纳米Fe3O4强化混凝沉淀处理含油废水

王静文 王开 张文超 李殿秀

摘 要：本文采用共沉淀法制备纳米Fe3O4，将其和混凝剂PAC协同处理工业含油废水。试验结果表明：纳米Fe3O4对PAC處理含油废水的效果有着明显的增强作用;当废水温度为35 ℃，加入PAC为3.0 g/L，纳米Fe3O4为2.5 g/L、pH=8.0、反应时间为25 min时，[CODcr]去除率可达86.25%

关键词：纳米Fe3O4;复合混凝沉淀;含油废水

中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：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

含油废水具有成分复杂、COD高、色度高、难降解、危害大等特点，对周围环境和人类健康有不利影响[1]。目前处理含油废水主要采用物理、物化、化学、生物降解等方法[2-4]。随着工业的不断发展，含油废水种类更加复杂，处理难度增加，传统的处理方法无法达到环保排放的要求，且存在处理成本高、难以规范化管理等问题。

四氧化三铁（Fe3O4）磁性材料作为一种多功能磁性材料，具有粒径大、比表面积大、磁性强、吸附性能强等诸多优点[5]。本文通过对含油废水处理进行试验研究，探讨复合混凝剂对含油废水的处理效果及影响因子，从而为含油废水的规模化处理提供一定的理论支撑。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验废水来自于河南省某危险废物处置中心物化储存车间含油废水混合池，其主要水质指标为：pH=6.80，CODcr=20 156 mg/L。

1.2 主要试剂及仪器

试验设备：F2-便携式pH计、ME204-电子分析天平、UJ36A-型直流电位差计、JJ-1BA数显恒速电动强力搅拌器、电热恒温真空干燥箱、DL-5000B离心机、烧杯、三口烧瓶等。

试剂：FeCl3·6H2O、硫酸亚铁铵、氨水、PAC、液碱、硫酸等，均为分析纯。

1.3 试验方法

1.3.1 纳米Fe3O4的制备。配置[c]（Fe3+）=1.0 mol/L及[c]（Fe2+）=0.5 mol/L溶液作为储备液，稀氨水浓度为3 mol/L。

取一定量的Fe2+溶液于烧杯中，滴入Fe3+储备液，以饱和甘汞作参比电极（负极）、铂电极作指示电极（正极）形成原电池，用电位差计测定电动势，使其保持在0.447 5 V，将混合后溶液缓慢加入到剧烈搅拌的一定量的稀氨水溶液中，立即出现黑色沉淀，沉淀陈化一定时间后，离心沉降且水洗多次，将黑色沉淀在120 ℃下真空干燥后即可得到纳米Fe3O4[6]。

1.3.2 复合混凝剂的制备。通过试验，取一定量的PAC加入正在充分搅拌的溶有纳米Fe3O4磁性颗粒的烧杯中，继续搅拌直至混合均匀，得到溶液为复合混凝剂。

1.3.3 混凝沉淀试验。取500 mL含油废水于烧杯中，调节废水pH，随后加入不同量的复合混凝剂，设定不同反应时间、反应温度，反应完全后，取上清液对水质指标进行检测。

1.4 分析方法

pH用F2-便携式pH计进行测定，[CODcr]的检测按照《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》（GB 11914—1989）的相关规定进行。[CODcr]去除率的计算公式为：

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

式中，[CODcr0]及[CODcr1]分别为原水及上清液的[CODcr]值。

2 结果与讨论

2.1 单一PAC对含油废水处理效果

取500 mL废水于烧杯中，调节pH=8.0，加入不同量PAC，充分反应后，取上清液测定[CODcr]，结果如表1所示。

从表1可以看出，随着PAC加入量增大，[CODcr]去除率不断增大，絮团形成速度快，沉淀效果明显，当PAC加入量为3.0 g/L时，[CODcr]的去除率为57.80%;当加入量大于3.0 g/L时，[CODcr]去除效果减弱。

2.2 复合混凝剂中纳米Fe3O4的投加量对处理效果的影响

调解废水pH=8.0，设定PAC为3.0 g/L，加入不同量纳米Fe3O4，进行混凝沉淀试验，结果如表2所示。

从表2可以看出，随着纳米Fe3O4量增加，CODcr去除率增大，当Fe3O4投加量为2.5 g/L时，[CODcr]去除率为75.30%。原因可能为：纳米Fe3O4比表面积大、磁絮凝性能强，与含油废水形成磁性絮体，协同PAC混合处理生成大而实磁嵌合絮团，故增强了PAC处理效果;同时，Fe3O4纳米粒子与油滴表面活性剂发生作用，使表面活性剂与油滴间结合能力减弱，破坏了稳定性，增加了破乳能力。但是，当加入量继续增大时，其纳米微粒之间团聚现象加剧，降低其处理效果[7-8]。

对比表1和表2可以看出，纳米Fe3O4有效增强了PAC对废水的处理效果，当纳米Fe3O4的加入量为2.5 g/L时，与单一PAC处理相比，其CODcr去除率增幅可达20.50%。

2.3 pH对复合混凝剂处理效果的影响

设定PAC为3.0 g/L，纳米Fe3O4为2.5 g/L制备复合混凝剂，调节pH，进行混凝沉淀试验，结果如表3所示。

当pH在6.0～8.0时，随着pH加大，[CODcr]去除效果明显增大，当pH=8.0时，[CODcr]去除率为78.90%。pH继续增大，处理效果明显减弱。原因可能为：在弱酸条件下，PAC水解产物是帶正电荷的络合物，pH调至碱性时，PAC水解产物形式为AlO2-等，电荷的转化使其电吸附性、中和能力减弱，负电荷的胶体能够稳定存在，表面活性剂与油滴结合能力强，不易分离，故处理效果减弱[9]。

2.4 反应时间对复合混凝剂处理效果的影响

设定PAC为3.0 g/L，纳米Fe3O4为2.5 g/L来制备复合混凝剂，pH=8.0，设定不同反应时间，进行混凝沉淀试验，其结果如表4所示。

从表4可以看出，随着反应时间增加，[CODcr]去除率呈现出先明显增加后又降低的趋势。当反应时间为25 min时，[CODcr]去除率为75.25%。原因可能为：PAC协同纳米Fe3O4处理含油废水，絮团附着于胶体的外表面，减小了絮凝反应有效接触面积，影响了复合絮凝剂的反应活性，故CODcr去除率在一定程度内逐渐降低[10]。

2.5 反应温度对复合混凝剂处理效果的影响

设定PAC为3.0 g/L，纳米Fe3O4为2.5 g/L来制备复合混凝剂，含油废水pH=8.0，反应时间为25 min，设定不同反应温度，进行混凝沉淀试验，结果如表5所示。

3 结论

①纳米Fe3O4协同PAC处理含油废水相比单一混凝剂PAC处理效果明显增强;②当废水温度为35 ℃，加入PAC为3.0 g/L，纳米Fe3O4为2.5 g/L、pH=8.0、反应时间为25 min时，[CODcr]去除率可达86.25%。

参考文献：

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[2]姚团威.含油废水性质及其处理技术[J].化工设计通讯，2018（12）：214.

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[4]刘忠煌.纳米四氧化三铁的制备及其对含酚废水的处理[D].合肥：合肥工业大学，2010.

[5]王恒志，吴东辉，李建华.Fe3O4超细粉体的制备[J].江苏化工，2001（5）：28-30.

[6]周长波.PAC-生物联合絮凝除磷效能及机理分析[D].武汉：华中科技大学，2013.

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[10]李振玉，孙亚兵，徐建华，等.复合混凝法处理高浓度聚丙烯酰胺生产废水[J].化工环保，2011（1）：57-60.