改性粉煤灰處理含銅廢水的實(shí)驗(yàn)研究

高振軒，肖先舉，唐學(xué)紅，戴 昕，周俊男

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140）

環(huán)保與三廢利用

改性粉煤灰處理含銅廢水的實(shí)驗(yàn)研究

高振軒，肖先舉，唐學(xué)紅，戴 昕，周俊男

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140）

采用高溫法對粉煤灰進(jìn)行改性，并用改性粉煤灰處理含銅廢水。通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，考察了粉煤灰的投加量、吸附時間、pH值和溫度等因素對銅去除率的影響，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)工藝。確定最優(yōu)實(shí)驗(yàn)工藝為：投加量1.0g，吸附時間2h，pH=6，溫度15℃，此條件下，去除率為90.2%。結(jié)果表明高溫改性后的粉煤灰能較好地處理含銅廢水，達(dá)到以廢治廢的效果。

高溫改性；含銅廢水；正交實(shí)驗(yàn)；去除率

電鍍、冶煉、五金、石油和化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生了大量的含銅廢水[1]，這些廢水需要經(jīng)過處理才能排放，否則會對環(huán)境造成污染。粉煤灰是燃煤電廠的廢棄物，是一種多孔性、比表面積較大且具活性基團(tuán)的固體顆粒[2]，可用于處理含銅廢水。但是對于高濃度的銅離子，由于粉煤灰吸附量的限制，不能較好地發(fā)揮作用[3]，因此，希望通過對粉煤灰進(jìn)行表面改性，提高粉煤灰的吸附性能。

本文采用高溫法對粉煤灰進(jìn)行改性，處理模擬含銅廢水?？疾炝烁鞣N因素對處理效果的影響，以單因素實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，以尋求去除銅離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

AA-6300C原子吸收分光光度計(jì)，數(shù)顯恒溫磁力攪拌器，數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，馬弗爐。

1.2 試劑

硝酸銅、硝酸（均分析純），1mg·mL-1銅標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 粉煤灰的高溫改性

將粉煤灰置于馬弗爐中，在700℃下煅燒2h，冷卻得到高溫改性粉煤灰。

1.3.2 含銅廢水的處理

取一定量的改性粉煤灰投入到含銅廢水中，置于電磁攪拌器上攪拌一定時間，過濾，可得處理后的廢水。

1.3.3 銅的分析方法

在原子吸收分光光度計(jì)上，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定廢水中的銅含量。

1.3.4 去除率的計(jì)算

式中：c0為銅的初始濃度，mg·L-1；c為吸附達(dá)到平衡時銅的濃度，mg·L-1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 投加量的選擇

分別稱取高溫改性粉煤灰0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g加入到50mL的300mg·L-1含銅廢水中，振蕩1h，過濾，取濾液測定，并計(jì)算去除率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出,隨著改性粉煤灰投加量的增加，廢水中銅的去除率逐漸增加。當(dāng)投加量大于1.0g時，去除率曲線趨于平緩。隨著灰量的增加，產(chǎn)生的泥量也會增加，不利于銅離子的擴(kuò)散和灰水的分離，因此投加量不能太多[4]。

圖1 投加量對去除率的影響

2.1.2 吸附時間的選擇

稱取5份 1.0g改性粉煤灰分別投入50mL的300mg·L-1含銅廢水中，分別振蕩0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h后取下，過濾，取濾液測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 吸附時間對去除率的影響

由圖2可知，吸附時間較短，粉煤灰與含銅廢水接觸不完全，無法充分吸附，導(dǎo)致短時間內(nèi)去除率較低；當(dāng)吸附時間超過1h，吸附接近平衡，去除率趨于平緩；隨著吸附時間的延長，去除率略有下降，這是因?yàn)橐呀?jīng)吸附的銅離子有所釋放。

2.1.3 pH的選擇

取5份50mL的300mg·L-1含銅廢水，調(diào)節(jié)其溶液pH值分別為2.0、4.0、5.0、6.0、7.0，各加入1.0g改性粉煤灰，振蕩1.5h后過濾，取濾液測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，pH較小時，由于H+和銅離子的競爭吸附，去除率較低；當(dāng)pH值大于5時，去除率較大且變化較小。但當(dāng)pH較大時，銅離子會水解，所以本實(shí)驗(yàn)未選擇堿性條件。

2.1.4 溫度的選擇

稱取5份1.0g改性粉煤灰分別投入50mL的 300mg·L-1含銅廢水中，調(diào)節(jié)pH為6，振蕩1.5h后過濾，取濾液測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，溫度升高，去除率越低，原因是該吸附反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度不利于吸附的進(jìn)行。

圖3 pH對去除率的影響

圖4 溫度對去除率的影響

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以含銅300mg·L-1的廢水為研究對象，設(shè)計(jì)一組正交實(shí)驗(yàn)以確定其它各因素對去除率的影響。以投加量（A）、吸附時間（B）、pH（C）、溫度（D）為考察因素，每個因素選取3個水平。因素水平見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)因素水平表

2.2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由表2的正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，各因素對廢水中銅離子去除率的影響大小順序?yàn)椋和都恿?A)＞吸附時間(B)＞pH值(C)＞溫度(D)，最佳工藝組合方案為A2B3C2D1，即投加量為1.0g，吸附時間為2h，pH為6，溫度是15℃。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與極差分析

2.2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

按照組合A2B3C2D1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，廢水中銅的去除率為90.2%，高于表中任一項(xiàng)的去除率，即確定A2B3C2D1為最優(yōu)組合。

3 結(jié)論

本論文研究了以高溫改性粉煤灰處理含銅廢水的實(shí)驗(yàn)工藝，結(jié)論如下：

1）高溫改性粉煤灰的投加量、吸附時間、pH值、溫度等因素對廢水中銅的去除率有一定的影響，大小順序?yàn)橥都恿浚疚綍r間＞ pH值＞溫度。

2）處理含銅廢水的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)工藝為：投加量1.0g，吸附時間2h，pH=6，溫度15℃，此工藝下，去除率可達(dá)90.2%。

3）高溫改性粉煤灰對廢水中的銅離子具有較好的去除效果，工藝簡便、原料易得，可以實(shí)現(xiàn)以廢治廢的目的。

[1] 鄧書平.改性粉煤灰吸附處理含銅廢水研究[J].礦冶，2008，17(4)：75-76.

[2] 李飛.薛紅琴.繆軍，等.粉煤灰對含鉻廢水的吸附研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2011，36(1)：54-58.

[3] 張廣月.改性粉煤灰處理含鉻廢水的研究進(jìn)展[J].安徽化工，2015，41(5)：10-12.

[4] 李雪琴.改性粉煤灰吸附廢水中的鉻[J].江西化工，2013(3)：122-125.

Experimental Research on Treatment of Copper-containing Wastewater with Modified Fly Ash

GAO Zhenxuan, XIAO Xianju, TANG Xuehong, DAI Xin, ZHOU Junnan
(Xuzhou College of Industry Technology, Xuzhou 221140, China)

Fly ash was modified by the high temperature method, and modified fly ash was used in treatment of copper-containing wastewater. By single factor experiment and orthogonal experiment, influence of the dosing quantity of fly ash, adsorption time, pH and temperature on the removal rate of copper was studied, and the experimental process was optimized. The optimal experimental process was determined: the additive amount was 1.0g, adsorption time was 2h, pH value was 6 and temperature was 15℃, and the removal rate was 90.2%. The results showed that modified fly ash could well deal with wastewater containing copper.

modified fly ash;copper-containing wastewater;orthogonal experiment;removal rate

X 701

A

1671-9905(2017)08-0043-03

徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2016-X012） ；徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目（XGY201608）

肖先舉( 1979-) ，男，江蘇徐州人，副教授，主要從事改性粉煤灰處理廢水的實(shí)驗(yàn)研究。電話：13776798955，E-mail：xxjtxh@126.com

2017-05-15