廢舊鋁、鐵片粉煤灰復合混凝劑的制備及在廢水處理中的應用

邸靜粉

（趙縣環(huán)境監(jiān)測站，河北石家莊051530）

1 試驗用原料簡介

粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰。我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO等，其化學組成含量見表1[1]。由于粉煤灰顆粒極細，具有很大的比表面積，所以吸附能力極強，且粉煤灰中含有大量鋁的氧化物，可將其資源化制得粉煤灰復合混凝劑。

表1 粉煤灰化學成分及含量%

隨著社會生產(chǎn)發(fā)展和人民生活水平的提高，鋁、鐵材料的固體廢物越來越多。本研究選用的實驗原料是鋁制的可樂易拉罐，這種易拉罐隨處可得。經(jīng)有關試驗選用鐵制品效果亦可。

經(jīng)查閱文獻，本研究選用1mol/LHCl+1mol/L H2SO4的混合酸[1]。

2 復合混凝劑的制備

稱取經(jīng)800℃焙燒[2]、研磨過400目篩的粉煤灰60 g，在90℃加熱[2]、攪拌的條件下，用180m l混酸充分浸漬2 h，加入易拉罐碎片至鋁不再溶解，所得混合物即為廢舊鋁、鐵片、粉煤灰復合混凝劑，制備流程見圖1。粉煤灰在酸浸漬后，其表面或微孔內(nèi)變得更加粗糙，比表面積顯著增大，這相當于表面被活化，活化后的粉煤灰對有機物的吸附能力更強，同時用酸浸粉煤灰提取其中具有混凝作用的鋁、鐵，形成具有助凝效果的活性硅酸[3]，用強酸溶解鋁片，使鋁含量達到最大，形成具有良好混凝效果的鋁的高聚物，使得自制粉煤灰混凝劑效果更好。該混凝劑為液體狀態(tài)，呈淡黃色，用時稀釋10倍。該混凝劑各項指標見表2。

圖1 廢舊鋁、鐵片、粉煤灰復合混凝劑制備流程

表2 復合混凝劑指標 %

3 屠宰廢水水質(zhì)特點

實驗廢水來自一家肉類加工有限公司，該廠廢水主要含有屠宰過程中產(chǎn)生的豬血、豬毛、豬糞便、內(nèi)臟雜物、未消化食物及碎肉、油脂等。廢水呈紅褐色，溶解性物質(zhì)含量較高，有機物含量、SS、濁度、色度均較高。經(jīng)測定原水水質(zhì)指標COD、SS、pH值、濁度、色度如表3。

表3 原水水質(zhì)指標

4 混凝實驗

4.1 混凝水力條件

先以250 r/min快速攪拌2 min，再以50 r/min慢速攪拌15min，沉淀20min。

4.2 混凝劑最小投加量

取400 ml廢水于混凝攪拌機上，以50 r/min慢速攪拌，加入1ml稀釋后的自制混凝劑，幾秒鐘后再加1 ml，直至有礬花出現(xiàn)，此劑量即為最小投加量。通過實驗得出，混凝劑最小投加量為10%的自制混凝劑4ml。

4.3 混凝的最佳pH值

用7個玻璃杯分別取相同的400 m l廢水于混凝攪拌機上，調(diào)節(jié)廢水pH值分別為4，5，6，7，8，9，10，同步加10%的自制混凝劑4 ml，按照設定混凝水力條件處理廢水。混凝后分別取上清液測定COD、SS、pH值、濁度、色度，測定數(shù)據(jù)見表4，并分別作COD、SS、濁度、色度隨pH值的變化曲線（見圖2）?；炷罢{(diào)節(jié)pH值在6～7的范圍內(nèi)時，混凝后出水的COD、SS、濁度、色度都達到最小值，并且出水的pH值在7左右，由此可以確定混凝的最佳pH值范圍是6～7。

表4 不同pH值相同混凝劑投加量混凝后水質(zhì)指標

在不同pH條件下加入等量混凝劑，其混凝處理效果不同，這是因為所用的自制混凝劑除了高溫酸浸的粉煤灰起吸附沉降作用外，還有鋁鹽、鐵鹽的水解產(chǎn)物起作用，鋁鹽、鐵鹽加入水中，一定條件下（水溫、pH值、加藥量等）經(jīng)水解、聚合或配合反應形成多種形態(tài)產(chǎn)物，一般分成4類：水合離子、單核羥基配合物、多核羥基配合物或聚合物、氫氧化物沉淀物，其水解產(chǎn)物不同，混凝機理和效果就不同[4，5]：

圖2 濁度、COD、色度、SS隨pH值的變化曲線

pH＜3.5時，水解產(chǎn)物主要是水合離子，混凝機理主要為壓縮雙電層作用。pH值在4～5時，水解產(chǎn)物主要是單核、多核羥基配合物，混凝機理主要為吸附—電性中和作用。pH值在6～7時，水解產(chǎn)物主要是電中性的聚合物，混凝機理主要為吸附架橋作用，即水解出的高分子物質(zhì)與膠粒的吸附與橋連[4，5]。高分子鏈的一端吸附了某一膠粒后，另一端又吸附另一膠粒，形成“膠?！叻肿印z?！钡幕炷w，產(chǎn)生沉降。pH＞8.5時，水解產(chǎn)物主要是氫氧化鋁沉淀，混凝機理主要為網(wǎng)捕—卷掃作用機理。實際上在各pH值之下，幾種水解產(chǎn)物、幾種混凝機理同時存在，只是程度不同，所以混凝效果不同。

4.4 混凝劑最佳投加量

（1）取7個400 ml廢水于混凝攪拌機上，分別調(diào)節(jié)其pH值為6，同步分別加入10%的混凝劑3ml、4ml、5 ml、6 ml、7m l、8 ml、9 ml，按設定水力條件進行實驗，測定出水各項指標如表5，分別作濁度、COD、色度、SS隨投加量變化曲線如圖3。由圖3可知，pH值為6、投加量為5～7ml時，出水的pH值在7左右，COD、SS、濁度、色度都達到最小值。所以pH=6時，最佳投加量為5～7ml，相當于每噸廢水的最佳混凝劑用量為12～18 L。

表5 廢水pH為6時不同混凝劑投加量混凝后水質(zhì)指標

圖3 COD、SS、濁度、色度隨混凝劑投加量的變化

（2）取7個400 m l廢水，調(diào)節(jié)pH=7，同步分別加10%的混凝劑3 ml、4 ml、5 ml、6 ml、7 ml、8 ml、9 m l，按設定水力條件重新進行實驗，測定結(jié)果如表6，濁度、COD、色度、SS隨投加量變化曲線見圖4。由圖4可知，pH值為7、投加量為5～7m l時，出水的pH值在7左右，COD、SS、濁度、色度都達到最小值，所以pH=7時，最佳投加量為5～7 ml，相當于每噸廢水的最佳混凝劑用量為12～18 L。

由圖3、圖4可以看出，并不是混凝劑用量越大處理效果越好，這是因為混凝劑的用量取決于膠體的濃度、電性正負和電荷數(shù)量以及混凝過程的pH值。各種混凝劑都有在相應條件下的最佳投加量，低于或超過這個用量都會使混凝效果下降。pH值為6～7時，自制復合混凝劑的水解產(chǎn)物都以電中性的聚合物為主，混凝機理都以吸附架橋作用機理為主，投加量小于5 ml時，混凝劑用量不足，混凝作用不徹底，投加量增加到5～7ml時，混凝作用最好，投加量大于7ml時，由于混凝劑過量，生成了氫氧化物沉淀，混凝效果反而不好，這也就是所謂的“再穩(wěn)”現(xiàn)象[6]。

表6 廢水pH為7時不同混凝劑投加量混凝后水質(zhì)指標

圖4 COD、SS、濁度、色度隨混凝劑投加量的變化

5 結(jié)論及可行性分析

通過實驗，在設定的水力條件下，用自制粉煤灰復合混凝劑處理屠宰廢水的最佳pH值為6～7，最佳用量為每噸廢水需混凝劑12～18 L。處理后出水水質(zhì)良好，各指標見表7。

我國粉煤灰排放量不斷增加，到2020年我國粉煤灰總堆存量將達到30多億噸[7]，給我國的生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。同時，我國又是一個人均占有資源儲量有限的國家，粉煤灰的綜合利用、變廢為寶、變害為利，已成為我國經(jīng)濟建設中一項重要的技術(shù)經(jīng)濟政策，是解決我國環(huán)境污染、資源缺乏的重要手段。另外粉煤灰價格便宜，每噸僅幾十塊錢，作為生產(chǎn)原料成本幾乎可以不計。并且只要是鋁、鐵制品廢物都可以用來代替易拉罐作為自制粉煤灰混凝劑的原料，原料充足。

表7 出水水質(zhì)指標

綜上所述，用酸浸粉煤灰和廢舊鋁、鐵片制得廢舊鋁、鐵片、粉煤灰復合混凝劑，可以有效解決粉煤灰，廢舊鋁、鐵固體廢物占用土地、污染環(huán)境等問題，同時制得的復合混凝劑價格低廉，混凝效果良好，在固體廢物資源化的同時還可以實現(xiàn)廢水處理。

[1]于衍真，李國忠，付興華，等.粉煤灰在廢水處理工程中的應用[J].硅酸鹽通報，1998（3）：42-45.

[2]佟志芳，李英杰，鄒燕飛.粉煤灰酸浸提鋁及其動力學[J].過程工程學報，2009，9（3）：502-507.

[3]盧素煥，張振聲，許佩瑤，等.粉煤灰在廢水處理中的應用[J].電力情報，1998（2）：27-30.

[4]陳宗淇，王光信，徐桂英.膠體與界面化學[M].北京：高等教育出版社，2001：116-210.

[5]湯鴻霄.羥基聚合氯化鋁的絮凝形態(tài)學[J].環(huán)境科學學報，1998，18（1）：1-10.

[6]高廷耀，顧國維.水污染控制工程[M].2版：下冊.北京：高等教育出版社，1999.

[7]唐福軍，畢紅梅，高金玲.粉煤灰的資源化利用與研究現(xiàn)狀[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2006，18（6）：76-79.