粉煤灰加工型材后吸附性能研究

摘 要:粉煤灰是一種固體廢棄物，為實現(xiàn)其充分利用，常用于廢水處理中，用作吸附劑，但粉煤灰作為廢水吸附劑的二次污染問題很突出，為解決該問題，我們將粉煤灰加工成型材后用于廢水吸附，盡管吸附性能有較大程度的下降，卻可以重復使用，并且避免了防止粉塵及吸附后的粉煤灰經(jīng)雨水淋溶出現(xiàn)的二次污染，使粉煤灰的綜合利用更加有效。

關鍵詞:粉煤灰型材 二次污染 吸附性能

中圖分類號:X703文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0070-01

1 粉煤灰研究現(xiàn)狀

我國是以煤炭為主要能源的國家，粉煤灰是煤炭燃燒后的產(chǎn)物，我國僅燃煤發(fā)電20世紀末的排灰量就高達1.4億噸，粉煤灰不僅是一種嚴重污染大氣的污染物，同樣也是水體污染的元兇，同時占用了大量耕地，很容易造成次生災害。為解決粉煤灰對環(huán)境的破壞問題，充分利用資源，粉煤灰多用于水泥材料、磚、陶瓷、墻體材料、橡膠、塑料等材料中作為填料使用，這種用法吃灰量大，是目前解決粉煤灰污染的主要辦法[1]。粉煤灰具有比表面積很大的特點，可以利用其表面來吸附廢水中的有毒物質(zhì)，如處理造紙廢水，COD、BOD、懸浮物的去除率均可達80%以上，是一種優(yōu)良的吸附劑[2]。另外也可以用于處理電鍍廢水，吸附其中的有毒重金屬元素，處理效率很高，其中對電鍍廢水中的Cu2+的去除率也可以達到93%以上，低濃度的Cu2+甚至可以達到100%的去除率[3]。然而如此優(yōu)良的吸附劑存在致命的弱點，吸附后的粉煤灰不易處理，污染物分離困難，在長期堆放淋溶時容易造成溶出污染環(huán)境[4]?？紤]到粉煤灰淋溶中大多數(shù)為重金屬離子溶出，而不是有機物，又由于粉煤灰可以用于水泥、粘土等有粘結(jié)性的材料一起成型，因此我們采用粉煤灰加工成型后再用于廢水處理，通過實驗研究，加工成型后的型材可以用于處理水中的有機物，有效地降低廢水COD和BOD，并且可以重復利用。

2 粉煤灰型材加工研究及性能研究

粉煤灰型材加工中可用多種粘結(jié)劑，如廢舊塑料、橡膠、粘土、水泥等，使用廢舊塑料和橡膠容易將粉煤灰的表面包裹，造成表面無法使用，而用水泥時往往是用作建筑材料而不是吸附劑，對于粘土通常用于制作陶瓷，造價較高。部分原料的造紙黑液中含硅量接近3%，在造紙過程中會產(chǎn)生硅酸鈉[5]，繼而影響了后續(xù)造紙廢水的處理。粉煤灰吸附造紙黑液中的硅既可以達到造紙黑液降低硅含量的目標，水中的硅酸鈉又可以作為加工粉煤灰型材的原料，可以說以廢制廢、變廢為寶。在實驗室中使用硅酸鈉作為粘結(jié)劑，首先配制成20%的溶液。粉煤灰先粉碎至粒度0.1～1mm，然后放入硅酸鈉溶液加熱至微沸，轉(zhuǎn)移至準備好的模具中，固定成型一天后取出。我們制作的粉煤灰型材如下圖所示(分別為三角形、山字形、五角形、圓環(huán)形、星形、圓盤形和球形)。

由于固定成型后的粉煤灰型材在比表面積上比原粉煤灰要小得多，因此在結(jié)構上選擇1cm作為型材直徑或邊長。由于三角形、五角形、山字形和圓環(huán)在力學性能上存在缺陷，很難成型，我們選擇的粉煤灰型材有，粉煤灰球(直徑1cm)、粉煤灰圓片(直徑1cm，厚度2mm)和粉煤灰立方體(邊長1cm)。

經(jīng)吸附試驗研究后發(fā)現(xiàn)粉煤灰圓片具有較為優(yōu)良的吸附性能，粉煤灰小球由于表面積減少較多，吸附性能下降過多，而粉煤灰立方體較難成型。但無論哪種型材，其吸附量較粉煤灰均有很大程度的下降。我們研究了粉煤灰對于有機酸(以乙酸為例)吸附性能，0.1～1mm的粉煤灰對于乙酸的吸附極限量(乙酸過量)可以達到0.249g/g，加工成圓片后吸附極限量為0.083g/g，吸附能力下降了2/3。吸附效果如表1所示。

盡管粉煤灰型材在吸附性能上下降非常明顯，但其存放和氧化更加方便，可以存放于庫房中避免雨淋溶造成水體的二次污染，也可以防止粉煤灰堆放過程中在吸附并干燥后在風的作用下四處飄散造成嚴重的空氣污染。即使經(jīng)雨水沖刷，也可由于本身質(zhì)量較大而不會輕易被沖走，又由于比表面積下降，淋溶造成的污染將大大降低。在一周后有機酸在空氣作用下氧化降解，粉煤灰型材又可以作為吸附劑再次使用，而吸附性能并未發(fā)生明顯改變(如粉煤灰圓片，吸附極限值依然可以達到0.083g/g)。

3 粉煤灰型材應用展望

粉煤灰型材是立足于解決粉煤灰二次污染問題，型材適用于廢水中有機物的吸附處理，有機物的降解用庫房中的空氣進行氧化降解。與傳統(tǒng)的粉煤灰吸附法相比，用粉煤灰型材將會在一次投資上有所增加，如庫房建設，粉煤灰一次性購買費用提高等，并且粉煤灰型材的吸附性能會比粉煤灰差很多，但由于粉煤灰型材可以重復使用，在后續(xù)投資中會相對更省，廢棄的粉煤灰型材還可用于粘土中添加、水泥中添加，做到更大限度的利用粉煤灰。煤炭資源日益減少的今天，怎樣充分利用所有的資源是一個全國性的問題，粉煤灰型材可以為更多型材的加工試探新路，為更加有效、合理地利用有限的稀缺資源提供參考。粉煤灰型材化對于避免粉煤灰的粉塵污染和吸附廢水中有害有機物后的二次污染有積極的作用，是在建筑材料、高聚物填料之外吃灰量大的一種粉煤灰處理方式。粉煤灰型材在加工過程中可以利用造紙黑夜當中的硅來做粘結(jié)劑，有利于造紙黑夜的后續(xù)處理的同時解決了粉煤灰粘結(jié)性差、容易隨風飄散的缺點，充分利用了兩種廢棄物的優(yōu)勢互補，做到了廢物利用和兩種廢棄物的資源化利用。而對于造紙黑夜的后續(xù)處理方法研究正在研究中。

參考文獻

[1]張文斌，魏麗丹.粉煤灰應用現(xiàn)狀分析.科技資訊，2011(32):120.

[2]鄧書平.改性粉煤灰吸附處理造紙廢水實驗研究.中國非金屬礦工業(yè)導報，2009(3):52-53.

[3]張志國，羅穎，劉春娥.淺析粉煤灰在廢水處理中的應用.內(nèi)蒙古石油化工，2010，36(9):24-25.

[4]何玉明.粉煤灰應用研究現(xiàn)狀與展望.江西冶金，2009，29(2):40-43.

[5]苑慶山，鄭立輝.制漿造紙黑液的處理與資源化.科技經(jīng)濟市場，2008(10):27-28.

①主持雞西市科技局項目，編號:2001S138。