如图4所示。

由图4可以看出：当铁碳质量比大于1∶1时，COD去除率随铁碳质量比的增大而降低；当铁碳质量比为1∶1时，COD去除率达到最高；当铁碳质量比小于1∶1时，COD去除率随铁碳质量比的增大而升高。根据铁碳微电解原理，当铁碳质量比较大或较小时，均不能形成足够多的微电池，导致COD去除率下降［10，15］。因此，选择铁碳质量比为1∶1。

2.6 铁碳的回用情况

在最佳处理条件（曝气搅拌、反应时间60min、pH值1.0、铁碳投加量0.12g·mL－1、铁碳质量比1∶1）下进行铁碳回用实验，COD去除率随铁碳回用次数的变化如图5所示。

图4 铁碳质量比对COD去除率的影响Fig.4 Effect of mass ratio of iron－carbon on COD removal rate

图5 铁碳回用次数对COD去除率的影响Fig.5 Effect of reusing times of iron－carbon on COD removal rate

由图5可以看出：铁碳回用5次时的COD去除率与前几次相比变化不大，说明铁碳可以继续重复使用；但随着回用次数的增加，COD去除率有下降趋势，其原因可能是每次实验时废液中的H＋会消耗掉一定量的铁，且每次实验后过滤都会损失一部分铁碳，因而下次处理时的铁碳量较上一次会有所减少，而且铁碳的质量比也会发生变化，导致形成的微电解电池数量减少，从而影响处理效果。

3 结论

采用铁碳微电解法处理水基切削废液，通过控制变量法确定最佳处理条件为：曝气搅拌、反应时间60 min、pH值1.0、铁碳投加量0.12g·mL－1、铁碳质量比1∶1，在此条件下COD去除率达80%。该方法处理效果好，且铁碳可多次回用，对实际应用具有重要的指导意义。

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