毕业设计（论文）粉煤灰在废水处理中的应用.doc

粉煤灰在废水处理中的应用作者： 指导老师:摘要：粉煤灰是一种可再资源化的工业固体废弃材料，因为比表面积比较大，所以它还是一种很好的吸附材料由于粉煤灰的吸附作用，使得它在含油废水、印染废水、工业废水、含重金属离子等方面均有较好的处理效果本文综述了粉煤灰的主要化学成分、利用粉煤灰处理废水的方法、机理、及国内外粉煤灰的应用现状，我们应该对粉煤灰进行物理或化学改性，而且必须通过改性才能更好的用于废水处理，以提高污水处理效率关键词: 粉煤灰；改性；吸附；废水处理；应用1 引言　　 粉煤灰是燃煤电厂粉煤燃烧排放的一种似火山灰质的固体废弃物，是目前我国排量较大的工业废渣之一，其主要成分有CaO，SiO2，Fe2O3，Al2O3等，具有较大的比表面积和多孔结构我国粉煤灰每年的排放量至少有1亿吨, 而目前的利用率仅在30 %左右, 其中未被利用的粉煤灰堆积在灰场, 不仅占用了大量的土地, 而且还污染了周边的环境[1]如果粉煤灰不经过处理就排放出去，就会产生扬尘，污染空气；如果不幸排入水中，还会造成河流堵塞，而且其中的有毒物质也会危害到生物的生命安全因此, 粉煤灰的处理和综合利用问题引起人们广泛的观注，近几年国内外的环保部门把对粉煤灰的合理利用作为环保研究领域的热点之一, 尤其是粉煤灰在废水处理中的应用方面。

目前, 从国内外综合利用的情况来看，粉煤灰在轻质烧结耐火砖、道路工程、建筑工程、建筑材料、农业等领域的应用技术已经较为成熟[2-4]，而粉煤灰在污水处理中的应用则是近几年研究的热点话题粉煤灰在污水处理中的应用主要是靠其活性,由于其含有多孔碳粒, 多孔玻璃体、呈多孔性蜂窝状组织，所以它的表面积比较大；同时, 粉煤灰还具有活性基团, 这就使得其具有较强的吸附能力, 成为污水处理中极好的吸附材料[5,6]，粉煤灰的吸附作用主要分为物理吸附和化学吸附利用粉煤灰处理工业废水，可以使固体废弃物的处理达到既环保又经济的效果如果对粉煤灰颗粒进行改性，粉煤灰的吸附性能会明显增加，对废水处理效果也有明显增强，还可以在其表面引入活性基团，拓宽其应用范围近年来，一些工厂已将改性后的粉煤灰吸附剂应用在了包括工业废水在内的各类废水的处理中国内粉煤灰在化工工业和环保领域的应用尚处于起步阶段，与发达国家相比还有较大的差距[7] 合理利用粉煤灰及改性后的粉煤灰处理污水不仅降低了成本，节约了资源，而且还能实现循环经济，达到以废治废的目的本文从粉煤灰的作用机理、理化特性及粉煤灰的改性方法出发，综述了粉煤灰以及改性后的粉煤灰在废水处理中的应用情况，并指出当前存在的主要问题和今后的研究方向。

2 　粉煤灰的理化特性粉煤灰一般有两种，分别是飞灰和底灰，不过我们通常所说的粉煤灰一般是指飞灰[8]粉煤灰的形成过程可以看成煤在高温燃烧时的二次人工成矿过程, 由于过程比较特殊, 粉煤灰主要的存在方式为富铝玻璃体粉煤灰不仅来源广泛，而且价格也不贵，它是一种高分散的微细颗粒的集合体，粉煤灰组成结构如图1，主要由铁、硅、钙、铝、镁等元素的氧化物以及Gu、Zn等微量元素组成, 还含有少量燃烧不完全或未燃烧的黑色、不透明、形状不规则的细小炭粒,固体粉煤灰显酸性，其化学成分与燃烧条件和煤的品种有关，粉煤灰的化学成分见表1图1 粉煤灰结构示意图表1 　粉煤灰的化学成分(%)SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其它53．8131.849.123.270.811.15粉煤灰颗粒的粒径约为2.5μm ～ 300μm,平均几何粒径为40μm，堆积密度为550kg/m3 ～ 658kg/m3 ,真实密度在2t/m3 ～ 2.3t/m3之间,孔隙率一般为60 % ～ 75 %粉煤灰的结构是多孔状的,因此它的比表面积比较大, 一般在2500 ～5000m2/kg , 表面上的原子力呈未饱和状态, 使得粉煤灰具有较好的表面活性和较高的比表面能。

另外, 由于粉煤灰中还含有活性炭和少量沸石等具有交换特性的物质, 同时又富含铝和硅等元素，且表面积又比较大，因此粉煤灰具有较强的物理吸附和化学吸附能力，可用于污水处理等方面物理吸附的效果取决于粉煤灰的多孔性及比表面积，未燃炭粒对物理吸附有着重要的影响作用；化学吸附主要取决于其表面具有大量Si—O—Si 键、Al—O—Al 键及具有一定极性的有害分子产生偶极键的吸附，或是阴离子于粉煤灰中次生的带正电荷的硅酸铝、硅酸钙和硅酸铁之间形成离子交换或离子对的吸附，其特点是选择性强，通常不可逆3 粉煤灰处理废水的机理. 由于受到处理工艺、污水性质粉及煤灰的结构、成分等因素的影响，粉煤灰处理废水的机理较为复杂，一般认为是粉煤灰的凝聚、吸附、沉淀和助凝等几种作用综合的结果[9]粉煤灰的等温吸附符合Freundlish吸附等温式，其吸附有害物质的过程可分为三个阶段：颗粒外部扩散阶段；颗粒内部扩散阶段；吸附反应阶段从印度G.S.Gupta 对吸附燃料废水的实验结果来看，粉煤灰的吸附速率由第二阶段控制，即颗粒内部扩散阶段因此，吸附质粒径越小，吸附速率越快，达到吸附平衡的时间就越短除了能够通过吸附作用去除有害物质外, 粉煤灰中的一些成分还能与废水中的有害物质通过吸附——絮凝沉淀协同的作用使废水得以净化。

此外, 由于粉煤灰是多孔性松散固体集合物, 孔隙率较大, 废水通过时, 粉煤灰也能通过过滤截留一部分悬浮物不过粉煤灰的絮凝沉淀和过滤只能对吸附起补充作用，不能替代吸附的主导地位[10-11]经大量国内外的研究表明,粉煤灰处理废水的主要影响因素有以下几个方面： （1）粉煤灰的粒径和比表面积：粉煤灰比表面积越大、粒径越细，对废水的处理效果越好例如, 当粉煤灰颗粒从53μm 上升至125μm时, 对含铬染料的去除率将由91 %下降到64 %2）温度：从国内外的研究结果来看，温度越低，粉煤灰对废水中有害物质去除率越高刘国光等[12]发现, 温度越低, 越有利于粉煤灰对印染废水的处理比如, 用粉煤灰处理含铬染料废水时, 温度从50 ℃下降到30 ℃, 去除率从69 %上升至91 %3）溶液的pH 值：虽然pH 值可以直接影响处理效果，但pH 值的影响结果与吸附质的性质有关比如粉煤灰在处理含磷废水时, 在中性条件下效果好, 而在处理含氟废水时，却在酸性条件下去除率最高4）吸附质的性质：废水污染物质的溶解度、分子量大小等对处理效果有影响分子量越大、溶解度越小，处理效果越好作为吸附质的污染物,其分子极性、溶解度以及分子量对吸附都有一定影响。

与活性炭相似, 粉煤灰对分子量大的污染物吸附效果较好, 因为分子量大，分子间引力强,物理吸附则更易进行因此, 粉煤灰对造纸等以大分子污染物为主的废水表现出较好的吸附性能[13] （5）粉煤灰的物理化学性质：粉煤灰的比表面积、粒径、化学组成对其处理效果有着直接的影响一般地, 比表面积大, 含活性氧化铝、氧化硅及未燃尽碳高, 去除效果好也有将粉煤灰活化以提高其吸附性能的研究报道[14] , 但活化成本较高, 限制了其在工业中的应用4 粉煤灰的改性近年来,粉煤灰因具有来源广泛、价格低廉、吸附性能优良等特点，在污水处理中得到广泛的应用, 达到了以废制废的目的虽然从理论和实践上粉煤灰具有一定的吸附能力，但是研究中发现原状粉煤灰吸附效果并不是很理想，其吸附能力只有活性炭的75%左右，因此,对粉煤灰进行物理或化学改性来提高其吸附除污能力, 已成为当前的热门话题之一目前，对粉煤灰的改性的方法主要有火法和湿法，其中湿法主要有碱改性法及酸改性法两种研究发现，对粉煤灰进行酸、碱和水热处理可以后可以大幅度提升其吸附能力，特别是热处理后的粉煤灰对阳离子的吸附能力可以提高25倍[15].碱改性后的粉煤灰与沸石混合使用，对金属离子的去除率可以达到80%[16]4.1 火法通常是将粉煤灰与助溶剂( Na2CO3)按一定比例混合，在800－900℃的高温下熔融，使粉煤灰分解，对熔融后的产物进行处理，可制得混凝剂、沸石等吸附材料。

其主要反应方程式为：Na2O + SiO2→ Na2SiO3Na2CO3→ Na2O + CO2↑6Na2O + 4SiO2 +〔3Al2O3·2SiO2〕→ 3〔2Na2O·Al2O3·2SiO2〕3Na2O + 4SiO2 +〔3Al2O3·2SiO2〕→ 3〔Na2O·Al2O3·2SiO2〕4.2 湿法（1）碱改性法20 世纪80 年代中期，国外就已采用碱性溶液对粉煤灰进行改性，改性后，粉煤灰的吸附能力大大提高碱改性用到的碱性物质主要是Na0H 溶液对粉煤灰进行碱性改性的方法有三种:a 将原灰与碱溶液在一定的温度下混合改性；b将粉煤灰与碱焙烧熔融，使粉煤灰颗粒转化为硅酸盐和铝酸盐；c 将粉煤灰预处理后与碱溶液混合碱法改性粉煤灰的机理是通过生成沸石相矿物，因而具有良好的吸附作用（2）酸改性法酸改性的方式主要是采取酸浸法，用到的酸有: 硝酸、盐酸、硫酸、氢氟酸或一定比例的混合酸取粉煤灰和一定浓度的酸溶液混合，常温条件下搅拌反应，反应后的粉煤灰与浸取液一起烘干碾碎，即制得酸改性粉煤灰[17]在粉煤灰中加入少量的氯化钠、硫铁矿等，在高温下进行酸浸取，可以增加粉煤灰中铁的含量，增强其絮凝作用，从而会使混凝沉淀的速率有所提高。

由于粉煤灰的成分中含有铝、铁、钙等金属氧化物，酸浸的结果是使这些金属氧化物变成了具有较强的凝聚及吸附脱色作用的无机盐经过酸处理后，粉煤灰颗粒表面由原来的光滑致密变得粗糙不平，表面出现许多小孔洞，大大改善了空隙的通透性，这种改变增大了粉煤灰的比表面积，增强了吸附能力经研究表明，以ρ( HCl) : ρ( H2S04) = l: 3处理后的粉煤灰的吸附效果最好，对废水的处理效果也最好于衍真[18] 等人将粉煤灰加工成不同粒径大小的颗粒后，进行表面酸处理，然后将处理后的粉煤灰进行造纸废水处理实验实验得出: 用灰量宜选20g /L时，才能保证处理的效果，而不会使沉淀物的量太大5 粉煤灰在废水处理中的应用5 .1 　粉煤灰在含油废水中的应用随着工业的快速发展，含油废水的排放量日趋增多，当含油工业废水排入水体后，对水体的成分造成严重的影响，如阻止氧气溶于水中，致使水中的动植物和微生物因缺氧而死亡，水质慢慢恶化等用粉煤灰处理含油废水是以废治废，不仅可以充分利用资源，而且粉煤灰价格低廉近年来，国内外利用粉煤灰的混凝及吸附作用处理含油废水，该法具有占地少，效果好，费用低等特点，很适合中小型企业5.1．1 作为吸附剂直接处理含油废水安晓雯[19]通过正交设计试验研究了利用粉煤灰处理含油废水的最佳工艺条件。

结果表明，在反应初始体系pH 值为9.0、反应时间70min、待处理油初始浓度为90mg /L、粉煤灰加入量为30 g /L时，处理体系达到最佳的处理效果，油去除率可达82.2%在最佳工艺条件下，加入铁屑或生石灰还可以进一步提高粉煤灰对含油废水的去除率靳辛[20]通过现场机械搅拌试验和试验室内摇床吸附试验对粉煤灰吸附采油废水中COD、石油类、氨氮、挥发酚等污染物的去除规律及其去除效果进行了研究试验研究表明: 随着采油废水的增加，粉煤灰对石油类的最大吸附量为1.4 mg /g，对COD 的最大吸附量为10.1mg /g5.1．2 改性处理后处理含油废水谌世英[21]研究了用铝酸脂偶联剂和复合改性剂对粉煤灰进行表面改性以及改性粉煤灰在含油废水处理中的应用结果表明: 改性后的粉煤灰憎水亲油性明显增强，对废水的处理作用也明显提高了奥里油废水是一种含有一定表面活性剂、难生物降解、高COD值和难臭氧氧化降解的炼油废水利用物质的量为1：1的盐酸与硫酸的混合酸为改性剂对粉煤灰进行改性，该性后的粉煤灰可以处理该废水改性的方法为：将粉煤灰过100目筛，。