粉煤灰處理冶金工業(yè)中蒸氨廢水中苯酚的應(yīng)用研究

王 俊，羅 巍

（1.廣西化工研究院，廣西 南寧 530001；2.湖北省荊門市環(huán)境保護局，湖北 荊門 448001）

1 引言

冶金企業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的蒸氨廢水，其中含有的大量苯酚經(jīng)直接排放會對周邊環(huán)境造成極大的污染。目前廣泛采用的處理含酚廢水的方法包括萃取法、液膜法、吸附法、生物處理法、化學(xué)沉淀法等［1，2］，然而上述處理方法存在諸多缺點不易于實際應(yīng)用。比如萃取法和液膜法處理含酚廢水難以達到國家要求的排水標準，而生化法較適合于處理低濃度的含酚廢水，高濃度的含酚廢水容易造成微生物菌落的退化，活性炭處理含酚廢水雖然去除率較高，但是吸附后的活性炭難以回收，易于造成二次污染等［3～5］。

本文主要研究采用冶金企業(yè)焦化過程中產(chǎn)生的粉煤灰吸附處理蒸氨廢水中的苯酚，其優(yōu)點在于操作簡單，吸附劑自給自足，經(jīng)濟適用等。用粉煤灰處理含酚蒸氨廢水的原理為:粉煤灰中含有大量的三價鐵離子和三價Al離子，具有較強的正電荷，能有效地改變廢水中懸浮膠粒的Zata電位即勢能，使廢水中的懸浮膠粒失穩(wěn)沉降；另外，這些物質(zhì)水解后可形成許多復(fù)雜的多核絡(luò)合物，隨著聚合反應(yīng)的進行，有機物的電荷升高，廢水中懸浮的膠體雜質(zhì)被吸附，顯示出較好的絮凝作用。另外，粉煤灰含有較多的炭，其具有類似于活性炭吸附的功能，通過高溫活化處理后，其表面和微孔內(nèi)變得更粗糙，比表面積顯著增加，有利于去除廢水中的有機物雜質(zhì)。所以，粉煤灰是一種類似于活性炭的無機混凝吸附材料，對生物大分子，重金屬離子，有機化合物均有一定的吸附效應(yīng)，且該材料作為生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品，價廉易得，所以采用粉煤灰處理含酚的蒸氨廢水，具有“以廢治廢”的現(xiàn)實意義。

2 材料與方法

2.1 吸附劑和模擬廢水

吸附劑采用某鋼鐵公司焦化廠提供的粉煤灰，全部過200目篩網(wǎng)，并在100℃下干燥6h備用。含酚廢水取自某鋼鐵公司蒸氨工段。

2.2 儀器與試劑

SUV－2120型紫外分光光度計，Metter－Toledo電子分析天平，THZ－82型恒溫振動器，PHS－3C型pH計，SKFG－10型真空干燥箱。煤油采用普通市售煤油。

2.3 吸附試驗過程

稱取一定量的粉煤灰放入錐形瓶中，加入一定體積的含酚廢水在自然pH值下，在THZ－82型恒溫振蕩器中震蕩一定時間，取出錐形瓶進行過濾分離，獲得的上層清液用紫外分光光度計進行分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 廢水原始揮發(fā)酚含量的測定

采用中華人民共和國國家環(huán)境保護標準HJ 502－2009提供的方法對采集自昆鋼的蒸氨廢水和尾氣冷卻后水中的原始揮發(fā)酚含量進行了測定，測定結(jié)果見表1。

表1 廢水原始揮發(fā)酚含量

可以很明顯地觀察到，來自冶金企業(yè)的蒸氨廢水中較高的苯酚含量直接排放會對周邊環(huán)境造成較顯著的污染，其揮發(fā)酚需要進行有效的脫除才能達到我國相關(guān)排放標準。

3.2 粉煤灰吸附脫酚實驗

本實驗使用的廢水為某鋼鐵公司的蒸氨廢水，粉煤灰采集自某鋼鐵公司焦化廠，因粉煤灰水分含量太高，影響吸附效果，故使用前對其進行加熱活化。在一定體積的廢水中加入適量粉煤灰，震蕩適當(dāng)時間，過濾分離，取濾液，對其中的揮發(fā)酚含量進行測定，實驗結(jié)果表2。

由以上吸附脫除實驗結(jié)果可知（圖1），通過粉煤灰一次吸附，廢水中揮發(fā)酚的脫除率最高可達到38.13%。此外當(dāng)粉煤灰用量超過10g時，酚的脫除率已變化不大。在從采用的粉煤灰的劑量從2g到10g的遞增過程中發(fā)現(xiàn)，隨著粉煤灰使用量的增加，蒸氨廢水中苯酚的含量有一個明顯的下降過程，即其脫出率從13.75%到38.13%呈現(xiàn)出升高的趨勢。說明在這個階段，粉煤灰的吸附及絮凝作用對苯酚的去除起到了實質(zhì)性的作用。

表2 粉煤灰吸附脫酚實驗結(jié)果

圖1 粉煤灰吸附脫酚實驗結(jié)果

3.3 萃取脫酚實驗

本實驗使用的廢水為昆鋼蒸氨廢水，萃取劑為市售煤油。取150mL經(jīng)一次處理的含酚廢水，加入10g粉煤灰，震蕩一定時間，過濾，取濾液。按一定比例往濾液中加入萃取劑，攪拌適當(dāng)時間。靜置分層，取下層水相，對其中的揮發(fā)酚含量進行測定實驗結(jié)果見表3。

表3 萃取脫酚實驗結(jié)果

由表3的結(jié)果可得，對二次吸附后的含酚廢水進行萃取脫酚實驗，單次的脫出率可達到59.60%。通過吸附和萃取這兩個步驟，總脫酚率可達到75.00%，處理后的污水揮發(fā)酚含量從1505.28mg／L減少到376.32mg／L。

3.4 溫度對吸附效果的影響

在5個錐形瓶中，分別加入10g的粉煤灰于待處理的150mL含酚廢水中，按照上述兩步法進行廢水中苯酚的去除實驗，在采用一定攪拌速度的情況下，調(diào)節(jié)整個吸附溫度為20、30、40、50、60、70、80℃的條件下使吸附進行2h，最后經(jīng)過過濾分離上層清液，并通過紫外可見分光光度計分析待測樣的苯酚含量，結(jié)果見圖2。

圖2 不同溫度下進行兩步法脫除蒸氨廢水中苯酚的實驗

從上述的實驗結(jié)果（圖2）分析，可以發(fā)現(xiàn)在20～50℃的情況下，采用兩步法脫除蒸氨廢水中苯酚的效率較高，其脫出效率均達到了75%左右。尤其是在40℃的情況下，苯酚的脫除率為78%。然而，在溫度超過40℃的情況下，苯酚的脫除率隨著溫度的上升呈現(xiàn)下降的趨勢，到試驗溫度為80℃的時候，苯酚的脫除率已經(jīng)下降到55%左右了，說明溫度的變化對含酚廢水中苯酚的去除會造成一定的影響。

4 實驗結(jié)論

粉煤灰具有物理吸附和和化學(xué)混凝的雙重作用，有利于吸附冶金企業(yè)中蒸氨廢水中的苯酚。對于處理150mL的焦化廢水，改性粉煤灰的最佳用量為10g，經(jīng)過30min的振蕩吸附達到平衡，溶液的體系pH值宜控制在自然范圍內(nèi)，升高溫度不利于增強吸附能力即粉煤灰去除苯酚的效率。采用兩步法脫除苯酚發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一次粉煤灰吸附后，將含酚廢水與粉煤灰混合通過煤油萃取的方式，可以進一步提高蒸氨廢水中苯酚的去除率，在常溫下，其總的去除率為75%。改性粉煤灰的原料來源豐富，制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，處理費用低，且同時實現(xiàn)了“以廢治廢”的目的，具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

［1］朱洪濤.改性粉煤灰對活性艷蘭染料吸附性能的研究［J］.環(huán)境污染治理設(shè)備，2005，6（3）:53～55.

［2］李方文，魏先勛，馬淞紅，等.粉煤灰改性吸附材料的研究［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2003，25（6）:25～28.

［3］Vimal Chandra Srivastava，Indra Mall，Indra Mani Mishra.Treatment of pulp an d paper mill wasterwaters with poly aluminium chloride and hagasses fly ash［J］.Colloids and Surfaces，2005（260）:17～28.

［4］Maohong Fan，Robert C Brown，Thomas D.wheelock，et a1.Production of a complex coagulant from fly ash［J］.Chemical Engneering Journal，2005（106）:269～277.

［5］孫 宏，張 澤，宋力敏，等.利用改性粉煤灰處理含酚焦化廢水［J］.粉煤灰綜合利用，2009（5）:14～15

［6］Woolard C D，Strong J，Erasmus C R.Evaluation of the use of modified coal ash as apotential sorbent for organic waste streams［J］.Applied Geochemistry，2002（17）:1159～116

［7］Garde K，McGill W J，Woolard C D.Surface modification offly ash characterization and evaluation as areinforcing filler in polyisoprene［J］.Hast Rubb Compos，1999（28）:1～10.

［8］張建平，張振聲，尹連慶，等.粉煤灰處理廢水的機理及應(yīng)用［J］.粉煤灰綜合利用，1996，4（4）:33～35.

［9］劉國光，劉興旺，侯 杰.粉煤灰吸附性能的研究［J］.環(huán)境科學(xué)研究，1994，7（9）:62～64.

［10］張建平，張振聲，尹連慶，等.粉煤灰處理廢水的機理及應(yīng)用［J］.粉煤灰綜合利用，1996，4（4）:33～35.