摘要：本文講述了新型水處理材料海綿鐵在鍋爐除氧和含磷廢水、有機(jī)印染廢水、電鍍廢水中的試驗(yàn)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了其中存在的問題及進(jìn)一步的研究方向。

海綿鐵是一種新型水處理材料，它是由精礦粉和氧化鐵磷經(jīng)過研磨、磁選后再高溫?zé)�結(jié)，然后冷卻、沖洗、破碎，再重新磁選和篩選而制得的廉價(jià)多孔狀顆粒物質(zhì)，其主要組成及各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。

表1

全鐵（%）	金屬鐵（%）	碳及其他雜質(zhì)（%）	密度（g/cm3）	堆積密度（g/cm3）	粒徑（mm）	外觀
96-97	90	3-4	2.3-2.7	1.7-1.88	0.5-3.0	灰黑色有亮點(diǎn)、疏松海綿狀

就成分而論，海綿鐵與傳統(tǒng)水處理中鐵屑濾料很相似，它具有比表面積大、比表面能高以及電化學(xué)富集、氧化還原、物理吸附、絮凝沉淀性能更好等特點(diǎn)，且其價(jià)格低廉、再生簡(jiǎn)單，故近年來越來越受到關(guān)注。

1、在水處理中的應(yīng)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(fā)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(xué)除氧原理，其產(chǎn)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(qiáng)，可大量吸附離子，當(dāng)水中鈣、鎂鹽類晶體剛剛形成時(shí)，其核心聚集在Fe(OH)₃膠體表面，使其晶格的生長(zhǎng)受到干擾，變?yōu)榭呻S水流動(dòng)的水渣，這可以達(dá)到防垢的目的。

當(dāng)海綿鐵反應(yīng)生成的Fe(OH)₃累積到一定程度后，經(jīng)反沖洗即可恢復(fù)初始除氧能力。

海綿鐵除氧與傳統(tǒng)的除氧方法相比，操作方便，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，常溫下即可運(yùn)行，節(jié)省能源且除氧效率高、效果穩(wěn)定，出水符合國(guó)家鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 海綿鐵對(duì)廢水中的磷去除效果顯著，筆者通過模擬試驗(yàn)得出以海綿鐵作為吸附劑去除水中磷的較佳試驗(yàn)條件：粒徑為0.5-1.0mm，吸附溫度為25℃，pH值為4-6，靜態(tài)接觸時(shí)間為20min。

海綿鐵對(duì)磷的吸附過程符合Langmuir吸附等溫式。通過對(duì)吸附前后的海綿鐵進(jìn)行電子顯微鏡掃描及表面光電子能譜掃描可以看出，在該吸附過程中海綿鐵表面包裹了一層厚厚的膜，部分表面孔徑被覆蓋，孔隙率減小。以3.5%的硫酸作為再生液，再生效率可達(dá)90%。酸對(duì)吸附劑的有效再生能力驗(yàn)證了吸附劑表面生成磷酸鐵膜的情況，由此可判斷，該吸附過程是物理吸附和化學(xué)吸附的綜合作用。

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(zhì)組成。Fe₃C和其他雜質(zhì)顆粒以較小的顆粒形式分散在海綿鐵內(nèi)，由于它們的電極電位比鐵的高，當(dāng)處在電解質(zhì)溶液中時(shí)，就形成了無數(shù)個(gè)腐蝕微電池，當(dāng)體系中有活性炭等宏觀陰極材料存在時(shí)，又可以組成宏觀腐蝕電池。

電極反應(yīng)生成的新生態(tài)Fe²⁺和進(jìn)一步氧化生成Fe³⁺以及Fe³⁺的水合物具有較強(qiáng)的吸附—絮凝活性，特別是在加堿調(diào)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，能大量吸附分散的微小顆粒、金屬粒子以及有機(jī)大分子，從而絮凝沉淀下來。

在中性或偏酸性的環(huán)境中，海綿鐵本身及其所產(chǎn)生的新生態(tài)[H]、Fe²⁺等能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，如能破壞有色廢水中有色物質(zhì)的發(fā)色團(tuán)或助色團(tuán)，從而可以脫色，降低COD及提高可生化性，還可以還原重金屬離子、降低其毒性等。

另外，由于電池的電極周圍存在電場(chǎng)效應(yīng)，使溶液中的帶電粒子在電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)，富集并匯集到電極上，從而有利于除去印染廢水中污染物。

用海綿鐵腐蝕電池法對(duì)蘭州某毛紡廠綜合污水進(jìn)行了處理研究，結(jié)果表明印染廢水經(jīng)過海綿鐵處理后，脫色率達(dá)到82.86%-97.09%，COD去除率為35%-42%，污水B/C值由0.24-0.27升為0.45，大大提高了廢水的可生化性，為廢水進(jìn)一步生化處理提供了保證。

1.4 海綿鐵作為一種比表面積較大的吸附劑，對(duì)電鍍廢水中的Cr³⁺、Cr⁶⁺、氰化物等有一定的吸附作用。對(duì)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(duì)Cr⁶⁺的吸附去除率在10%左右。

海綿鐵在電鍍廢水中會(huì)形成原電池。在電池反應(yīng)中鐵被腐蝕消耗，失去電子生成二價(jià)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(luò)合劑；同時(shí)Fe²⁺也進(jìn)一步被氧化成Fe³⁺，還原廢水中的Cr⁶⁺，降低毒性；海綿鐵作為廉價(jià)的電子提供者，在自身被還原的同時(shí)還可還原電鍍廢水中的氰化物，生成了無毒的氮?dú)�，從而去除氰化物的污染�?

采用海綿鐵處理電鍍廢水，內(nèi)電解法凈化占主要因素，而吸附作用貢獻(xiàn)較小。

海綿鐵處理電鍍廢水已成功應(yīng)用于鐵道部四方車輛廠。該廠采用“微電解反應(yīng)器+斜板沉淀+深度凈水器”處理工藝，于2000年4月投入生產(chǎn)。處理結(jié)果見表2。

表2

項(xiàng)目	Cr6+（mg/L）	Zn2+（mg/L）	pH	總鉻（mg/L）
原水	6	4	3-10
出水	0.010	0	8.42	0.014
排放標(biāo)準(zhǔn)	0.5	5.0	6-9	1.5

由表2可見，出水水質(zhì)符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）中的標(biāo)準(zhǔn)。

2、存在問題及發(fā)展趨勢(shì)

① 雖然海綿鐵的組成成分已基本清楚，但作為一種金屬吸附劑時(shí)，其重要的兩個(gè)表面性質(zhì)（即比表面積和表面孔隙結(jié)構(gòu)狀況）還未見報(bào)道。故對(duì)其物理、化學(xué)、表面性質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步研究十分必要。

② 海綿鐵無論是用在鍋爐除氧中還是用在含磷廢水、有機(jī)印染廢水、電鍍廢水的處理中都是采用固定床操作方式，雖然與鐵屑相比板結(jié)現(xiàn)象有所減緩，但是仍然十分嚴(yán)重。

鐵道部四方車輛廠利用海綿鐵處理電鍍廢水時(shí)，海綿鐵微電解反應(yīng)器經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，出現(xiàn)板結(jié)，繼而出現(xiàn)溝流現(xiàn)象，從而降低了處理效果。

蘭州天際環(huán)保有限公司提出了氣水聯(lián)合反沖洗工藝，并結(jié)合傳統(tǒng)的污水處理理論采用均勻布水和定期反沖或氣水聯(lián)合反沖相結(jié)合的方式，使海綿鐵部分呈流態(tài)化，部分解決了板結(jié)問題，但仍不完全，因此，海綿鐵的板結(jié)問題仍然十分突出，需研究解決。

③ 當(dāng)海綿鐵用于除氧時(shí)，在除去水中溶解氧使其達(dá)標(biāo)的同時(shí)溶出了Fe²⁺，其含量一般在2-6mg/L，超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。目前解決Fe²⁺超標(biāo)的方法是增設(shè)軟化設(shè)備。由于Fe²⁺含量不高，軟化設(shè)備可控制較大流速，以降低運(yùn)行成本。

在含磷廢水處理中，由于其較佳pH值為4-6，酸性較強(qiáng)，海綿鐵損失嚴(yán)重，處理水稍顯淺綠色，放置片刻后為黃色，由此可知出水中也存在溶解性鐵離子，其含量是否超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)需進(jìn)行檢測(cè)，如果超標(biāo)需研究適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ā?

④ 采用海綿鐵處理電鍍廢水時(shí)，鐵陽極在產(chǎn)生亞鐵離子的同時(shí)，由于陽極區(qū)氫離子的消耗和氫氧根離子濃度的增加，引起氫氧根離子在鐵陽極上放出電子，結(jié)果生成鐵的氧化物，使鐵板陽極表面上生成一層不溶性的鈍化膜，這種鈍化膜具有吸附能力，使陽極表面上粘附一層棕褐色的吸附物（主要是氫氧化鐵），從而影響處理效果。對(duì)此需繼續(xù)探討研究。

3、結(jié)論

① 海綿鐵價(jià)格低廉、來源豐富，用于水處理中成本低，而且設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作容易，管理方便。

② 海綿鐵用于有機(jī)印染廢水、電鍍廢水、含磷廢水的處理以及鍋爐除氧都有明顯效果，值得進(jìn)一步研究開發(fā)。

③ 海綿鐵既可用于家庭的小型設(shè)備，也可用于工業(yè)中的中型設(shè)備和自來水廠的大型設(shè)備，應(yīng)用前景廣闊，是一種有發(fā)展前途的水處理材料。