摘要：本文講述了新型水處理材料海綿鐵在(zai)鍋爐除氧和含磷廢(fei)水(shui)、有機(ji)印染廢(fei)水(shui)、電鍍(du)廢(fei)水(shui)中的(de)試驗研究(jiu)及(ji)(ji)應(ying)用現狀，指(zhi)出了其中存在(zai)的(de)問(wen)題及(ji)(ji)進(jin)一(yi)步的(de)研究(jiu)方向。

海綿鐵是一種新型水處理材(cai)料(liao)，它(ta)是由(you)精礦粉(fen)和氧化鐵磷(lin)經過研磨、磁(ci)選后再(zai)高溫燒結，然后冷卻、沖(chong)洗(xi)、破(po)碎，再(zai)重新磁(ci)選和篩(shai)選而制得的廉(lian)價(jia)多孔狀顆粒物質，其主要組成及各項性(xing)能指標見表1。

表1

就成分而論，海綿(mian)鐵與傳(chuan)統水處(chu)理(li)(li)中鐵屑濾料很(hen)相似，它具有比(bi)(bi)表(biao)(biao)面積大(da)、比(bi)(bi)表(biao)(biao)面能(neng)高以及電化(hua)學富集、氧化(hua)還原、物理(li)(li)吸附、絮(xu)凝沉淀性(xing)能(neng)更好等(deng)特點，且其價格低廉、再生簡單，故近年(nian)來越來越受到關(guan)注。

1、在水處理中(zhong)的(de)應用

1.1 溶解氧的存在是鋼鐵管件和鍋爐被腐蝕的主要原因之一。海綿鐵除氧是近年來新興的有較好發展前景的除氧方法，其處理后的出水溶解氧含量＜0.05mg/L。海綿鐵除氧是利用電化學除氧原理，其產物氫氧化鐵具有較高的Zeta電位，是帶電的膠體，其表面吸附能力強，可大量吸附離子，當水中鈣、鎂鹽類晶體剛剛形成時，其核心聚集在Fe(OH)₃膠體表(biao)面(mian)，使其(qi)晶(jing)格(ge)的(de)(de)生長受到干擾，變為可(ke)隨水(shui)流動的(de)(de)水(shui)渣，這可(ke)以達到防(fang)垢的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。

當海綿鐵反應生成的Fe(OH)₃累積到一定(ding)程度后，經反沖洗即可恢復初(chu)始除(chu)氧能力(li)。

海綿鐵除(chu)氧與(yu)傳統(tong)的除(chu)氧方法(fa)相(xiang)比(bi)，操作方便(bian)，系統(tong)簡單，常溫下即可運(yun)行，節省(sheng)能源且除(chu)氧效(xiao)率高、效(xiao)果穩(wen)定，出水符合國家鍋爐(lu)水質標準。

1.2 海(hai)綿鐵對廢水中(zhong)(zhong)的磷(lin)去除效(xiao)果(guo)顯著(zhu)，筆者(zhe)通(tong)過模擬試驗得出以(yi)海(hai)綿鐵作為(wei)吸附劑(ji)去除水中(zhong)(zhong)磷(lin)的較佳試驗條件：粒徑為(wei)0.5-1.0mm，吸附溫(wen)度為(wei)25℃，pH值(zhi)為(wei)4-6，靜態接(jie)觸時間為(wei)20min。

海綿(mian)鐵(tie)對磷的吸(xi)附(fu)過(guo)程(cheng)符合Langmuir吸(xi)附(fu)等溫式。通過(guo)對吸(xi)附(fu)前后的海綿(mian)鐵(tie)進行電子顯微(wei)鏡掃描及表(biao)(biao)面(mian)光電子能(neng)譜掃描可(ke)以看出，在該(gai)吸(xi)附(fu)過(guo)程(cheng)中海綿(mian)鐵(tie)表(biao)(biao)面(mian)包裹了一層厚(hou)(hou)厚(hou)(hou)的膜(mo)，部分表(biao)(biao)面(mian)孔(kong)徑被覆蓋，孔(kong)隙(xi)率(lv)減小。以3.5%的硫酸作為再生液，再生效率(lv)可(ke)達90%。酸對吸(xi)附(fu)劑(ji)的有效再生能(neng)力驗證了吸(xi)附(fu)劑(ji)表(biao)(biao)面(mian)生成磷酸鐵(tie)膜(mo)的情(qing)況，由此可(ke)判斷(duan)，該(gai)吸(xi)附(fu)過(guo)程(cheng)是物理(li)吸(xi)附(fu)和化學吸(xi)附(fu)的綜合作用。

1.3 海綿鐵是由鐵和碳組成的合金，即由純鐵和Fe₃C及一些雜質組成。Fe₃C和其他雜質(zhi)顆粒以較小的顆粒形式(shi)分散在海綿鐵(tie)內，由于它們的電(dian)極電(dian)位比鐵(tie)的高，當處在電(dian)解(jie)質(zhi)溶液中(zhong)(zhong)時，就形成了無數(shu)個腐(fu)蝕微(wei)電(dian)池(chi)，當體(ti)系中(zhong)(zhong)有(you)活性炭等宏觀(guan)陰(yin)極材料存在時，又可以組(zu)成宏觀(guan)腐(fu)蝕電(dian)池(chi)。

電極反應生成的新生態Fe²⁺和進一步氧化生成Fe³⁺以及Fe³⁺的水合物具有較強的吸附—絮凝活性，特別是在加堿調pH值后生成了Fe(OH)₂和Fe(OH)₃膠體聚凝劑，它的吸附能力高于一般藥劑水解得到的Fe(OH)₃，能(neng)大量(liang)吸(xi)附分散的微小顆粒、金屬粒子以(yi)及有機大分子，從(cong)而絮凝沉(chen)淀(dian)下來(lai)。

在中性或偏酸性的環境中，海綿鐵本身及其所產生的新生態[H]、Fe²⁺等能與廢(fei)水(shui)中(zhong)許多組(zu)分發生氧化還原反應，如能破壞有色廢(fei)水(shui)中(zhong)有色物質的發色團(tuan)或助色團(tuan)，從而(er)可(ke)以脫色，降低COD及提高可(ke)生化性，還可(ke)以還原重(zhong)金(jin)屬離子、降低其毒性等。

另外，由于電(dian)(dian)池(chi)的電(dian)(dian)極周圍(wei)存在(zai)電(dian)(dian)場效應，使溶液中(zhong)的帶電(dian)(dian)粒子在(zai)電(dian)(dian)場作用下定向移動，富集并匯集到電(dian)(dian)極上，從而有利于除去印染(ran)廢(fei)水中(zhong)污染(ran)物。

用海綿鐵腐蝕電(dian)池法對蘭(lan)州某(mou)毛紡廠(chang)綜合污水(shui)進(jin)行了(le)(le)處理(li)研究(jiu)，結果表(biao)明印染廢(fei)水(shui)經過(guo)海綿鐵處理(li)后(hou)，脫色率達到82.86%-97.09%，COD去除率為(wei)35%-42%，污水(shui)B/C值由0.24-0.27升為(wei)0.45，大大提高了(le)(le)廢(fei)水(shui)的可生(sheng)化性，為(wei)廢(fei)水(shui)進(jin)一步生(sheng)化處理(li)提供了(le)(le)保證。

1.4 海綿鐵作為一種比表面積較大的吸附劑，對電鍍廢水中的Cr³⁺、Cr⁶⁺、氰化物等有一定的吸附作用。對Cr⁶⁺的吸附屬于Ⅰ型吸附，可用弗蘭德利希吸附等溫線來分析，對Cr⁶⁺的吸附(fu)去(qu)除率在10%左右。

海綿鐵在電鍍廢水中會形成原電池。在電池反應中鐵被腐蝕消耗，失去電子生成二價鐵離子，在有陰離子或酸根離子（如Cl^-、SOFe(OH)₂₄等）存在的情況下形成Fe²⁺的凝膠，是很好的絡合劑；同時Fe²⁺也進一步被氧化成Fe³⁺，還原廢水中的Cr⁶⁺，降低毒性；海(hai)綿鐵(tie)作為(wei)廉價的(de)電子(zi)提(ti)供者，在(zai)自身(shen)被還(huan)原的(de)同(tong)時還(huan)可還(huan)原電鍍廢水中的(de)氰化物(wu)，生成(cheng)了無毒的(de)氮氣，從(cong)而去(qu)除氰化物(wu)的(de)污(wu)染。

 采用海綿鐵處理電鍍廢水(shui)，內電解法凈(jing)化占主要因素，而(er)吸(xi)附作(zuo)用貢(gong)獻較(jiao)小。

海綿(mian)鐵(tie)處(chu)理(li)(li)電鍍廢(fei)水(shui)已(yi)成功應用于鐵(tie)道部四方(fang)車輛(liang)廠。該廠采用“微電解反應器+斜(xie)板沉(chen)淀+深度凈水(shui)器”處(chu)理(li)(li)工藝，于2000年4月投入生產。處(chu)理(li)(li)結果見表(biao)2。

表2

由表2可(ke)見，出水水質符合《污水綜合排(pai)放標準》（GB 8978-1996）中的標準。 

2、存在問題及發(fa)展趨勢

① 雖(sui)然海綿鐵的組成成分已(yi)基本清楚，但作(zuo)為一種金屬吸附劑時，其重要的兩個表(biao)面(mian)性質（即比(bi)表(biao)面(mian)積(ji)和(he)表(biao)面(mian)孔隙(xi)結構狀(zhuang)況）還未見報道。故對其物(wu)理、化(hua)學、表(biao)面(mian)性質進行進一步(bu)研究十(shi)分必要。

② 海綿鐵(tie)無論(lun)是(shi)(shi)用(yong)(yong)在(zai)鍋(guo)爐除氧(yang)中(zhong)(zhong)還是(shi)(shi)用(yong)(yong)在(zai)含磷廢水(shui)、有(you)機印染(ran)廢水(shui)、電鍍廢水(shui)的處理中(zhong)(zhong)都(dou)是(shi)(shi)采(cai)用(yong)(yong)固(gu)定(ding)床(chuang)操作方式(shi)，雖(sui)然(ran)與鐵(tie)屑相比板(ban)結(jie)現象有(you)所減緩，但是(shi)(shi)仍然(ran)十分嚴重。

鐵道部(bu)四方車輛廠利用海綿鐵處理電鍍(du)廢(fei)水時(shi)，海綿鐵微電解反(fan)應(ying)器(qi)經過一段時(shi)間的運行后，出現(xian)板結，繼而(er)出現(xian)溝流現(xian)象(xiang)，從而(er)降(jiang)低了處理效果。

蘭州(zhou)天際環保有限公司(si)提出了氣(qi)水聯合(he)反(fan)(fan)沖洗(xi)工(gong)藝，并(bing)結(jie)合(he)傳統的(de)污水處理理論(lun)采用(yong)均勻布水和定(ding)期反(fan)(fan)沖或(huo)氣(qi)水聯合(he)反(fan)(fan)沖相結(jie)合(he)的(de)方(fang)式，使(shi)海綿(mian)鐵(tie)部(bu)分呈流態(tai)化(hua)，部(bu)分解(jie)決了板(ban)結(jie)問(wen)題(ti)，但(dan)仍不完(wan)全，因此，海綿(mian)鐵(tie)的(de)板(ban)結(jie)問(wen)題(ti)仍然十分突出，需(xu)研究解(jie)決。

③ 當海綿鐵用于除氧時，在除去水中溶解氧使其達標的同時溶出了Fe²⁺，其含量一般在2-6mg/L，超出了國家標準。目前解決Fe²⁺超標的方法是增設軟化設備。由于Fe²⁺含量不高(gao)，軟化(hua)設備(bei)可控制較大流速(su)，以降低(di)運行(xing)成本。

在含(han)磷(lin)廢水(shui)處理中，由(you)于其(qi)較佳pH值為4-6，酸(suan)性較強，海綿鐵損失(shi)嚴重，處理水(shui)稍顯(xian)淺綠色，放置片刻后為黃色，由(you)此(ci)可知出水(shui)中也存在溶解性鐵離子，其(qi)含(han)量是否超(chao)過國家標準需進行(xing)檢測，如果超(chao)標需研究適當的(de)處理方(fang)法。

④ 采用海(hai)綿鐵(tie)處理電鍍(du)廢水時，鐵(tie)陽(yang)(yang)極在產生(sheng)亞鐵(tie)離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)同時，由于陽(yang)(yang)極區氫離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)消耗和氫氧根離(li)(li)子(zi)(zi)濃(nong)度(du)的(de)(de)增加，引起氫氧根離(li)(li)子(zi)(zi)在鐵(tie)陽(yang)(yang)極上放出電子(zi)(zi)，結果生(sheng)成鐵(tie)的(de)(de)氧化(hua)(hua)物(wu)，使鐵(tie)板陽(yang)(yang)極表(biao)面(mian)上生(sheng)成一層(ceng)不(bu)溶(rong)性的(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)，這種鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)具(ju)有(you)吸附(fu)能(neng)力，使陽(yang)(yang)極表(biao)面(mian)上粘(zhan)附(fu)一層(ceng)棕褐色的(de)(de)吸附(fu)物(wu)（主要是氫氧化(hua)(hua)鐵(tie)），從而影響處理效果。對(dui)此(ci)需繼續探討研(yan)究。

3、結論

① 海(hai)綿(mian)鐵價格(ge)低(di)廉(lian)、來(lai)源豐富(fu)，用于水處理(li)中(zhong)成本低(di)，而且(qie)設(she)備比較簡單，操作(zuo)容(rong)易，管理(li)方便。

② 海綿鐵用于有機印(yin)染廢(fei)水(shui)、電鍍廢(fei)水(shui)、含(han)磷廢(fei)水(shui)的(de)處理以及鍋爐(lu)除(chu)氧都有明顯效果，值得進(jin)一(yi)步研究開發。

③ 海綿鐵(tie)既可用于(yu)家庭的小型設(she)備，也可用于(yu)工業中(zhong)的中(zhong)型設(she)備和(he)自來水(shui)廠的大型設(she)備，應用前景(jing)廣闊，是一種(zhong)有發(fa)展前途的水(shui)處理材(cai)料。