粉煤灰用于各種廢水處理技術(shù)

　　粉煤灰是一種多孔的松散固體集合物，是一種海綿狀、中空的球形細(xì)小顆粒，其真密度：2000～2300kg/m3，堆積密度：550～658kg/m3，孔隙率：60%～75%，氮吸附法測(cè)得的比表面積可達(dá)800～19500cm2/g。粉煤灰的主要化學(xué)成分為SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO及未燃燒的炭，還含有少量K、P、S、Mg等的化合物和Cu、Zn等的微量元素。近年來，粉煤灰產(chǎn)量不斷攀升。預(yù)計(jì)到2020年，總累積堆存量將達(dá)到30億噸左右。如此大量的粉煤灰，如果僅僅是普通存放而并不加以特殊處理，除占據(jù)大片耕地良田外，其揚(yáng)塵也會(huì)造成空氣的嚴(yán)重污染，并且由于淋濾作用，排放地也會(huì)浸污地下水系，而灰漿排放到江河湖泊中也會(huì)阻塞污染河道，直接影響到水生物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致生態(tài)平衡的破壞。因此，粉煤灰的有效利用不僅關(guān)系到中國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)、電力工業(yè)及相關(guān)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題，還對(duì)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)同樣具有特別重要意義。

　　目前，我國(guó)粉煤灰的利用范圍很廣，涉及到了建筑、道路、農(nóng)業(yè)、化工等眾多領(lǐng)域。本文就粉煤灰處理廢水這一方面展開研究，為處理各種廢水提供一種新思路。

　　1、粉煤灰處理廢水的機(jī)理

　　根據(jù)粉煤灰的理化性質(zhì)，粉煤灰對(duì)廢水中有害物質(zhì)的去除主要是通過吸附、絮凝沉淀與過濾作用。粉煤灰的比表面積大、表面能高，鋁與硅等活性點(diǎn)比較多，具有較強(qiáng)的吸附能力，包括物理吸附與化學(xué)吸附。物理吸附是由粉煤灰的多孔性與比表面積決定的。比表面積越大，其吸附效果也就越好?；瘜W(xué)吸附主要取決于粉煤灰表面的大量Si-O-Si鍵、Al-O-Al鍵、極性分子產(chǎn)生偶極-偶極鍵的吸附，以及陰離子與粉煤灰中次生的帶正電荷的硅酸鋁、硅酸鈣、硅酸鐵之間形成離子交換或離子對(duì)的吸附。除吸附除掉有害物質(zhì)，粉煤灰的一些成分還能夠和廢水中的有害物質(zhì)相互作用產(chǎn)生絮凝沉淀，與粉煤灰構(gòu)成吸附-絮凝沉淀協(xié)同作用，如：氧化鈣溶于水之后產(chǎn)生鈣離子，鈣離子能夠和染料中的磺酸基相互作用形成磺酸鹽沉淀，也能與氟離子相互作用形成氟化鈣沉淀。因此，用氧化鈣含量比較低的粉煤灰來處理含氟廢水或染料廢水時(shí)，經(jīng)常采用粉煤灰-石灰體系，其目的就是增加溶液中鈣離子濃度。此外，粉煤灰的孔隙率很高，當(dāng)廢水通過粉煤灰時(shí)，粉煤灰就可以過濾并截留大部分懸浮物。粉煤灰的沉淀與過濾在吸附過程中起著輔助作用，不能取代吸附的主導(dǎo)地位。

　　2、粉煤灰處理廢水

　　2.1 粉煤灰處理城市垃圾滲濾液

　　城市垃圾滲濾液一般具有特殊的氣味，含有大量有機(jī)物、硫化物、氨氮、懸浮物與微生物等，它具有很強(qiáng)的毒性及污染性，治理難度特別大。垃圾滲濾液的處理方法一般有絮凝沉淀法、化學(xué)氧化法、生物降解法與光催化法等。

　　阮湘元等以具絮凝、吸附與降解多功能粉煤灰廢水處理材料填充成一個(gè)絮凝沉降降解過濾箱，組合有鼓氣和臭氧的連續(xù)式5級(jí)垃圾場(chǎng)滲濾液集成處理系統(tǒng)。在垃圾滲濾液流量、臭氧流量、吹風(fēng)量分別為40L/h、15mg/L、40L/(m3?h)的工藝條件下，滲濾液的色度、懸浮物、CODCr、BOD5、氨氮與硫化物等主要污染物指標(biāo)分別降低90%、93%、96%、92%、86%與92%，達(dá)到了垃圾場(chǎng)滲濾液二級(jí)控制的標(biāo)準(zhǔn)。吳烈善等采用物理方法與化學(xué)方法對(duì)粉煤灰進(jìn)行了改性處理，然后用改性粉煤灰處理垃圾滲濾液。改性粉煤灰對(duì)垃圾滲濾液中COD和色度的去除率分別可達(dá)到67.3%和87.3%。劉作華等采用粉煤灰吸附分離與微波高級(jí)氧化的組合工藝處理垃圾滲濾液，來降低其化學(xué)需氧量濃度。粉煤灰是有機(jī)廢水吸附劑，同時(shí)其溶出的鐵與其他過渡金屬離子能和H2O2形成Fenton類試劑，形成氧化能力非常強(qiáng)的羥基自由基，氧化處理滲濾液中有機(jī)物。當(dāng)pH=2，粉煤灰量達(dá)到20g/L，攪拌1h后過濾分離;每1L濾液加入2mL30%的H2O2(質(zhì)量比)，放入微波爐，溫度為80℃，功率600W條件下，在微波中作用20min，其化學(xué)需氧量的去除率可以達(dá)69.81%。

　　2.2 粉煤灰處理電鍍廢水

　　電鍍工業(yè)是我國(guó)一大行業(yè)，全國(guó)有上千家電鍍廠。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，我國(guó)每年排出的電鍍廢水量約為40×108m3，主要來自于地面清洗水，滴、漏、滲帶出的電鍍液與廢電鍍液等，含有氰化物、六價(jià)鉻等劇毒成分，危害特別大，還含有鋅、銅、鎳等金屬離子。所以，在排放前有必要對(duì)其進(jìn)行處理。

　　吳小東用粉煤灰作為主要原料，以粘土作為膠結(jié)材料，碳酸鈣、蛭石與珍珠巖為造孔材料，于一定摻和比例與燒制溫度下制備了一種Ni2+吸附劑，研究了其對(duì)Ni2+的吸附動(dòng)力學(xué)與等溫吸附等主要吸附性能，考察了其在不同絡(luò)合條件下和多重金屬混合條件下對(duì)Ni2+的吸附能力，最后對(duì)電鍍廢液中的Ni2+進(jìn)行了振蕩吸附與模擬反應(yīng)器吸附，得到了可以作為實(shí)際應(yīng)用的參考條件。羅榕梅將電鍍廢水作為研究對(duì)象，采用酸浸粉煤灰-少量亞鐵離子聯(lián)合的方法處理電鍍廢水。探討了該處理方法對(duì)廢水中的Cr6+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的去除率與影響因素，如鹽酸濃度、還原時(shí)間、絮凝時(shí)間、pH值、水樣初始濃度與粉煤灰用量等，從而確定了最佳實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法不僅能夠有效去除水中的Cr6+等金屬離子，而且能夠快速產(chǎn)生絮凝體，污泥量小，含水量小，具有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。薛金鳳發(fā)現(xiàn)，用鹽酸浸泡的粉煤灰和少量的亞鐵離子聯(lián)合處理電鍍廢水，再用氫氧化鈉與電鍍廢液中的重金屬離子發(fā)生反應(yīng)形成沉淀，不僅可以減少亞鐵離子的用量，而且能夠有效去除六價(jià)鉻與多種重金屬離子，而電鍍廢水也能達(dá)標(biāo)排放，絮體生成快，沉淀速度快，含水量小。

　　2.3 粉煤灰處理焦化廢水

　　焦化廢水是指在煉焦、煤氣凈化與焦化產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的難以處理的工業(yè)廢水。目前，大部分企業(yè)采用生化處理對(duì)焦化廢水中酚類物質(zhì)去除率比較高，但難以降解的有機(jī)物處理效果卻不好，處理后的水質(zhì)往往達(dá)不到國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)。近年來，隨著環(huán)保要求的提高，特別是對(duì)氨氮在廢水中的排放濃度提出了更高的要求。因此，尋找一種廉價(jià)可行的深度處理焦化廢水的方法顯得尤為重要。

　　周靜等采用粉煤灰-石灰聯(lián)合體系作為吸附劑，對(duì)焦化廢水中的氨氮進(jìn)行了深度處理，考察了藥劑投加量、pH值、吸附時(shí)間等影響因素，得出最佳處理?xiàng)l件：pH值為5左右，每100mL焦化廢水中加入生石灰0.25g，粒徑為100目以上的粉煤灰15g，吸附時(shí)間為1h。處理后的焦化廢水的氨氮可以達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-96)中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。王奕晨等以硫酸對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，并將其用于焦化廢水深度處理。實(shí)驗(yàn)確定了粉煤灰最佳改性條件：H+濃度1.75mol/L，常溫，時(shí)間2h，每升廢水中改性后粉煤灰投加量10g，水處理pH3.0～4.5。在這基礎(chǔ)上又深入探討了二氧化硫改性粉煤灰的可行性。

　　2.4 粉煤灰處理印染廢水

　　目前，我國(guó)紡織印染工業(yè)廢水排放總量占到了工業(yè)廢水排放總量的35%。由于其有機(jī)污染物含量高、色度深、水質(zhì)變化大、堿性大，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放，其處理成本高，給企業(yè)帶來了巨大壓力。因此，開發(fā)一種廉價(jià)高效的印染廢水處理劑，已經(jīng)成為印染工業(yè)廢水綜合治理的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。

　　劉發(fā)現(xiàn)依據(jù)粉煤灰的比表面積大具有吸附能力，采用水熱合成法與離子交換法對(duì)粉煤灰進(jìn)行了改性，處理印染廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性后的粉煤灰脫色率為71.0%～99.4%，COD除去率為66.3%～81.9%，兩項(xiàng)處理指標(biāo)均獲得了滿意效果。常云海研究了粉煤灰對(duì)印染廢水的吸附脫色作用，確定了最佳脫色條件及穿透曲線的特征，并討論了其對(duì)印染廢水的COD、Cr的去除率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)色度均為700倍，COD和Cr分別為664.2mg/L、947.1mg/L的紅色、藍(lán)色印染廢水，粉煤灰處理的最佳用量分別為18g與16g，最佳吸附接觸時(shí)間分別為2.0h和2.5h，最佳pH為5～7，穿透體積分別為115mL、120mL，脫色率均可達(dá)到95%以上;COD與Cr的去除率分別為81.5%和41.1%。

　　2.5 粉煤灰處理造紙工業(yè)廢水

　　活性炭和硅藻土等是吸附法處理工業(yè)廢水的常用吸附劑?；钚蕴烤哂形饺萘看蟆r(jià)格低廉、使用后再生等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的吸附劑。但在使用過程中，活性炭的吸附性能逐漸劣化，需要經(jīng)常補(bǔ)充新鮮的活性炭，活性炭的再生成本相對(duì)較高。粉煤灰表面積大，吸附容量不如活性炭，但它屬于工業(yè)廢渣，來源非常廣泛，使用過后無需再生，可作墻體材料與路基填料。因此，粉煤灰非常適合于造紙工業(yè)廢水的處理。

　　劉全校對(duì)粉煤灰處理造紙廢水進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，脫色效果非常顯著，也可以去除一定的COD，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。王春峰采用H2SO4活化方法制備活化粉煤灰吸附材料。通過試驗(yàn)研究了該種吸附材料對(duì)造紙工業(yè)廢水中COD的吸附性能及影響因素。于曉彩用鹽酸、硫酸等試劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，制備了粉煤灰吸附混凝劑，研究了其處理造紙工業(yè)廢水的一般規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以鹽酸和硫酸的混合物為改性劑處理的粉煤灰對(duì)造紙工業(yè)廢水有良好的吸附混凝性能。當(dāng)廢水的COD濃度為800～1500mg/L，pH9～12，改性粉煤灰的用量為25g/100mL，改性粉煤灰粒徑范圍74～83μm時(shí)，造紙工業(yè)廢水中的COD、BOD、懸浮物和色度的去除率分別為81.5%、80.7%、99.1%和94%。

　　2.6 粉煤灰處理含油廢水

　　石油是人類社會(huì)非常寶貴的資源，石油及其制品廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域與日常生活中，隨著石油用量的增加，水污染加劇。尤其是含量并不特別豐富的油井，通常是采用注水的開采方式，因此產(chǎn)生了大量的含油廢水。含油廢水若是不經(jīng)任何處理就直接排放，會(huì)減少水體中溶解氧，從而使水中動(dòng)物窒息死亡。因此，含油廢水的處理成為了廢水處理的重要內(nèi)容。

　　周珊等采用不同方法將粉煤灰改性，用其對(duì)含油廢水進(jìn)行了處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)AlCl3與FeCl3改性的粉煤灰除油效果最好。在最佳工藝條件下，含油廢水經(jīng)其吸附處理后，出水含油量由256mg/L降至9.3mg/L，除油率為96.36%，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)家含油廢水的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。鄧書平通過正交實(shí)驗(yàn)研究了改性粉煤灰吸附處理含油廢水的效果。在最佳條件下，除油率達(dá)到了96%以上，符合國(guó)家含油廢水的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。王瑛研究了三種改性粉煤灰的方法，并將其應(yīng)用于含油廢水的COD處理上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)AlCl3和FeCl3改性處理的粉煤灰去除化學(xué)需氧量的效果最好。在最佳工藝條件下，出水的化學(xué)需氧量去除率達(dá)到了90%以上。

　　2.7 粉煤灰處理含氟廢水

　　氟在環(huán)境中廣泛分布，含氟廢水來自有色金屬冶煉、鋁電解精煉、玻璃陶瓷制造、農(nóng)藥磷肥生產(chǎn)、電子原器件清洗等各行業(yè)，將排出大量含氟廢水。工業(yè)產(chǎn)生的高濃度含氟廢水如不加處理直接排放，必然會(huì)污染環(huán)境，腐蝕鋼材、損壞建筑物，更嚴(yán)重的會(huì)危及人畜健康。傳統(tǒng)上的處理方法不僅藥劑費(fèi)用很高，設(shè)備工藝特別復(fù)雜，而且勞動(dòng)條件很差，出水含鹽量增高，還會(huì)產(chǎn)生大量污泥。

　　王代芝采用改性粉煤灰浸泡Ca(OH)2溶液24h處理含氟廢水，除氟率達(dá)到98%。周鳳鳴研究了粉煤灰處理含氟工業(yè)廢水的若干條件。結(jié)果表明，粉煤灰能夠顯著降低含氟廢水的含氟量，同時(shí)也調(diào)整了廢水的pH值。對(duì)除氟后的粉煤灰，則建議制成各種固化砌塊適當(dāng)?shù)靡岳谩ｑR艷然探討了利用粉煤灰、粉媒灰-生石灰體系處理含氟水的能力和影響因素。結(jié)果表明：粉煤灰可以使含氟為20mg/L的原水降至10mg/L以下，使含氟50～100mg/L的原水的除氟率達(dá)50%以上;粉煤灰-生石灰體系處理含氟20～100mg/L的原水，均可使其降至10mg/L以下。用此法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，可達(dá)到以廢治廢的目的。

　　3、結(jié)語

　　目前，粉煤灰處理廢水已進(jìn)入應(yīng)用研究階段，一些技術(shù)已在工業(yè)實(shí)踐中得到應(yīng)用。但在推廣應(yīng)用過程中仍存在一些關(guān)鍵問題有待解決。

　　(1)飽和灰的最終處理。粉煤灰對(duì)廢水的處理效果一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，卻對(duì)吸附飽和灰的最終處理問題視而不見。吸附飽和灰不能任意丟棄，如果不能再利用，應(yīng)該將其放在貯灰場(chǎng)進(jìn)行處理，若貯灰場(chǎng)沒有防滲層，可能會(huì)污染地下水。

　　(2)如何提高粉煤灰的吸附能力問題一直是科技工作者關(guān)注的焦點(diǎn)，但目前仍然沒有很好地解決。這個(gè)問題將是未來的研究重點(diǎn)。同時(shí)，要重視粉煤灰在廢水處理中的作用機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等理論問題的研究。只有這樣，才能在提高粉煤灰吸附性能方面取得突破。

　　(3)加強(qiáng)實(shí)用技術(shù)和配套設(shè)備的研發(fā)，促進(jìn)粉煤灰在廢水處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。(來源：中國(guó)平煤神馬集團(tuán)煉焦煤資源利用及綜合開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)平煤神馬集團(tuán)能源化工研究院，河南平煤神馬節(jié)能科技有限公司)