應(yīng)用改性粉煤灰處理含鉛廢水的研究

杜鳳智，魏利濱

（1．唐山環(huán)境保護(hù)研究所，河北 唐山063000；2．唐山學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程系，河北 唐山063000）

0 引言

粉煤灰比表面積較大，呈多孔型蜂窩狀，并具有一定活性基團(tuán)，有很強(qiáng)的吸附能力，常被應(yīng)用于水處理領(lǐng)域中。粉煤灰的吸附作用主要有兩種形式，一種是物理吸附，特點(diǎn)是吸附時(shí)粉煤灰顆粒表面能降低，釋放熱量，低溫下也可自發(fā)進(jìn)行，且無(wú)選擇性，因此對(duì)各種污染物都具有一定吸附去除能力；另一種是化學(xué)吸附，特點(diǎn)是選擇性強(qiáng)，通常是不可逆的。在一般情況下，兩種吸附作用同時(shí)存在，但在不同條件（pH值、溫度等）下表現(xiàn)出的活性和優(yōu)勢(shì)有所不同，引發(fā)粉煤灰吸附性能的變化。

各項(xiàng)研究表明，粉煤灰經(jīng)適當(dāng)改性后，對(duì)溶液中的鉛離子將具有更好的吸附性能。改性粉煤灰在對(duì)重金屬離子吸附飽和后可以不進(jìn)行再生處理，且操作工藝簡(jiǎn)單、來(lái)源廣泛易得、價(jià)格低廉，因此，利用改性粉煤灰處理工業(yè)廢水具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［1－3］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

主要實(shí)驗(yàn)儀器：TAS－990型原子吸收分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限公司）。

主要實(shí)驗(yàn)原料及試劑：粉煤灰、鐵礦燒渣、活性炭、含鉛廢水、EDTA、二甲酚橙、硫酸、氯化鈉、氫氧化鈉。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 改性粉煤灰的制備方法

將粉煤灰在105℃下烘干至恒重，并篩分至120目。稱取處理過(guò)的粉煤灰20g，4g鐵礦燒渣和1g NaCl置于裝有攪拌裝置的100mL燒杯中，加入適量硫酸，在90℃下緩慢攪拌（轉(zhuǎn)速120r／min）2．5h，然后在300℃左右的溫度下通風(fēng)焙制，待其自然冷卻至室溫即制得實(shí)驗(yàn)所需的改性粉煤灰［4］。

1.2.2 改性粉煤灰的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

配制濃度為0．001mol／L的模擬含鉛廢水，然后在3個(gè)250mL的錐形瓶中分別加入100mL濃度為0．001mol／L的模擬含鉛廢水，再分別加入改性粉煤灰、原狀粉煤灰、活性炭各0．5g，在常溫下中速（380r／min）攪拌15min，靜置3 min，過(guò)濾。取濾液20mL用EDTA滴定（用二甲酚橙作指示劑）濾液中鉛離子的濃度，算得濾液中的鉛離子濃度、鉛的去除率［5］。

鉛濃度的計(jì)算公式：

式中：CEDTA為 EDTA的濃度，mol／L；VEDTA為 EDTA 的體積，mL；VPb2＋ 為模擬含鉛廢水中Pb2＋的體積，mL。

鉛去除率的計(jì)算公式：

去除率＝（C0－C）／C0×100%，

式中：C0為處理前廢水中Pb2＋濃度，mol／L；C為處理后廢水中Pb2＋濃度，mol／L。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)對(duì)相同質(zhì)量的改性粉煤灰、粉煤灰、活性炭處理含鉛廢水的效果進(jìn)行了比較，結(jié)果如表1所示。

表1 改性粉煤灰與粉煤灰、活性炭去除效果的比較

由表1可以得知，對(duì)于同樣濃度的含鉛廢水改性粉煤灰的處理效果明顯好于粉煤灰和活性炭。雖然活性炭的比表面積是類沸石的5．68倍，但對(duì)鉛離子的去除效果不及改性粉煤灰。這也說(shuō)明吸附的效果不僅由吸附劑的比表面積決定，它還與吸附劑的孔隙率、粒徑、離子交換等因素有關(guān)。

由于粉煤灰中含有較多的未燃盡的碳，這部分殘?zhí)急旧砭途哂蓄愃朴诨钚蕴康男阅埽ㄟ^(guò)用酸在較高溫度下浸提后，其表面和微孔內(nèi)就變得更加粗糙，比表面積顯著增加，即粉煤灰通過(guò)改性后其表面被活化，導(dǎo)致其吸附性能得到更大提高；此外，改性粉煤灰含有的金屬元素氧化物（Al2O3和Fe2O3）可與硫酸反應(yīng)，生成硫酸鋁鹽和硫酸鐵鹽，即粉煤灰在改性后又具有混凝性能。因此，使用改性粉煤灰處理含重金屬離子的廢水比使用單一吸附性能的粉煤灰的處理效果要好［4］。

2.2 改性粉煤灰處理含鉛廢水的影響因素

2.2.1 吸附時(shí)間的影響

吸附時(shí)間對(duì)去除率有不同程度的影響。在溫度一定的條件下分別準(zhǔn)備4份相同溶液，每份溶液中Pb2＋濃度為0．001mol／L，改性粉煤灰用量為1．0g，分別攪拌5min，10 min，15min和20min，然后靜置3min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。圖1表明，Pb2＋的去除率開始隨著時(shí)間的增加而增加，但吸附15min去除率達(dá)到62%后，去除率基本不再增加。因此，在此反應(yīng)條件下，吸附15min時(shí)Pb2＋的吸附在此時(shí)達(dá)到飽和。

圖1 吸附時(shí)間和去除率之間的關(guān)系

2.2．2 pH 值的影響

pH值對(duì)改性粉煤灰吸附處理含鉛廢水的影響較大。在溫度一定的條件下，溶液中Pb2＋濃度為0．001mol／L，改性粉煤灰用量為1．0g，用NaOH溶液調(diào)水樣pH值，攪拌15 min，靜置3min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。圖2表明，pH值過(guò)高不利于吸附，過(guò)低則不利于沉淀，pH值為8．0時(shí)處理效果較好。

圖2 pH值和去除率之間的關(guān)系

2.2.3 吸附劑用量的影響

不同吸附劑用量對(duì)改性粉煤灰處理含鉛廢水有不同程度的影響，在溫度一定的條件下分別準(zhǔn)備6份相同溶液，溶液中Pb2＋濃度為0．001mol／L，分別加入改性粉煤灰0．2g，0．4g，0．6g，0．8g，1．0g，1．2g，攪拌15min，靜置3min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。圖3表明，Pb2＋的去除率隨吸附劑用量的增加而增加，當(dāng)吸附劑的用量達(dá)到1．0g時(shí)，Pb2＋去除率達(dá)到最大。

圖3 吸附劑用量和去除率之間的關(guān)系

2.2.4 溫度的影響

溫度影響改性粉煤灰對(duì)含鉛廢水的處理效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。圖4表明，溫度升高后不利于吸附的進(jìn)行，致使去除率逐漸降低，這是因?yàn)槲降倪^(guò)程是一個(gè)放熱的過(guò)程。就物理吸附而言，分子一觸及粉煤灰表面即被吸附，其吸附速度非?？?，由此可以得出吸附的速率受傳質(zhì)阻力控制，在低溫時(shí)常有較大的速率，而高溫時(shí)由于水分蒸發(fā)量增大，對(duì)去除率的測(cè)定具有一定影響［6］。因此，選擇室溫作為實(shí)驗(yàn)溫度。

圖4 溫度和去除率之間的關(guān)系

2.2.5 廢水中Pb2＋濃度的影響

考察廢水中Pb2＋濃度對(duì)改性粉煤灰的處理效果的影響。在溫度一定的條件下準(zhǔn)備5份相同體積的溶液，溶液中Pb2＋濃度分別為0．001mol／L，0．002mol／L，0．003mol／L，0．004mol／L，0．005mol／L，加入1g改性粉煤灰，攪拌15 min，靜置3min后進(jìn)行測(cè)定Pb2＋的去除率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。隨廢水中Pb2＋濃度的增高，去除率降低，說(shuō)明低濃度有利于改性粉煤灰對(duì)Pb2＋的吸附。因此，用改性粉煤灰處理含鉛廢水時(shí)，Pb2＋濃度最好不大于0．005mol／L。

圖5 濃度和去除率之間的關(guān)系

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性粉煤灰對(duì)廢水中的鉛離子有較好的去除效果，并且容易分離，其處理效果優(yōu)于未改性粉煤灰和活性炭。Pb2＋的去除率隨著時(shí)間的增加而增加，吸附15min后達(dá)到飽和；pH值對(duì)改性粉煤灰吸附處理含Pb2＋離子廢水的影響較大，pH值過(guò)高不利于吸附，過(guò)低則不利于沉淀，pH值為8．0時(shí)處理效果較好；Pb2＋的去除率隨吸附劑用量的增加而增加，當(dāng)吸附劑用量達(dá)到1．0g時(shí)，Pb2＋去除率達(dá)到最大；隨著溫度升高，去除率逐漸降低，因此選擇室溫環(huán)境作為反應(yīng)條件；廢水中Pb2＋濃度增高，去除率降低，說(shuō)明低濃度有利于改性粉煤灰對(duì)Pb2＋的吸附，Pb2＋含量小于0．005mol／L吸附效果較好。

［1］ 張建平，張振聲，尹連慶，等．粉煤灰處理廢水的機(jī)理及應(yīng)用［J］．粉煤灰綜合利用，1996（4）：33－35．

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［3］ 李亞峰，趙玉華，劉軍，等．粉煤灰處理廢水研究與應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展［J］．沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，15（4）：348－350．

［4］ 彭榮華，陳麗娟，李曉湘．改性粉煤灰吸附處理含重金屬離子廢水的研究［J］．材料保護(hù)，2005，38（1）：48－50．

［5］ 李劍超，褚君達(dá)，豐華麗，等．粉煤灰在廢水處理中的最新應(yīng)用研究［J］．電力環(huán)境保護(hù)，2001，17（4）：40－42．

［6］ 陳泉水．粉煤灰處理含重金屬?gòu)U水試驗(yàn)研究［J］．化工礦物與加工，2001，30（6）：11－13．