粉煤灰在水处理中的应用

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[摘 要]利用粉煤灰对水中杂质的吸附性能和混凝过滤作用来处理废水，可以以废治废，而且处理费用低，原料获取方便。本文介绍了粉煤灰的物化特性、处理废水的原理，归纳了粉煤灰在各种废水处理中的应用。

[关键词]粉煤灰；机理；应用

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0003-01

1、粉煤灰的理化性质

粉煤灰通常是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出被收集的物质。粉煤灰一般呈灰褐色，通常呈酸性，比表面积在2500―7000cm2/g，尺寸从几百微米到几微米，多为球状颗粒，主要成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，有时候还含有比较高的CaO，还含有未燃尽的碳、未发生变化的矿物如石英等和碎片等，而相当大比例通常大于是粒径小于10μm的球状铝硅颗粒。

1.1 物理特性

粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积、需水量等，这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范围很大，这就决定了其物理性质的差异也很大。

粉煤灰的物理性质中，细度和粒度是比较重要的项目。它直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的细度影响早期水化反应，而化学成分影响后期的反应。

1.2 化学特性

粉煤灰的主要化学成份为硅、铝和镁的氧化物，其中SiO2+Al2O3，在通常情况下的总含量超过70%以上，其次为钙、镁、硫及未燃烬的碳，钾、钠的含量都较小。虽然粉煤灰和土的化学成份很相似，但化学性质有明显差异性。前者具有火山灰特性，在碱性物质激发作用下，与SiO2、Al2O3等物质进行水化反应，生成农化产物发生凝固作用，使粉煤灰颗粒胶结固化成块体结构，提高了粉煤灰的强度.降低压缩性。在一般情况下，粉煤灰中的氧化钙或硫酸钙的含量越高，其凝固作用越大，高钙灰的自硬度很高。未燃烬的碳粒会提高粉煤灰的最优含水量和降低最大千密度，并使粉煤灰的凝固作用减弱。

2 粉煤灰在水处理中的应用

粉煤灰比表面积大，吸附性能好，是很好的吸附水处理材料。从目前的研究成果来看直接利用粉煤灰作为吸附剂可以对含磷废水、含重金属废水、生活废水等进行有效处理。

2.1 处理废水的原理

煤粉经过高温燃烧产生的粉煤灰经熔融、冷却等物理化学过程，粒度较细，粉煤灰表面积大、多孔、具有一定的活性基团，其吸附作用主要包括物理吸附和化学吸附两种。

2.1.1 物理吸附

粉煤灰与吸附质（污染物分子）间通过分子间引力产生吸附，这一作用受粉煤灰的多孔性及表面积决定。物理吸附特征主要是吸附时粉煤灰颗粒表面活性降低、放热，故在低温下可自发进行；对于低浓度废水，粉煤灰等温吸附可以用Freundlieh公式表示：

式中：qe为平衡吸附量，mg/g；Ce为平衡浓度，mg/g；k、n为经验常数。k值越大吸附性能越强，n在2―10时吸附易于进行。

其次是其无选择性，因而对各种污染物都有一定吸附去除能力。

2.1.2化学吸附

粉煤灰存在着大量的Si，Al等活性物，能与吸附质通过化学键发生结合。化学吸附特点是其选择性强，通常为不可逆反应。在通常情况下，两种吸附作用同时存在，但在不同条件下（pH、温度等）所体现出的优势不同，导致粉煤灰吸附性能变化。

2.2含磷废水

粉煤灰对污水中的磷有一定的去除作用，去除率达60 % - 70 %。粉煤灰对磷的吸附受pH 值的影响较大，中性条件下磷去除率最好。磷的初始质量浓度对磷的去除效果有很大影响，粉煤灰适合处理低浓度含磷废水。对含磷浓度5mg/L - 10mg/L 的废水，可直接处理。而粉煤灰粒度大小对磷的去除影响不大。

2.3含重金属废水

利用粉煤灰处理重金属废水，其工艺流程比较简单，如图2-1所示。

Ca（OH）2、Na2S、FeSO4

粉煤灰因对水中杂质具有较好的吸附性能，目前国内外不少学者都对粉煤灰及其改性产物处理含重金属废水进行了研究。Panday等应用粉煤灰处理含Cu2+、Zn2+ 的废水，去除效率分别为100%和93%，出水全部达到排放标准以下。G Steenbruggen，G GHollma利用粉煤灰合成沸石，通过沸石化过程，阳离子交换容量可大幅度增大。吸附实验表明，沸石化粉煤灰吸附重金属离子的能力大小为：Cu > Cd > Ni。国内郭永龙等利用粉煤灰合成沸石处理重金属污水，研究中利用粉煤灰合成沸石对含有Cu2+、Pb2+、Cd2+的水样进行振荡实验，达到平衡所需的时间约为3h，Cu2+吸附容量有9.56mg/L，且对污水中重金属离子的去除率随pH值降低而降低。在同等条件下，利用粉煤灰处理含Cu2+ 的污水，其吸附容量仅为6.49 mg/L，低于合成沸石。

2.4 生活废水

粉煤灰可去除生活废水中的COD、BOD、色度等。粉煤灰对生活污水中的COD有较强的吸附作用。陈荣平[2]研究发现，粉煤灰在处理生活废水中的主要影响因素：粉煤灰的投入量、搅拌时间、加热温度等。

2.4.1 粉煤灰的投入量对生活废水处理的影响

移取100.0 mL生活废水，放人400mL烧杯中，分别加入2.5，5.0，7.5，10.0，12.5，15.0g的粉煤灰，设定水浴温度2OoC，搅拌时问30min进行实验。依次测定处理后生活废水的COD。结果发现，开始阶段随着粉煤灰投入量的增加，COD的去除率增加，当投入的粉煤灰量为10.0g时，COD的去除率达到最大，之后随着粉煤灰质量的增加，COD去除率降低。

2.4.2 搅拌时间对生活废水处理的影响

移取100.0mL生活废水，放入400mL烧杯中，加入粉煤灰10.0g，设定水浴温度20o C，搅拌时间分别为0.5，1.0，1.5，2.0，3.0，4.0，8.0，12.0，24.0h进行实验。依次测定处理后生活废水的COD。在开始时随着搅拌时间增长，COD去除率显著增加，直到搅拌时间达到12h，COD去除率达到最大值；而在24h，COD去除率逐渐降低。虽然在12h时COD去除率达到最大值，但从4h以后，COD去除率增加缓慢，所以，确定4h为最佳搅拌时间。

2.5 处理其他废水

焦化废水主要是在焦化生产过程中产生的剩余氨水、粗苯终冷水和产品加工过程中的废水，水中含有酚、油、硫化氢、氰化物、硫氰化物、吡啶、苯等多种有害物质，COD一般在1200-1800mg/L之间。传统的焦化废水处理方法是生化处理如活性污泥法，外排水COD浓度在200-400mg/L，不符合国家有关废水排放标准的要求。采用粉煤灰净化生化出口水，可使污染物含量达到国家限值要求，同时有较好的脱色除臭效果。如对COD为1761.44mg/L的焦化废水进行试验，单独进行生化处理后COD降为218mg/L；按照15kg/m3添加粉煤灰与生化联合处理后COD为44.14 mg/L，粉煤灰对COD 的去除率达80%。

参考文献

[1] 许佩瑶，吴世军.粉煤灰处理含重金属废水的研究进展[J].煤炭工程，2009，3（2）：95-97

[2] 陈荣平.粉煤灰处理生活废水的研究[J].化学工业与工程技术，2008，29（6）：16-18