張玉希 范銘鈺 王代芝

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

水中重金屬鐵的污染主要來自冶煉、工業(yè)電鍍和選礦等。水中Fe3+質(zhì)量濃度過高容易引起水質(zhì)變黃，嚴重時（Fe3+質(zhì)量濃度超過1.0 mg/L）導(dǎo)致水發(fā)紅、發(fā)黑，散發(fā)出鐵腥味。因此，有必要對水中過量的Fe3+進行治理，以減輕或消除Fe3+造成的污染[1-2]。目前, 酸性含F(xiàn)e3+廢水的處理方法主要有膜分離電解氧化法、電滲析法、氧化渦流法、曝氣絮凝法、中和曝氣后污泥循環(huán)接觸除鐵法等。

1 木質(zhì)素的綜合利用

木質(zhì)素是由苯基丙烷構(gòu)成的芳香族高分子化合物，其儲存量在自然界中僅次于纖維素。在造紙行業(yè)的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的纖維素以及木質(zhì)素類副產(chǎn)物，其中纖維素能得到廣泛的回收利用，但木質(zhì)素仍然以廢液的形式被排出。

近幾年木質(zhì)素開始得到重視及利用，被作為添加劑與聚合物、樹脂材料、碳纖維、活性炭等共混。活性炭作為一種優(yōu)良的吸附材料，可用于吸附氣相或水相中的氣體、有機物和離子等，也可作為催化劑的載體使用。目前，活性炭在化學(xué)工程與環(huán)境等方面的應(yīng)用越來越廣泛，消耗量約為110萬t/a。煤是制備活性炭的主要原料，而以木質(zhì)素為原料制備活性炭是近年來發(fā)展起來的新型應(yīng)用領(lǐng)域。由木質(zhì)素制備活性炭，首先將木質(zhì)素在600～850℃高溫下熱解碳化制備焦油，然后將焦油活化以形成多微孔結(jié)構(gòu)。近年來，在較低的溫度下采用 ZnCl2，H3PO4，KOH，NaOH，Na2CO3和K2CO3等對木質(zhì)素進行化學(xué)碳化是極其有效的方式，所得活性炭的產(chǎn)率較高，對金屬離子和水中有機物具有良好的吸附性能[3]。本研究嘗試用木質(zhì)素處理模擬工業(yè)廢水。

2 試驗過程

試驗以處理廢水為模擬工業(yè)廢水，其pH為3，F(xiàn)e3+的質(zhì)量濃度為5 mg/L。用木質(zhì)素對廢水進行相應(yīng)處理后取上清液，用鄰菲啰啉分光光度法測定廢水中的Fe3+。

2.1 試劑

鹽酸，無錫市亞盛化工有限公司；醋酸鈉、鄰菲啰啉、氫氧化鈉，西隴科學(xué)股份有限公司；硫酸鐵銨，福晨（天津）化學(xué)試劑有限公司；鹽酸羥胺，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。以上試劑均為分析純。

2.2 Fe3+標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別吸取 0，2，4，6，8 和 10 mL10 μg/mL 的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，各加1 mL鹽酸羥胺溶液，搖勻，再加2 mL鄰菲啰啉溶液、5 mL醋酸鈉溶液，用水稀釋至刻度，搖勻。放置10 min后，在波長510 nm處，用光程20 mm的比色皿，以蒸餾水為參比測定吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，F(xiàn)e3+質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 鐵離子標(biāo)準(zhǔn)曲線

3 結(jié)果與討論

3.1 反應(yīng)時間對廢水處理效果的影響

向6個250 mL燒杯中各加入100 mL廢水以及0.5 g 木質(zhì)素，分別處理 10，20，30，40，50 和 60 min，然后分別取上清液進行測定，結(jié)果如圖2所示。

圖2 反應(yīng)時間對廢水處理效果的影響

由圖2可以看出，處理時間在10～50 min之間時，F(xiàn)e3+去除率逐步上升，在60 min時Fe3+去除率有所下降。由此可見，當(dāng)處理時間為50 min時處理效果較好，F(xiàn)e3+去除率達到峰值，處理時間增加，效果反而下降。因此后續(xù)以處理時間為50 min進行試驗。

3.2 木質(zhì)素的用量對廢水處理效果的影響

稱 取 0.025，0.050，0.075，0.100，0.125，0.150 g木質(zhì)素置于6個250 mL的燒杯中，各加入100 mL廢水，攪拌50 min后，取上清液進行測定，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，木質(zhì)素用量在0.025～0.100 g內(nèi)Fe3+的去除率逐步上升，當(dāng)木質(zhì)素用量多于0.100 g后Fe3+的去除率趨于平緩。由此可見，當(dāng)木質(zhì)素用量為0.001 g/mL時Fe3+處理效果較好，但此時木質(zhì)素的投加量達到飽和，繼續(xù)增加用量處理效果也不再改變。后續(xù)試驗?zāi)举|(zhì)素的用量均為0.001 g/mL。

3.3 廢水pH對廢水處理效果的影響

圖3 木質(zhì)素的用量對廢水處理效果的影響

向6個250 mL的燒杯中各加入100 mL廢水，然后調(diào)節(jié)其 pH 分別為 2.0，3.0，4.0，5.0，6.5，7.0，8.0，各加入0.1 g木質(zhì)素，攪拌50 min后，取上清液進行測定，結(jié)果如圖4所示。

圖4 廢水pH對Fe3+處理效果的影響

由圖4可以看出，在一定pH范圍內(nèi)，木質(zhì)素對Fe3+的去除率隨著pH的升高而上升，在pH為6.5左右時Fe3+去除率達到峰值，故處理含F(xiàn)e3+廢水的適宜pH范圍為6～7。在pH較大時，溶液中雖然產(chǎn)生了Fe（OH）3沉淀，但其在一定pH范圍內(nèi)保持水解平衡，所以Fe3+去除率隨pH的升高幾乎保持不變。因此，廢水處理的最佳pH為6～7，后續(xù)試驗廢水pH均調(diào)節(jié)在6～7之間。

3.4 廢水中Fe3+質(zhì)量濃度對處理效果的影響

配制 Fe3+的質(zhì)量濃度分別為 3，5，7，10，12 和 14 mg/L的廢水，并分別量取100 mL置于6個250 mL的燒杯中，調(diào)節(jié)pH后各加入0.1 g木質(zhì)素，攪拌50 min，取上清液進行測定，結(jié)果如圖5所示。

圖5 廢水中Fe3+的質(zhì)量濃度對處理效果的影響

由圖5可以看出：在3～5 mg/L內(nèi)，木質(zhì)素對Fe3+的去除率隨著Fe3+質(zhì)量濃度的增加而上升；當(dāng)廢水中ρ（Fe3+）=5 mg/L時去除率有明顯峰值，隨后又逐漸下降；在10～14 mg/L之間，由于Fe3+質(zhì)量濃度過高，逐漸產(chǎn)生沉淀，所以去除率有上升趨勢。因此，在工業(yè)處理含F(xiàn)e3+廢水時，建議先進行化學(xué)沉淀處理，后用木質(zhì)素進行吸附處理。

4 結(jié)論

（1）廢水中Fe3+的質(zhì)量濃度對木質(zhì)素的吸附效果有明顯影響，ρ（Fe3+）≈5 mg/L時處理效果較好。因此，在工業(yè)處理含F(xiàn)e3+廢水工藝中，建議先進化學(xué)沉淀處理，然后用木質(zhì)素進行吸附處理。

（2）溶液pH對Fe3+去除率的影響不是很大，當(dāng)pH=6～7時，F(xiàn)e3+去除率保持在一個較佳的水平，此后pH增大，溶液中雖形成Fe(OH)3沉淀但處于水解平衡狀態(tài)，因此Fe3+去除率保持平衡。

木質(zhì)素在處理含鐵廢水的試驗中表現(xiàn)出了良好的吸附效果，能除去廢水中大量的Fe3+。通過查閱相關(guān)資料知道，相對于常見的活性炭、沸石等吸附劑，吸附含鐵廢水中的Fe3+時木質(zhì)素的使用量更少，吸附效率也更高，如果對木質(zhì)素進行改性處理或?qū)⑵渥鳛檩d體使其方便過濾，其將在廢水處理工作中表現(xiàn)出更好的效果。