粉煤灰處理含磷廢水工藝特性初探

溫丙奎，吳禮濱，劉 莊，林嘉立，潘巧敏，張豐如

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

粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤粉鍋爐排出的固體廢棄物，目前大批量處理主要是通過回填，其不僅占用大量的土地，還會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此我國把粉煤灰的綜合利用作為固體廢物利用的重點，但目前粉煤灰綜合利用率低，主要用于土建工程基料、土壤改良劑等低附加值利用領(lǐng)域，隨著人們環(huán)保意識的增強，粉煤灰在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用研究也已成為環(huán)境科學(xué)的一個熱點［1－4］。粉煤灰因比表面積大，呈多孔性蜂窩狀組織，因而具有良好的吸附性能，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，如作為吸附劑吸附廢水中的磷［5－6］。

本文以火電廠粉煤灰作為吸附劑對含磷廢水進行吸附實驗研究，探討含磷廢水的初始濃度、粉煤灰投加量、吸附時間、吸附溫度、振蕩速度等參數(shù)對含磷廢水吸附效果的影響，找出最佳吸附處理條件，使粉煤灰達(dá)到以廢治廢的目的。

1 實驗部分

1．1 實驗儀器

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 實驗藥劑

粉煤灰(廣東梅縣某電廠，過200目篩子);KH2PO4標(biāo)準(zhǔn)儲備液;鉬酸銨;硫酸;鹽酸;抗壞血酸;硫酸鉀;蒸餾水等。

1．3 監(jiān)測指標(biāo)和方法

總磷:鉬酸銨分光光度法［7］。

2 實驗結(jié)果與討論

2．1 磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別吸取 0．0，0．50，1．00，3．00，5．00，10．0，15．0 m L 的KH2PO4標(biāo)準(zhǔn)儲備液(5 mg/L)于7支50 mL的比色管中，加水稀釋至50 mL。顯色后用鉬酸銨分光光度法測定，以吸光度為縱坐標(biāo)，以磷的濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線［8］。線性回歸方程:Y=0．0059X+0．0001，R2=0．9997，廢水溶液的磷濃度與吸光度成正比例關(guān)系，見圖1。

磷去除率 η=(C－C1)/C ×100%

式中:η為粉煤灰對磷的去除率;

C為吸附前的濃度(mg/L);

C1為吸附后的濃度(mg/L)。

圖1 磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

2．2 初始濃度的影響

取 6 個錐形瓶，分別加入 20．0、30．0、40．0、50．0、60．0、70 mg/L的含磷廢水50 mL。再分別加入3．0 g的粉煤灰搖勻，在常溫條件下，振蕩轉(zhuǎn)速為40 r/min，振蕩50 min，取其上清液，測量吸光度，計算去除率，結(jié)果見圖2。

圖2 磷初始濃度對粉煤灰吸附的影響

由圖2可以看出，磷去除率隨著磷的初始濃度的增加而逐漸降低，這是因為當(dāng)含磷廢水的初始濃度高到一定程度時，3．0 g的粉煤灰的吸附已達(dá)到飽和。當(dāng)磷初始濃度大于50 mg/L時，磷的去除率下降較快，綜合考慮選定本實驗的最佳磷初始濃度為50 mg/L。

2．3 粉煤灰投加量的影響

分別在7個錐形瓶加入含磷量為50 mg/L的含磷廢水50 mL，分別在各個錐形瓶投加 1．0、1．5、2．0、2．5、3．0、4．0、5．0 g的粉煤灰，搖勻，在常溫條件下，振蕩轉(zhuǎn)速為40 r/min，振蕩50 min，取其上清液，測量吸光度，計算去除率，結(jié)果見圖3。

圖3 粉煤灰投加量對吸附效果的影響

由圖3可以看出，磷的去除率隨著粉煤灰的投加量的增加而增大，粉煤灰投加量在3．0 g時磷去除率能達(dá)到46．54%。粉煤灰的投加量為4．0、5．0 g磷的去除率相比于投加量為3．0 g的磷的去除率提升效果不太明顯，曲線趨勢逐漸趨于平緩，由此選定最佳投加量為3．0 g。

2．4 吸附時間的影響

圖4 吸附時間對粉煤灰吸附效果的影響

分別在7個錐形瓶中分別加入含磷量50mg/L的含磷廢水50 mL，投加3．0 g的粉煤灰在25℃常溫條件下，轉(zhuǎn)速為40 r/min。振蕩時間分別 30、45、60、75、90、105、120 min，取出過濾取其上清液，測定吸光度，計算去除率，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，一開始吸附效率隨著時間的增加而上升。經(jīng)過60 min后粉煤灰的去除率能達(dá)到46．78%，但是隨著吸附時間的繼續(xù)增加，趨勢線變平緩，說明吸附時間在60 min之后磷的去除效果提升不大，這是因為粉煤灰60 min時已基本達(dá)到吸附飽和。因此實驗選擇的最佳吸附時間為60 min。

2．5 振蕩速度的影響

取6個錐形瓶中分別加入50 mg/L的含磷廢水50 mL，投加3．0 g的粉煤灰在25℃常溫條件下，分別在轉(zhuǎn)速為40、50、60、70、80、90 r/min的轉(zhuǎn)速下振蕩，振蕩時間為60 min。過濾取其上清液，測定吸光度，計算去除率，結(jié)果見圖5。

圖5的曲線可見，吸附效率隨著振蕩速度的增加而緩慢上升。振蕩速度為70 r/min時粉煤灰的去除率能達(dá)到47．78%。超過70 r/min的振蕩轉(zhuǎn)速，磷的去除率變化基本趨于平緩。故選定本實驗的最佳振蕩速度為70 r/min。

圖5 振蕩速度對粉煤灰的吸附影響

2．6 反應(yīng)溫度的影響

在6個錐形瓶分別加入50 mg/L的含磷廢水50 mL，各投加 3．0 g 的粉煤灰，分別在放在溫度為 25、30、35、40、45、50℃的恒溫水浴鍋中用振蕩速度70 r/min振蕩60 min，過濾取其上清液，測定吸光度，計算去除率，結(jié)果見圖6。

圖6 溫度對粉煤灰吸附效果的影響

由圖6可以看出，磷的去除率隨溫度升高而增加，但升高幅度不大，當(dāng)溫度大于35℃時去除率基本沒多大變化，分析其原因可能出現(xiàn)解吸現(xiàn)象。因此用粉煤灰處理含磷廢水一般在室溫條件下進行即可，綜合考慮本實驗采用25℃作為粉煤灰處理含磷廢水的最佳溫度。

2．7 粉煤灰實際應(yīng)用處理含磷廢水

在上述的最佳條件下，用3．0 g粉煤灰吸附稀釋后的高濃度含磷廢水，結(jié)果見表1。

結(jié)果表明，實際應(yīng)用中，在最佳工藝條件下對稀釋后磷肥廠出水進行除磷實驗，廢水含磷量從初始含量67．8 mg/L降低到出水含量39．2 mg/L，去除率可達(dá)42．1%。

表1 某磷肥廠廢水處理結(jié)果

3 結(jié)論

本研究以火電廠粉煤灰作為吸附劑對含磷廢水進行吸附實驗研究，討論各因素對含磷廢水吸附效果的影響。結(jié)論總結(jié)如下:

(1)磷初始濃度對粉煤灰的吸附效果有較大影響，當(dāng)投加的粉煤灰的量不變時，磷初始濃度越高，磷去除率就越低。在投加粉煤灰的量為3．0 g時，最佳磷初始濃度為50 mg/L。

(2)在磷初始濃度為50 mg/L時，磷的去除率與粉煤灰的投加量成正比，但粉煤灰量超過3．0 g后，吸附效果提升不明顯，說明3．0 g的粉煤灰已經(jīng)接近吸附飽和，因此確定實驗粉煤灰的最佳投加量為3．0 g。

(3)粉煤灰在振蕩時間為60 min時基本達(dá)到吸附飽和，選擇振蕩時間為60 min。

(4)磷的去除率隨振蕩轉(zhuǎn)速增大而增大，但轉(zhuǎn)速超過70 r/min后吸附效果提升不太明顯，因此以70 r/min為最佳振蕩速度。

(5)粉煤灰吸附除磷效果隨溫度變化影響不明顯，溫度超過35℃時開始會出現(xiàn)解吸現(xiàn)象，選定吸附溫度為常溫25℃即可。

(6)在上述最佳吸附條件下利用粉煤灰對某磷肥廠稀釋后出水進行除磷實驗，廢水含磷量從初始含量67．8 mg/L降低到出水含量39．2 mg/L，去除率為42．1%。處理后出水雖然未能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但粉煤灰吸附除磷可以作為高濃度磷廢水的預(yù)處理，使粉煤灰達(dá)到以廢治廢的目的。