改性粉煤灰處理含鉻廢水的實驗研究

田瑩

摘要：我國是一個燃煤大國，每年有近億噸粉煤灰排放，大量粉煤灰堆放，不僅占用土地，而且對環(huán)境造成很大危害。利用鹽酸對粉煤灰進行改性，處理含鉻廢水效率達到80%，為實現(xiàn)清潔生產(chǎn)等可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供強有力的技術支持，實用意義顯著。

關鍵詞改性粉煤灰 吸附 含鉻廢水處理

1 前言

鉻既是生物的必需元素，又是有毒的污染元素。因此發(fā)展含鉻廢水處理技術，不僅有利于環(huán)境保護，而且可以促進工業(yè)發(fā)展和人類社會的進步。粉煤灰是具有一定活性的球狀細小顆粒,對于水中雜質具有較好的吸附性能,利用粉煤灰對含鉻廢水進行處理可謂以廢治廢,且費用低廉,處理效果好。通過開展對粉煤灰理化特性的研究，通過實驗探索粉煤灰在對含鉻廢水處理方面應用的可行性不僅具有理論學術上的探索意義，更為解決今后粉煤灰的安全處置及綜合利用、保護礦山生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)清潔生產(chǎn)等可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供強有力的技術支持，實用意義顯著。

2 改性粉煤灰的制備

本次實驗采用滄州市發(fā)電廠貯灰場中的粉煤灰。實驗中我們對滄州市發(fā)電廠貯灰場中的含有水分的濕粉煤灰進行取樣，將制好的粉煤灰試樣進行多元素分析，測試結果列于表2-1。

表2-1 發(fā)電廠粉煤灰化學組成

由上表可知：滄州市發(fā)電廠粉煤灰試樣中SiO2、Al2O3含量較高，特別是Al2O3，其含量已略高于Al2O3的上限值；Fe2O3、Na2O、K2O及燒失量值較低；而MgO及CaO含量適中。電廠粉煤灰試樣中含大量SiO2、Al2O3，提供了大量的Si、Al等活性點，有利于化學吸附的進行。又因滄州市電廠的粉煤灰中除硅外，鋁含量高，鐵含量低。因此需加入鐵類物質，補充鐵的不足，所選用的鐵類物質為石家莊鋼廠轉爐鐵泥，其化學成分如下表2-2所示：

表2-2 鐵泥成分

成分 總鐵 Al2O3 CaO MgO 燒失量

含量(%) 13.29 0.53 1.71 3.80 3.18

為了實驗的簡便,在進行配比的時候就根據(jù)經(jīng)驗把改性粉煤灰的活化時間取定為15min(因其已經(jīng)足夠滿足活化要求),鹽酸濃度取1.5mol/L,粉煤灰的量取0.3g,鐵泥60mg.取60mg的鐵泥，用1.5mol/L的鹽酸溶解，再加入0.3g粉煤灰于恒溫水浴鍋中加熱(酸用量與灰量之比為2∶1（ml/g）)15min，制得改性粉煤灰。

3 分析方法

實驗討論了改性粉煤灰對含鉻廢水的吸附性能，主要目的是通過二苯碳酰二肼分光光度法測定Cr6+探討改性粉煤灰能否處理含鉻廢水，計算去除率大小，得出影響處理效果的主要因素和達到最佳效果的實驗條件。

4 主要影響因素

4.1 時間

實驗過程中溶液濃度隨著吸附時間的增長逐漸降低。而且在前20min內急劇下降，在隨后的時間內下降趨于緩慢，去除率在20min以后基本都在80%以上。

4.2 pH值

酸度對粉煤灰吸附性能的影響很大，在酸性條件下吸附性能最好，堿性條件次之，中性條件最差。在酸性條件下改性粉煤灰對Cr6+去除率最高達到90%。

4.3 廢水初始濃度

處理后溶液濃度隨著初始濃度的降低逐漸降低。而且在初始濃度從500mg/L到200mg/L下降的過程中處理后的溶液濃度也快速下降，在隨后的時間內下降趨于緩慢，且初始濃度越低越能達到較好的處理效果。

4.4 粉煤灰投加量

根據(jù)投灰量和相應處理后的溶液濃度可以看出處理后溶液濃度隨著投灰量的增長逐漸降低。而且投灰量在增至5g之前急劇下降，在隨后增加劑量時下降趨于緩慢，因此在實際應用中，為了節(jié)約成本，減少投灰量，應取投加量在5g時為宜。

4.5 溫度

溶液濃度隨著溫度的升高逐漸增大。而且溫度增至50℃時處理后溶液的濃度達到最大。用酸活化粉煤灰處理含鉻廢水是一個既有物理作用又有化學作用的復雜過程,溫度對這些過程均有不同程度的影響?？傮w來看,隨著溫度升高,去除率逐漸降低,這是因為吸附的過程總是放熱的,溫度升高,不利于吸附的進行。僅就物理吸附而言,其吸附速度很快,分子一觸及表面即被吸附,所以吸附的速率受傳質阻力控制,在低溫下常有較大的速率,溫度高時,水分蒸發(fā)量增大,對去除率的測定有一定影響。因此改性粉煤灰處理含鉻廢水溫度適宜控制在10℃。

5 處理結果

5.1 最佳實驗條件

改性粉煤灰處理含鉻廢水具有最佳實驗條件，即時間、pH值、灰水比、廢水的初始濃度、溫度分別控制在20min、2、10、200mg/L、10℃。

5.2 處理結果

在整個實驗過程中，我們可以看出改性粉煤灰在條件適宜的情況下對Cr6+的去除率基本在80%以上，甚至可以達到90%，這是我們所希望看到的。同時也證明了改性后的粉煤灰處理效果和使用價值方面都有很大的進步。因此，用改性粉煤灰處理含鉻廢水是實際生產(chǎn)中可行的以廢治廢的方法。

6 結論

實驗對改性粉煤灰在含鉻廢水處理中的應用進行了研究，考察了改性粉煤灰對Cr6+的吸附性能。得出了以下結論：

（1）粉煤灰改性成功 在一定溫度下用酸溶粉煤灰并添加少量鐵物質的方法，對粉煤灰進行改性；改性后粉煤灰的活性點增加，大大提高了吸附性能。

（2）改性粉煤灰處理含鉻廢水具有最佳實驗條件，即時間、pH值、灰水比、廢水的初始濃度、溫度分別控制在20min、2、10、200mg/L、10℃。

改性粉煤灰是一種新型的水處理劑,來源廣泛,價格低廉，處理工藝簡單,并具有化害為利、變廢為寶、節(jié)約資源等優(yōu)點，因此具有廣闊的應用前景。隨著研究的深入,改性粉煤灰在廢水處理中的應用領域和方式也將不斷擴展。

參考文獻

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注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。