正交試驗(yàn)優(yōu)選改性粉煤灰處理礦井廢水的研究

章　剛　桂和榮　吳　斌　苑志華

（1. 安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001；2. 宿州學(xué)院 ，安徽 宿州 234000）

摘 要：采用正交試驗(yàn)的 方法對(duì)影響粉煤灰處理礦井廢水效果的因素條件進(jìn)行優(yōu)化選擇，確定改性粉煤灰處理礦井廢 水的最佳水平條件，為礦井廢水的深度處理提供技術(shù)前提。試驗(yàn)結(jié)果表明，選擇堿法改性灰 為吸附劑，投加量為10 g/300 mL，pH值為5，攪拌時(shí)間為0.5 h，靜沉?xí)r間為2 h時(shí)，對(duì)礦井廢水的處理效果最佳。在最佳試驗(yàn)條件下 ，對(duì)CODCr、濁度和懸浮物的去除率分別可達(dá)到76.85%、95.84%和98.35%。

關(guān)鍵詞：改性粉煤灰；礦井廢水；正交試驗(yàn)；吸附

Study on Mining Wastewater Treatment by Modified Fly Ash Optimized by Orthogonal Test

ZHANG Gang1,GUI He-rong2,1,WU Bin1, YUAN Zhi-hua1

(1. School of Earth Science and Environmental Engineering, Anhui Univ ersity of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China;2. Suzhou Universi ty, Suzhou Anhui 234000,China)

Abstract:Influencing factors of mining wastewater treatment by mo dified fly ash was found out with optimization by orthogonal test to determine t he best level condition and provide technical prerequisite and basis for advance d treatment of mining wastewater. The results showed that the best technical con ditions are as following: alkali modified fly ash as adsorbent with its dosage o f 10 g per 300 mL wastewater, pH value 5, time of mixing 0 .5 h, sedimentation time 2 h. Under the conditions, the re moval rate of CODCr,turbidity and suspended solids separately reached abou t 76.85%, 95.84% and 98.35%.

Key words:modified fly ash; mining wastewater; orthogonal te st; adsorption

我國(guó)目前電力工業(yè)的發(fā)展仍然是以火力發(fā)電為主，電廠規(guī)模的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致了粉煤灰排放 量的急劇增長(zhǎng)［1］。2005年全國(guó)燃煤電廠和低熱值電廠排放的粉煤灰高達(dá)3.3億噸， 綜合利用率為66%［2］，仍有相當(dāng)一部分被棄置進(jìn)入環(huán)境，其堆放占用了大量農(nóng)田，

造成了大氣、 土壤和地下水的污染， 電廠還要支付昂貴的灰場(chǎng)建設(shè)和管理費(fèi)用。 多渠道 地拓展粉煤灰的應(yīng)用領(lǐng)域， 提高其利用效率已成為影響煤炭、 電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要 因素，因而也成為近幾年國(guó)內(nèi)外環(huán)保研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

粉煤灰具有較高的比表面能和較好的表面活性，粉煤灰中還含有少量沸石、活性炭等具有交 換特性的微粒，同時(shí)又富含鋁和硅等元素，這樣就使得粉煤灰具有很強(qiáng)的物理吸附和化學(xué)吸 附性能［3-7］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤炭生產(chǎn)中，每年排出礦井廢水達(dá)22億噸，利用率僅 20%左右［8］，絕大部分礦井廢水直接或經(jīng)簡(jiǎn)單絮凝沉淀處理后排入4地表水體，未加 以綜合利用和保護(hù)，不僅嚴(yán)重污染了地表水資源，而且造成了工業(yè)和生活用水短缺［9 ］。利用粉煤灰的吸附性能對(duì)煤礦礦井廢水進(jìn)行處理可謂“以廢治廢”，可以作為礦井廢 水資源化和深度處理的前處理過(guò)程。由于粉煤灰的價(jià)格十分低廉，具有其他水處理劑無(wú)可比 擬的優(yōu)勢(shì)。

影響粉煤灰處理礦井廢水效果的因素有很多［10-12］，采用正交試驗(yàn)的方法對(duì)這些 因素條件進(jìn)行優(yōu)化選擇，確定改性粉煤灰處理礦井廢水的最佳條件，為礦井廢水的深度處理 提供技術(shù)前提。

1 材料及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 材料ナ笛橛梅勖夯胰∽曰茨峽笠導(dǎo)團(tuán)潘集第三煤礦熱電廠，其物理和化學(xué)性質(zhì)如表1～表2所示。

1.2.1 改性粉煤灰的制備

按照流程(見(jiàn)圖1～圖2)制備改性粉煤灰［13-17］。

實(shí)驗(yàn)所用到的礦井廢水取自淮南礦業(yè)集團(tuán)潘集第三煤礦凈水廠進(jìn)水口，其水質(zhì)如表3所示。

取一定量改性粉煤灰與礦井廢水按照一定比例混合，用廢酸 液和廢堿液調(diào)節(jié)廢水的pH值至所需水平，在轉(zhuǎn)速恒定的條件下攪拌相應(yīng)的時(shí)間，靜置沉淀， 取上清液測(cè)其水質(zhì)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 正交試驗(yàn)因素水平表的確定ピ詰ヒ蛩厥匝櫚幕礎(chǔ)上［18］，確定影響粉煤灰處理礦井廢水效果的因素有改性劑的 選擇、改性灰的投加量、pH值、攪拌時(shí)間和靜沉?xí)r間等。根據(jù)一系列單因素條件試驗(yàn)的結(jié)果 ，不考慮因素之間的交互作用，可選用正交表L12(31×24)來(lái)安排試驗(yàn)［19 ］(見(jiàn)表4)。

2.2 正交試驗(yàn)方案的確定ゲ握氈4將水平和因素代入正交表L12(31×24)，可以得到正交試驗(yàn)直觀計(jì) 算表(見(jiàn)表5～表6)。

2.3 結(jié)果分析與討論ジ據(jù)極差R的大小可以看出,在各因素選定的范圍內(nèi),影響處理效果的各因素的主次關(guān)系依次 為：

(1) 對(duì)礦井廢水CODCr的去除率 影響因素的主次順序?yàn)椋焊男詣┑姆N類＞pH值＞吸 附劑投加量＞攪拌時(shí)間＞靜沉?xí)r間。最佳水平組合為：吸附劑投加量為20 g/30 0 mL，改性粉煤灰為堿法改性灰，pH值為10，攪拌時(shí)間為1 h，靜 沉?xí)r間為2 h。(2)

對(duì)礦井廢水濁度的去除率 影響因素的主次順序?yàn)椋何?附劑投加量＞靜沉?xí)r間＞改性劑的種類＞攪拌時(shí)間＞pH值。最佳水平組合為：吸附劑投加量 為10 g/300 mL，改性粉煤灰為堿法改性灰，pH值為5，攪拌時(shí)間為 0.5 h，靜沉?xí)r間為2 h。

本試驗(yàn)的目的是尋求改性粉煤灰處理礦井廢水的最佳試驗(yàn)條件，即：改性粉煤灰的投加量、 改性粉煤灰的種類、pH值、攪拌時(shí)間和靜沉?xí)r間。改性粉煤灰對(duì)礦井廢水的CODCr和 濁度都有較好的去除效果，經(jīng)過(guò)處理的廢水的CODCr和濁度值普遍較低，且遠(yuǎn)低于國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)采煤廢水污染物排放限值。相對(duì)于CODCr而言，濁度對(duì)礦井廢水資源化和綜合 利用的影響和危害較大，特別是礦井廢水的深度處理和回用。プ凵纖述，改性粉煤灰處理 礦井廢水的最佳試驗(yàn)水平組合宜選用：吸附劑投加量為10 g/300 m L，改性粉煤灰為堿法改性灰，pH值為5，攪拌時(shí)間0.5 h，靜沉?xí)r間為2 h。

2.4 在最佳水平組合條件下，對(duì)礦井廢水的處理效果ピ諫 述最佳試驗(yàn)水平組合條件下，改性粉煤灰處理礦井廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

3 結(jié)論

(1) 選擇堿法改性粉煤灰為吸附劑， 投加量為10 g/300 mL， pH 值 為5， 攪拌時(shí)間0.5 h，靜沉?xí)r間2 h為最佳改性條件對(duì)粉煤灰進(jìn)行 化學(xué)改性。在此條件下，粉煤灰的吸附性能為最佳。

(2) 在最佳試驗(yàn)條件下，CODCr、濁度、懸浮物的去除率分別可達(dá)到76.85%、95.84% 和98.35%。出水水質(zhì)優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采煤廢水污染物排放限值，實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”的目標(biāo)， 并且為后續(xù)的礦井廢水深度處理提供了十分有利的前提條件。

(3) 粉煤灰價(jià)格低廉，經(jīng)改性后用于處理礦井廢水，效果良好，因而具有其他水處理劑無(wú)可 比擬的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

(4) 水處理后的粉煤灰污泥，經(jīng)脫水干化后可作為生產(chǎn)水泥的原料。

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(責(zé)任編輯：宋曉梅)第4期