用煤灰渣吸附法对印染废水进行深度处理

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摘要：印染行业废水经过絮凝、沉淀等方式处理后，仍然具有较深的颜色，用活性碳对其进行脱色深度处理，相对费用较高，而煤灰渣具有与活性碳相类似的微孔结构，因此具有一定的吸附脱色作用。本文既是针对用煤灰渣对印染废水脱色深度处理的机理、工艺参数选择进行探讨，结果表明，用煤灰渣对印染废水进行脱色深度处理具有一定的可行性。

关键词：印染废水；煤灰渣；微孔；吸附；脱色；饱和；工艺参数。

一、 前言

在通常的印染废水处理中，一般用活性碳对废水进行深度处理，但活性碳再生工艺复杂，处理费用较高，而煤灰渣本身是一种工业废物，以废治废，既能达到一定的处理效果，又可节省费用，减少污染。本文探讨的是在用絮凝法对印染废水进行处理后，用煤灰渣吸附法进行深度处理。

二、 印染废水简介

印染废水是由纺织工业产生的废水，由于产品品种、加工工艺和加工方式的不同，废水的性质和组成变化很大，主要的原材料有棉花、羊毛、蚕丝、涤纶、腈纶、维纶和粘胶纤维等，对不同的棉织物、毛织物、涤棉混纺织物来说，采用的加工工艺不同，但一般来说，印染厂大都包括退浆、煮练、漂白、丝光、染色、印花、整理等工序，故印染废水实际包括了这些工序排放的所有废水。

印染废水的碱度很高，PH值通常在9－12之间，高者可达14，水的颜色很深，含有大量的有机物和悬浮物，COD和BOD均很高，有的废水中还含有少量有毒物质。

三、煤灰渣吸附的机理

煤灰渣具有类似于活性碳的微孔结构，有一定的吸附能力，同时由于煤灰渣本身是一种废弃物，来源广泛，处理简单，用后不用再生，故在经济上是可行的，但由于其微孔不如活性碳多，所以它的吸附效果必然不如活性碳，另外，由于原煤品种的不同以及灼烧程度不同，致使煤灰渣的物理化学特性有所不同，其吸附效果孔有较大的差异。

1、煤灰渣多孔结构的形成。原煤是由烃类物质与矿物质相互掺杂而成的混合体，燃烧时，烃类物质燃烧释放出大量热能后，自身被氧化分解为CO2和水蒸汽，急速挥发排放。此时，矿物质几乎同时在同样的高温下失去结晶水而汽化为蒸汽，并发生熔融、热分解和氧化等一系列的物相与化学变化，因而同样以水蒸汽、CO2、SiO和SO2等气体急速挥发排放，使煤灰渣形成无数疏松而多孔的蜂窝状微孔结构。

2、煤灰渣的物理特性。查阅已有的研究资料，可得到煤灰渣的熔融温度为：1250－1450℃，密度为2.0－2.4g/cm3。煤灰渣的颗粒特性如下表：

粒度（m/m） 5.0 2.5 0.65 0.315 0.14 ＜0.14

百分含量（%） 1.95 3.10 8.40 34.65 41.90 10.00

比表面积为：2500－4500cm2/g。

在显微镜下，煤渣表面有很多的微孔结构，由于这种结构，必然对分子量较大的染料和助剂有一定的吸附性能，但是与活性碳相比较，其孔径要比活性碳的孔径大十到几十倍，因而它的吸附性能不如活性碳。

3、煤灰渣的化学特性。大多数煤灰渣的组成如下：

组分 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 其它

含量（%） 44.16 25.03 10.72 9.62 10.47

原煤中的矿物质经1100－1400℃的高温熔炼后，残留的煤灰渣中含有较多的酸性金属氧化物，而略具有水硬胶凝性能，在水存在的条件下，尤其水中含有CaO等碱性物质时，发生水化反应并生成不溶于水、化学性质稳定的含水硅酸盐和铝酸盐，从而使煤灰渣具有阴离子基团而带有负电荷，具有吸附作用；又由于Al2O3 、CaO、Fe2O3、MgO等氧化物在水中水解生成金属氢氧化物，从而发生絮凝作用和电性中和的作用。

4、煤灰渣对染料与助剂的吸附作用。煤灰渣对水中污染物的吸附作用是由两方面的推动力促成的，一方面是废水中水分子对污染物的排斥作用，另一方面是煤灰渣对污染物的亲和作用。

5、煤灰渣的电性中和作用。由于煤灰渣在水中能形成阴离子基团而带负电荷，对水中的阳离子以及分子结构中带有正电荷的物质都有良好的去除作用，但对分子中无正电荷的低分子物质基本无作用。对于印染废水来说，由于水中污染物大都带有负电荷，因而煤灰渣的电性中和作用基本不发生，对污染物的去除主要依赖于煤灰渣的吸附作用。

三、 静态小试

1、 煤灰渣的处理

取烟煤灰渣在110－120℃下烘干后，筛选10－20目、20－40目以及粒径在12±2mm的三种煤渣（以下称小、中、大颗粒），经水选后，用10%的硫酸浸泡2hr，然后再用清水洗至中性。这样煤灰渣的微孔数目增多，其吸附脱色能力有较大提高，将煤渣烘干后即可用于吸附。

2、 煤渣吸附平衡时间的确定

以絮凝出水做原水（下同），其色度为130倍，呈粉红色，在250 ml锥形瓶中加入150ml原水，加入三种不同粒径处理后的煤渣，投加量均为7.0g，振荡不同的时间后测出水色度，并测绘出水色度－振荡时间曲线如下：

由曲线可看出三种粒径煤渣的平衡时间分别为：

大颗粒：120min；中颗粒：90min；小颗粒：60min；

3、 煤渣粒径的选择

分别取三种不同粒径的煤渣3、5、7、9、11、13、15g，原水150ml，在250ml锥形瓶中振荡到相应的平衡时间，然后测出水色度，并绘制出水色度－煤渣量曲线如下：

从曲线看，三种粒径煤渣的吸附曲线斜率及位置都相差不多，表明三种粒径煤渣的吸附能力基本相同，当出水色度在50倍时，几乎没有颜色，此时三种煤渣用量相差不多，仅是它们的吸附平衡时间不同，粒径小者时间短，粒径大者时间长。在实践中，粒径太小，对煤灰渣的筛选很不方便，故选用大颗粒的煤渣作吸附剂。

由于大颗粒煤渣的吸附平衡时间较长，而在实践中只要达到一定的处理效果，不一定必须达到吸附平衡，故可适当增加煤渣用量。在六个250ml锥形瓶中分别加入150ml原水、10.0g煤渣，振荡时间分别为20、30、40、60、80、100min，分别测出水色度，并绘制出水色度－振荡时间曲线，如下：

从曲线可看出，在煤渣量增加到10.0g时，只要振荡60min即可达到较好的处理效果，出水几乎没有颜色。因此，可将废水与煤渣的接触时间定为60min。

四、 动态小试

用大颗粒煤渣填装吸附柱，处理絮凝出水，实验参数为：

动态试验的通水倍数为27l水/1kg煤渣。原水色度为97倍，粉红颜色。测得动态吸附曲线如下：

由上述曲线看出，当煤渣柱运行时间达到10hr时，出水色度为47倍。在此之后，即使时间延长，出水颜色无明显变化。

煤渣柱的动态试验表明，煤渣对该种印染废水有较好的脱色效果，脱色率为50%左右，存在的问题是煤渣柱的使用周期过短，在实践中煤渣装卸过于频繁，不便于生产运行。

六、结论

1、用煤灰渣吸附法对含有酸性、直接及少量活性染料的印染废水进行深度脱色处理时，处理效果理想，能够达到该行业排放标准。

2、当废水中活性染料成份太高时，脱色效果不理想，色度去除率较低。

3、将工艺参数放大后，煤渣吸附柱的尺寸及工艺参数如下：

日处理量为50M3，煤渣柱运行时间为一日。

4、用煤渣作吸附剂脱色时，煤渣柱的饱和时间太短，在通水倍数为27l水/kg煤渣时，其饱和时间为10小时，这是因为煤渣的吸附容量小所致，若要延长运行时间，需加大煤渣用量。并可考虑在煤渣柱之后再加活性碳柱，从而使两柱的运行时间都能得到延长。

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