改性磁性材料處理餐飲廢水的研究

1、改性磁性材料處理餐飲廢水的研究*張鳳娥第一作者：張鳳娥，女，1964年生，碩士，主要從事建筑給水排水教學(xué)和研究工作。*江蘇省高校自然基金資助項目（No.04KJB610031）。 魏經(jīng)逵 謝 琦 龍正海（江蘇工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 常州 213164）摘要 研究了改性前后磁性材料對餐飲廢水中COD和動植物油的吸附性能。結(jié)果表明，改性后磁性材料吸附性能加強(qiáng)；處理餐飲廢水的最佳條件為：pH為4.5，吸附時間為15 min，振蕩強(qiáng)度為180 r/min，改性后磁性材料投加量為15 g/L；溫度對吸附性能影響不大；常溫（25 ）下，改性磁性材料對實際餐飲廢水進(jìn)行處理，動植物油和COD的去除率

2、分別達(dá)到78.4%、75.7%以上。關(guān)鍵詞 磁性材料 改性 吸附 餐飲廢水Treatment of the restaurant wastewater by modified magnetite materials method Zhang Fenge，Wei Jingkui，Xie Qi，Long Zhenghai. (School of Environmental Safety Engineering, Jiangsu Polytechnic University, Changzhou Jiangsu 213164)Abstract: The adsorption properties o

3、f modified magnetite materials for COD and oil from restaurant wastewater were studied on this paper. The results showed that the adsorption properties of modified magnetite materials greatly enhanced than before, the best restaurant wastewater treatment conditions were as follows: pH of 4.5, adsorp

4、tion time of 15 min, oscillation intensity of 180 r/min, adsorbent dosage of 15 g/L. The effect of temperature was little on the adsorption property. The removal rate of the oil and COD reached more than 78.4% and 76.0 %，respectively.Keywords: magnetic materials; modifying; adsorbent; restaurant was

5、tewater 吸附法是去除水中有機(jī)或無機(jī)污染物的一種較為常用且有效的方法。目前，應(yīng)用較多的吸附劑有活性炭、粘土、硅膠、沸石、殼質(zhì)類等1。氧化鐵是最常見的一類礦物,因其具有較高的表面電位和較大的比表面積，故常應(yīng)用它形成的內(nèi)電解來處理各類廢水。利用鐵的氧化物或氫氧化物去除水中重金屬離子或有機(jī)污染物已有大量研究報道2。餐飲廢水的成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高，主要有食物纖維、淀粉、脂肪、動植物油脂、各類佐料、洗滌劑和蛋白質(zhì)等。對餐飲廢水的處理主要是對其中的油和COD的去除。筆者利用改性后的磁性材料作為吸附材料對餐飲廢水中的COD和油的去除性能進(jìn)行了研究。1 實驗部分1.1 試驗材料試驗吸附材料：利用天然磁

6、鐵礦研磨粉末代替四氧化三鐵進(jìn)一步降低材料成本。磁鐵礦原料中含有部分雜質(zhì)，用磁選管分離提純，清洗烘干后放入行星式球磨機(jī)中磨成粉末，期間經(jīng)常取出細(xì)組分，以免磨得太細(xì)，造成團(tuán)聚。根據(jù)斯托克斯原理不同粒徑的微粒的自由沉降速度不同，磨好的磁鐵礦粉過200目篩，水析法篩選出其中粒徑小于30 m的部分。自制進(jìn)行表面改性，制備好的改性磁粉與水混勻后，用一塊永磁鐵就可以實現(xiàn)快速分離，顯示出較好的磁分離性能。試驗?zāi)M乳化油廢水3：由于餐飲廢水的特性不夠穩(wěn)定，試驗中采用制備的模擬乳化油廢水進(jìn)行研究。取1.5 L自來水于玻璃瓶中，加入1.75 g油品與表面活性劑的混合物（二者的質(zhì)量比為5:1）機(jī)械攪拌1.5 h，靜置

7、2 d，抽取底層飽和乳化油廢水，自制人工廢水進(jìn)行實驗，COD在1 000 mg/L左右。1.2 實驗試劑FeCl3·6H2O、NaOH、鹽酸均為分析純。1.3 實驗儀器PHB-9901型pH計；5B-6型COD速測儀；F2000-紅外測油儀；D-8401型多功能攪拌器；THZ-C型恒溫振蕩器；XCGS磁選管。1.4 實驗方法磁性吸附材料處理餐飲廢水的性能實驗：在250 mL錐形瓶中加入100 mL模擬廢水，用稀鹽酸或稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至一定值，投加改性的吸附材料，放入恒溫振蕩器內(nèi)振蕩一段時間，取出后進(jìn)行磁分離，分別測定上清液中的油與COD。由于餐飲廢水中的油和COD的含量成正相關(guān)

8、性，故前期實驗只測了廢水的COD含量。動植物油含量的測定4：將50 mL水樣移至分液漏斗中，加鹽酸酸化至pH2，用20 mL四氯化碳洗滌取樣燒杯后移入分液漏斗中，加入約1 g氯化鈉，充分振蕩2 min，并經(jīng)常開啟活塞排氣。靜置分層后，將萃取液流入100 mL具塞錐形瓶中。用20 mL四氯化碳重復(fù)萃取一次，往錐形瓶中加無水硫酸鈉，至不再結(jié)塊為止，蓋好塞子靜置0.5 h。另在玻璃漏斗頸部襯墊5 mm脫脂棉（經(jīng)四氯化碳清洗），脫水萃取液經(jīng)此過濾于50 mL容量瓶中，并用少量四氯化碳清洗錐形瓶和漏斗，并入容量瓶，加四氯化碳稀釋至標(biāo)線定容，并搖勻。用4 cm比色皿，以四氯化碳為參比，紅外測油儀測定直接讀

9、出動植物油含量。2 結(jié)果與討論2.1 pH對COD去除率的影響在材料投加量2 g/L、COD為1 227 mg/L、體積100 mL、溫度25 、轉(zhuǎn)速180 r/min、反應(yīng)時間1 h的條件下，不同pH下測試COD的去除率，結(jié)果見圖1。從圖1可見，兩種吸附材料對COD去除率均隨pH的增加先逐漸增加，然后又迅速減小。當(dāng)pH增加到4.5、5.0時，COD去除率分別達(dá)到最大值，隨后開始大幅度下降，當(dāng)pH=8.5左右時，COD去除率已經(jīng)非常低。說明酸性條件更有利于吸附，堿性條件不利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。這是因為由于溶液中的油滴吸附了表面活性劑而帶負(fù)電，磁粉顆粒帶正電，兩者間存在靜電引力5，而溶液的pH會影

10、響吸附劑和吸附質(zhì)的存在形式和帶電狀況，吸附材料、吸附質(zhì)不同，其適宜吸附的pH范圍也不同。COD去除率/% pH圖1 pH對COD去除率的影響2.2 反應(yīng)時間對COD去除率的影響在COD為1 188 mg/L、pH為4.55.0、其他同上的條件下，不同反應(yīng)時間測試COD去除率的結(jié)果見圖2。COD去除率/% 反應(yīng)時間/min圖2 反應(yīng)時間與COD去除率的關(guān)系從圖2可見，兩種吸附材料對COD的吸附速率很快，吸附前15 min吸附量迅速上升，15 min后變化趨勢已經(jīng)很緩慢，20 min后吸附量基本保持不變，達(dá)到平衡?？焖傥奖砻饔椭肿釉谖絼┍砻娴目焖贁U(kuò)散和絡(luò)合，這與所制備吸附材料的粒度直接相關(guān)，

11、由于其粒徑都很小，在水中分散度高，固液接觸面積大，有利于油脂分子向吸附劑表面活性位點(diǎn)的擴(kuò)散，而且材料粒度小，吸附幾乎只發(fā)生在吸附劑的外表面，沒有更多的內(nèi)擴(kuò)散過程，吸附速率主要由溶液中油脂的擴(kuò)散速率決定，因此表現(xiàn)出較快的吸附速率，這對提高餐飲廢水的處理工藝效率非常有利。2.3 振速對去除率的影響在COD為1 09 5mg/L、其他同上的條件下，只改變振速，結(jié)果見圖3。較快的振動速度有利于增加吸附劑和吸附質(zhì)之間的相對速度，會使液膜變薄，可提高外部擴(kuò)散速度，縮短吸附時間，但從圖3可見，當(dāng)振速大于180 r/min后，處理效果提高得已不太明顯，甚至還會有所降低，可能是水的剪切力太大，使那部分依靠物理作

12、用吸附的不是很牢固的油脂脫落下來，因此采用180 r/min作為實驗條件。去除率/% 振速/(r·min-1)圖3 振速與COD去除率的關(guān)系2.4 吸附劑投加量對COD去除率的影響COD去除率/%在COD為1 094 mg/L、反應(yīng)時間20 min、其他同上的條件下，只改變吸附劑投加量，結(jié)果見圖4。 投加量/(g·L-1)圖4 吸附劑投加量與COD去除率的關(guān)系從圖4可見，吸附劑投加量在15 g/L時就可達(dá)到較好的處理效果，繼續(xù)投加對處理效果沒有太大的影響，因此吸附材料的投加量以15 g/L作為實驗條件。2.5 溫度對COD去除率的影響在COD為1 006 mg/L、反應(yīng)時間

13、20 min、其他同上的條件下，只改變反應(yīng)溫度，結(jié)果見圖5。COD去除率/%隨著溫度的升高COD去除率逐漸減小，說明油脂在材料上的吸附是放熱反應(yīng)，低溫有利于吸附，而高溫不利于吸附的進(jìn)行，不過在1545 時，處理效果下降的還不是很明顯，餐飲廢水的溫度一般不會超出45 ，可以取得較好的處理效果。 反應(yīng)溫度/圖5 反應(yīng)溫度與COD去除率的關(guān)系2.7 實際餐飲廢水油和COD的去除研究通過以上研究得出處理的最佳反映條件，取食堂實際餐飲廢水進(jìn)行試驗，處理見表2。表2 實際餐飲廢水的內(nèi)電解處理效果編號項目進(jìn)水出水去除率/%1pH7.227.23動植物油/（mg·L1）1942985.1COD/（m

14、g·L1）1 27020483.92pH7.227.28動植物油/（mg·L1）1944278.4COD/（mg·L1）1 27030875.73pH6.665.64動植物油/（mg·L1）1653380.0COD/（mg·L1）1 06724676.93 結(jié) 論（1）改性的磁性材料處理餐飲廢水的最佳條件為： pH為4.5，反應(yīng)時間為15 min，振速為180 r/min，吸附劑投加量為15 g/L。溫度因素對處理效果影響不大。（2）在常溫（25）下，改性磁性材料對實際餐飲廢水進(jìn)行處理，COD和動植物油的去除率取得了較好的處理效果。參考文獻(xiàn)：1 劉曉明，楊翠英，宋吉勇.用活性炭為吸附劑處理含Cr()電鍍廢水探討J.山東科技大學(xué)學(xué)報，2005，24(2)：107-109.2 BENJAMIN M M，LECKE J O. Multiple site adsorption of Cd, Cu, Zn and Pb on amorphous iron oxyhydroxide