周 橙，肖 謠，代 琳，錢(qián)明德

（湖北師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，湖北黃石 435002）

研磨液廣泛用于金屬產(chǎn)品的拋光、去除毛刺等工藝，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、防銹性能優(yōu)良及潤(rùn)滑效果好等優(yōu)點(diǎn)。摩擦片的毛刺去除常用振動(dòng)式研磨機(jī)，工作過(guò)程需要加入研磨液及其他化學(xué)藥劑，使用一段時(shí)間之后，研磨液必須更換，使用后的研磨廢液COD值高，危害環(huán)境，不可隨意排放。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)研磨廢水的處理方法主要是物理化學(xué)法，包括化學(xué)混凝法、氣浮法、膜濾法和電化學(xué)法等。化學(xué)混凝法存在占地面積大，操作彈性小，污泥量大，加藥量不易控制等缺點(diǎn)；氣浮法中浮選劑的種類(lèi)及投加量需根據(jù)不同研磨廢水的特性進(jìn)行調(diào)整，且浮選劑易殘留；膜濾法不適合處理含有大量或高濃度微粒的廢水；電化學(xué)法對(duì)低濃度金屬離子去除效果有限，技術(shù)應(yīng)用尚不成熟[1]。因此，廢棄的研磨液（以下簡(jiǎn)稱(chēng)研磨廢液）如何有效凈化處理仍然值得探索。

研磨廢液中含有大量鐵屑、灰分以及油狀物質(zhì)，COD值高且性質(zhì)穩(wěn)定。考慮到研磨廢液常規(guī)處理方法工藝流程復(fù)雜，成本較高等缺點(diǎn)，本研究擬采用物化、生化及回用處理方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出最優(yōu)處理途徑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

電磁式充氧設(shè)備、2 L塑料桶2個(gè)、光學(xué)顯微鏡、JH-12型COD恒溫加熱儀器、砂芯過(guò)濾裝置SH/T0093（1000 mL）、波美計(jì)、烘箱、磁性分離機(jī)和板框壓濾機(jī)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

研磨廢液（經(jīng)過(guò)濾,COD=1.05×103mg/L,黃石市某生產(chǎn)摩擦片公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)試劑

PAC、PAM、硫酸亞鐵銨（約 0.1 mol/L）、重鉻酸鉀溶液（0.250 0 mol/L）、硫酸汞、沸石、濃硫酸、消解液（硫酸銀、濃硫酸）、試亞鐵靈試劑和面粉等。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法

2.1 研磨液物化性質(zhì)

對(duì)比觀(guān)察新鮮研磨液和研磨廢液，研磨液為淡黃色油狀液體，長(zhǎng)時(shí)間放置未出現(xiàn)沉淀；而研磨過(guò)程中產(chǎn)生的廢液，取出時(shí)為灰黑色的懸濁液，將其放置一段時(shí)間后，瓶底為黑色粉末狀物質(zhì)，上清液呈淡黃色。

長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)該研磨廢液，其上清液始終為淡黃色，未產(chǎn)生腐化異味。分別取新鮮研磨液（按工藝參數(shù)要求配比的研磨液）、研磨廢液（經(jīng)長(zhǎng)期靜置沉淀后的上清液）、回用研磨液（反復(fù)處理并循環(huán)使用的研磨廢液）上清液以及研磨廢液經(jīng)混凝過(guò)濾后的濾液，用重鉻酸鉀法測(cè)各水樣的COD，結(jié)果如表1所示。

表1 各類(lèi)研磨液COD測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)以上分析初步判斷，研磨液及其廢液物化性質(zhì)無(wú)顯著差異，說(shuō)明該研磨液中的有效成分化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 COD的測(cè)定

使用重鉻酸鉀法[2]測(cè)定COD。取水樣20 mL（原樣或經(jīng)稀釋?zhuān)┯谀タ诨亓麇F形瓶中,加入HgSO40.4 g，混勻。加入0.25 mol/L重鉻酸鉀10 mL和沸石若干，混勻。加入消解液（Ag2SO4-H2SO4）30 mL，混勻，接上回流裝置,回流加熱2 h,冷卻30 min,從冷凝管上口加入適量蒸餾水沖洗管壁,取下磨口回流錐形瓶,將磨口回流錐形瓶中的溶液轉(zhuǎn)移到250 mL錐形瓶中，清洗磨口回流錐形瓶2～3次，加蒸餾水至140 mL左右，加入試亞鐵靈指示劑3滴,此時(shí)溶液應(yīng)呈黃色,用0.1 mol/L硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,此時(shí)溶液顏色逐漸變成藍(lán)綠色,繼續(xù)滴定至溶液呈現(xiàn)紅棕色停止，記錄硫酸亞鐵銨溶液的用量V1（mL）。以蒸餾水為空白水樣，同上法測(cè)定硫酸亞鐵銨溶液的用量 V0（mL）。

2.2.2 混凝沉淀法

通過(guò)向水中投加藥劑（通常稱(chēng)為混凝劑及助凝劑），使水中難以沉淀的顆粒能互相聚合而形成膠體，然后與水體中的雜質(zhì)結(jié)合形成更大的絮凝體。然后再通過(guò)過(guò)濾將沉淀物去除，得到的濾液進(jìn)行COD測(cè)定并進(jìn)行可生化性探究。

2.2.3 生化處理法

生化法即生物化學(xué)法，利用各種微生物的分解作用，將工業(yè)廢水中的有機(jī)物分解，從而達(dá)到凈化廢水的目的，是目前廢水處理中應(yīng)用最廣泛和較經(jīng)濟(jì)的一種方法。

微生物馴化方法：在預(yù)先盛有好氧活性污泥的桶中，初期加入少量研磨廢液進(jìn)行曝氣，之后加入廢水量逐漸增加，使微生物不斷適應(yīng)該種廢水，同時(shí)大量繁殖。在此過(guò)程中對(duì)微生物的種類(lèi)、種群數(shù)量、細(xì)胞形態(tài)、行為變化以及污水的顏色、絮凝沉淀等情況進(jìn)行觀(guān)察，待微生物生長(zhǎng)狀況穩(wěn)定后，進(jìn)行廢水的可生化性實(shí)驗(yàn)。

2.2.4 回用處理法

先用磁性分離機(jī)分離回收研磨工藝廢液中鐵屑等金屬，再用板框壓濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾處理，得到的濾液循環(huán)使用。

3 結(jié)果與討論

3.1 混凝沉淀法

取一定量研磨廢液，投加一定比例的PAC[3]（聚合氯化鋁固體）以及PAM（1%聚丙烯酰胺）進(jìn)行混凝處理。

取六組100 mL廢液，分別加入PAC 0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g，待PAC完全混勻后再加2 mL PAM進(jìn)行混凝、過(guò)濾，測(cè)量各組濾液的COD，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)，投加量為0.2 g PAC+2 mL PAM時(shí)，COD去除率最佳。但經(jīng)混凝處理后研磨廢液COD與處理前（1 050 mg/L）僅降低19.8%，故混凝沉淀法不能有效降低研磨廢液的COD。

3.2 生化處理法

3.2.1 馴化過(guò)程中的微生物生長(zhǎng)情況

在1號(hào)桶加入研磨廢液，2號(hào)桶加入研磨廢液經(jīng)混凝過(guò)濾后的濾液進(jìn)行微生物馴化。

圖1 經(jīng)不同比例絮凝劑混凝后廢水COD的變化曲線(xiàn)

觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，1、2號(hào)桶在加入廢水之前水質(zhì)清澈，桶內(nèi)含有鐘蟲(chóng)、草履蟲(chóng)等微生物，且較為活躍，生物膜生長(zhǎng)良好，說(shuō)明微生物生長(zhǎng)狀況良好。加入廢水后2～3 h內(nèi)，微生物的活動(dòng)遲緩，水質(zhì)變渾濁，生物膜變得松散；補(bǔ)加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)24 h內(nèi)停止投加廢水，各桶恢復(fù)加入廢水之前的狀態(tài)，繼續(xù)投加廢水觀(guān)察，并根據(jù)微生物生長(zhǎng)狀況決定是否繼續(xù)投加廢水，如此反復(fù)直至加入廢水對(duì)微生物的生長(zhǎng)無(wú)明顯影響。

3.2.2 經(jīng)馴化后的微生物降解廢水的效果

在微生物馴化完成后，從1號(hào)桶中取30 mL水樣作為本底值，同時(shí)取200 mL研磨廢液倒入1號(hào)桶中，待曝氣 5 min 后，取 30 mL 水樣記為 0 時(shí)刻，此后 2、4、6、24 h各取桶中30 mL水樣，測(cè)得1號(hào)桶水樣的COD本底值為635 mg/L，其余各時(shí)刻水樣的COD值測(cè)定結(jié)果變化曲線(xiàn)如圖2。

圖2 1號(hào)桶COD隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)（24 h）

該廢水在2 h時(shí)COD值明顯降低，但而后又回升。分析其原因：前兩個(gè)小時(shí)微生物進(jìn)行新陳代謝等活動(dòng)，吸附了污水中的部分物質(zhì)，導(dǎo)致COD值明顯降低。2 h后，微生物難以將這些物質(zhì)內(nèi)源代謝，用于自身的生長(zhǎng)繁殖，將這些物質(zhì)排出體外，導(dǎo)致COD值回升。

從2號(hào)桶中取30 mL水樣作為本底值，同時(shí)將研磨廢液經(jīng)混凝過(guò)濾后的濾液200 mL倒入2號(hào)桶中，待曝氣 5 min 后，取 30 mL 水樣記為 0 時(shí)刻，此后 2、4、6、24 h各取桶中30 mL水樣，測(cè)得2號(hào)桶水樣的COD本底值為419 mg/L，各時(shí)刻水樣COD值測(cè)定結(jié)果變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

圖3 2號(hào)桶COD隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)（24 h）

該廢水在2 h時(shí)COD值明顯降低，但而后回升，又緩慢下降。分析其原因：前兩個(gè)小時(shí)微生物進(jìn)行新陳代謝等活動(dòng)，吸附了污水中的部分物質(zhì)，導(dǎo)致COD值明顯降低。2 h后，微生物難以將這些物質(zhì)內(nèi)源代謝，用于自身的生長(zhǎng)繁殖，將這些物質(zhì)吐出來(lái)了，4 h后微生物又代謝消耗了部分物質(zhì)，導(dǎo)致COD值緩慢下降。

由圖2、圖3對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩組水樣COD值隨時(shí)間的增加而變化，但同一水樣各時(shí)刻COD值與其COD本底值相比變化不大。兩條曲線(xiàn)在6 h內(nèi)整體呈先降再升趨勢(shì)，分析原因是在剛投放廢水時(shí)，活性污泥對(duì)其中有機(jī)物質(zhì)有一定的吸收作用，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，活性污泥的活性降低，又將其吸附的有機(jī)物質(zhì)釋放出來(lái)。

研磨液的主要成分為增稠劑、分散劑、pH調(diào)節(jié)劑、表面活性劑與螯合劑等[6-8]。研磨廢液中的表面活性劑會(huì)抑制微生物酶的活性[5]。

結(jié)合研磨液的成分分析及生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可見(jiàn)，研磨廢液中的主要成分對(duì)微生物的生長(zhǎng)、繁殖存在抑制作用。該廢水經(jīng)生化處理后的COD降解率遠(yuǎn)低于20%，表明此類(lèi)廢水不適合采用生化方法處理。

3.3 回用處理法

鑒于該廢液可生化性差，有效成分性質(zhì)穩(wěn)定，故擬對(duì)研磨廢液回用處理方法進(jìn)行研究。

3.3.1 穩(wěn)定性分析

長(zhǎng)期放置，考查是否有發(fā)臭等生物作用發(fā)生。待三個(gè)月靜置，未有腐臭味出現(xiàn)。另外對(duì)研磨廢液與新配研磨液就密度、pH值、鹽分以及COD等性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表2。

表2 性質(zhì)對(duì)比分析表

由表2可知，液體密度、含鹽量及COD與新配研磨液無(wú)明顯差別，故可知該回用研磨液穩(wěn)定性好。

3.3.2 生產(chǎn)特點(diǎn)分析

以振動(dòng)研磨機(jī)用于摩擦片研磨為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)摩擦片表面無(wú)明顯油漬，有鐵銹少許，研磨鍋內(nèi)裝有瓷鋁、白剛玉顆粒、研磨液及亞硝酸鈉等。從工作情況看，研磨過(guò)程中，顆粒物被研磨成粉末，摩擦片上的毛刺、鐵銹層因摩擦脫落進(jìn)入液體。液相中固相達(dá)到一定量后，研磨效果降低，必須更換。依據(jù)這一特點(diǎn)，研磨廢液經(jīng)固液分離處理不僅可以去除無(wú)用的粉末，而且還可以保留研磨液的有效成分，同時(shí)各成分比例也無(wú)變化，所以處理后的研磨廢液可以回收利用。

3.3.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

由表2可知，新配研磨液與研磨廢液的主要成分相差不大，故將研磨廢液經(jīng)固液分離后，用于該廠(chǎng)生產(chǎn)，試運(yùn)行一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)不影響摩擦片的生產(chǎn)加工，進(jìn)一步提出更完善的研磨廢液回用處理方法。

研磨廢液回用處理方法：用磁性分離機(jī)分離出廢液中的鐵屑，用于他用；再用板框壓濾機(jī)過(guò)濾廢液，研磨過(guò)程中產(chǎn)生的石英砂會(huì)形成濾餅，使過(guò)濾效果更好；將濾出液作為研磨液循環(huán)回用。

廢水回用的工藝流程如圖4。

圖4 廢水回用工藝流程圖

現(xiàn)對(duì)研磨廢液回用前后的密度、pH、鹽分及COD進(jìn)行對(duì)比，如表3。

表3 研磨液回用前后性質(zhì)分析

由表3可知，回用運(yùn)行不影響研磨液的功效和性質(zhì)，經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，回用液用于生產(chǎn)是可行的。由于生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)有少量的研磨液黏附在產(chǎn)品表面被帶走，故長(zhǎng)時(shí)間使用后需適當(dāng)補(bǔ)加新鮮研磨液。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)混凝沉降法和生化方法處理研磨液廢水，其COD降解率遠(yuǎn)低于20%，且無(wú)法滿(mǎn)足“GB 8978-1996”的排放標(biāo)準(zhǔn)，故研磨廢液不適合進(jìn)行混凝沉降處理及生化降解。

（2）與直接排放和其他處理法相比，研磨廢液回用處理法利于環(huán)保，節(jié)約藥劑成本，比現(xiàn)有的其他處理方法更經(jīng)濟(jì)有效。