改性粉煤灰處理校園生活污水試驗研究

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(嘉應(yīng)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 梅州 514015)

粉煤灰是燃煤電廠煤炭燃燒產(chǎn)生的大宗固體廢物之一，其不僅占用大量的土地，而且對環(huán)境造成污染[1-2]。因粉煤灰表面積大、多孔、具有一定的活性基團，物理吸附和化學(xué)吸附能力較高，其對水中的氮、磷、重金屬離子、染料、表面活性劑等都可以較好的去除，近幾年來被廣泛應(yīng)用于廢水處理、空氣凈化等環(huán)境治理方面[3-5]。近年來，研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)對粉煤灰進行改性可使其封閉的孔道打開，孔隙率增加，比表面積增大，可大大提高粉煤灰對廢水的處理效率，減少了污泥的產(chǎn)量[6-7]。

本研究探討了火電廠粉煤灰經(jīng)過不同類型的改性劑處理后，對校園生活污水中COD、TN和TP去除能力的影響，從而尋找一種最佳的改性方法，使粉煤灰達到以廢治廢的目的。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器

調(diào)速多用振蕩器(HZ-2)；電子天平(JA1003A)；紫外分光光度計(722)；真空干燥箱(DZF-6050)；立式壓力蒸汽滅菌器(LDZX-30KB)；燒杯；量筒；移液管；圓底燒瓶；錐形瓶；漏斗；玻璃棒、坩堝等。

1.2 試驗藥劑

粉煤灰(廣東梅縣荷樹圓電廠，過200目篩子)；生活污水(嘉應(yīng)學(xué)院東區(qū)學(xué)生宿舍)；鉬酸銨；硫酸；鹽酸；碳酸鈉；碳酸鈣；氧化鈣；氫氧化鈣；蒸餾水等。

1.3 監(jiān)測指標和方法

總磷：鉬酸銨分光光度法[8]；

總氮：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[9]；

COD：快速測定法[10]。

1.4 改性粉煤灰改性方法

(1)酸改法：分別用200mL的H2SO4(0.5mol/L)、HCl(0.5mol/L)、H2SO4(0.5mol/L)+HCl(0.5mol/L)(1∶1)溶液浸漬30g粉煤灰，用水平振蕩儀在固定轉(zhuǎn)速、室溫條件下振蕩2 h后用蒸餾水反復(fù)沖洗，105 ℃ 充分烘干，得到3種酸改性粉煤灰[11]。

(2)堿改法：分別用200mL的NaOH(0.5mol/L)、Ca(OH)2(0.5mol/L)、CaO(0.5mol/L)、Na2CO3(0.5mol/L)、CaCO3(0.5mol/L)溶液浸漬30g粉煤灰，用水平振蕩儀在固定轉(zhuǎn)速、室溫條件下振蕩2 h后用蒸餾水反復(fù)沖洗，105 ℃ 充分烘干，得到5種堿改性粉煤灰[11]。

稱取100g粉煤灰于坩堝中，分別加入1g的CaO固體、Ca(OH)2固體，混勻，在 700 ℃下焙燒兩小時，冷卻，得到兩種堿改性粉煤灰[7，12]。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰改性劑的選擇

取1g粉煤灰采用水洗干燥方法和分別加入各種改性劑對粉煤灰進行改性試驗。改性后取粉煤灰1g：100mL生活污水在常溫下振蕩30min，靜置30min后進行過濾測定，并計算各指標的去除率，其處理效果如表1所示。

由表1可知改性后粉煤灰對生活污水的吸附效率整體有所提升。綜合總磷、總氮、 COD的去除率和經(jīng)濟性，本研究認為Ca(OH)2固體1g：100g粉煤灰改性處理后的處理效果最好。這主要是因為粉煤灰與石灰(Ca(OH)2固體)具有協(xié)同作用，更易將污水中的污染物去除。本研究采用石灰對粉煤灰進行堿改性作為最佳的改性方法。

表1 不同改性粉煤灰對生活污水的處理效果

2.2 石灰不同投加量對粉煤灰改性效果的影響

采用1.4章節(jié)方法在100g粉煤灰中分別加入0.2g、0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、4.0g、6.0g石灰對粉煤灰進行改性。在原水中依次加入1g上述改性粉煤灰，置于振蕩器上振蕩30min，靜置30min后過濾測定TN、TP、COD，并計算去除率。石灰不同投加量與去除效果的關(guān)系見圖1。

圖1 石灰投加量與去除效果的關(guān)系

由圖1可見：TN，TP和COD的去除率都隨著石灰與粉煤灰比的增加而增大，到了石灰投加量2.0g/100g粉煤灰時，去除率增加幅度不再都明顯增大。因此，本研究認為投加量為石灰2.0g/100g粉煤灰為最佳改性條件，此時出水TN去除率為77.60%，出水TP去除率為86.52%，COD去除率為58.78%。

2.3 改性粉煤灰投加量對吸附的影響

在8個錐形瓶中各放入100mL的生活污水原水樣，再分別加入0.25g、0.5g、0.75g、1g、1.25g、1.5g、1.75g、2g的改性粉煤灰(石灰2.0g/100g粉煤灰)，在常溫下，振蕩30min，靜置30min后過濾測定TN、TP、COD，并計算去除率。粉煤灰投加量與去除率的關(guān)系見圖2。

由圖2可看出，TN的去除率隨投加量的增加呈上升趨勢，在改性粉煤灰投加量大于1.75g時去除率可達90%以上；TP在改性粉煤灰投加量大于1.25g去除率達90%以上；COD在改性粉煤灰投加量為1.25g時雖去除率只有67.34%，但出水濃度為52.21mg/L可達GB18918-2002一級A標準。綜合考慮各指標去除率和排水標準，考慮到改性粉煤灰用量不至于太大，本研究認為改性粉煤灰的最佳投加量應(yīng)為1.25g/100mL生活污水，此時各個指標都可達到GB18918-2002一級A標準。

圖2 改性粉煤灰投加量與去除率的關(guān)系

3 結(jié)論

(1)粉煤灰無論是酸改性還是堿改性，都能提高粉煤灰的吸附效果。對于本研究的生活污水處理，堿改性處理的效果較好，最佳的堿改性條件為石灰投加量2.0g/100g粉煤灰。

(2)試驗表明，堿改性后的粉煤灰對生活污水中TN，TP和COD都有明顯的處理效果，改性粉煤灰投加量為1.25g/100mL生活污水時各個污水指標都可達到GB18918-2002一級A標準。

(3)試驗研究證實粉煤灰對于生活用水的處理效果還是比較理想的，再加上其原料易得，可以達到以廢治廢的效果，可推廣和利用到實際污水處理工程當(dāng)中。