粉煤灰處理廢水研究進(jìn)展

王 輝

（山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司,山西 太原 030024）

引 言

粉煤灰主要是指燃煤電廠以及煤矸石、煤泥資源綜合利用電廠鍋爐煙氣經(jīng)除塵器收集后獲得的細(xì)小飛灰和爐底渣,是一種比較常見的工業(yè)固體廢棄物。我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的大量需求帶動(dòng)煤電行業(yè)的快速發(fā)展,粉煤灰的產(chǎn)生量日益增多［1］。粉煤灰如不經(jīng)處理而大量堆存不僅會(huì)占用大量的土地,而且由于其質(zhì)量較輕且顆粒較細(xì),很容易自然擴(kuò)散,從而污染環(huán)境,進(jìn)而會(huì)危害到人類健康。因此,粉煤灰合理再利用技術(shù)的研究就顯得非常重要。

一般來說,粉煤灰的主要成分是SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3和未燃盡的炭等,可在建筑、化工和材料等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用［2］。目前,國(guó)外對(duì)粉煤灰的利用已由用在混凝土摻和料、路基和土壤改造方面發(fā)展到大體積混凝土制品和水泥混合材料等方面,而國(guó)內(nèi)對(duì)粉煤灰的利用主要集中在道路建設(shè)和建材工業(yè)生產(chǎn)等方面,還有一些是用于提取貴重金屬、用作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑及環(huán)保材料等［3－4］。

粉煤灰是煤在高溫條件下燃燒釋放氣體后形成的產(chǎn)物,因此,粉煤灰具有一定的多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,能起到很好的吸附作用和沉降作用,使其在廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文將從粉煤灰在處理廢水中的應(yīng)用、存在的問題和今后的研究方向等幾個(gè)方面加以論述,從而可為利用粉煤灰高效處理廢水提供參考。

1 粉煤灰在廢水處理中的應(yīng)用

一般來說,粉煤灰對(duì)廢水的處理主要是通過其對(duì)有害物質(zhì)的吸附、絮凝和過濾作用來實(shí)現(xiàn)的,其中,吸附作用占主導(dǎo)地位。吸附作用既包括物理吸附也包括化學(xué)吸附,物理吸附的效率主要取決于粉煤灰的多孔性和比表面積,化學(xué)吸附主要是由粉煤灰表面鋁、硅等活性點(diǎn)的數(shù)量來決定的。另外,由于粉煤灰中存在大量的Fe3＋、Al3＋和 Ca2＋等陽離子,這些陽離子在一定的條件下能與廢水中的一些有害物質(zhì)發(fā)生絮凝沉淀,從而去除廢水中的重金屬等有害物質(zhì)［5］。

1）粉煤灰處理焦化廢水

目前,大多數(shù)焦化廠采用生化法處理后的焦化廢水,但處理后焦化廢水中COD、酚和氰化物等濃度達(dá)不到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),一些研究人員采用粉煤灰作為吸附劑對(duì)此類廢水進(jìn)行了處理,取得了較好的效果。例如,徐革聯(lián)等研究了粉煤灰吸附劑對(duì)某焦化廠生化出水的處理,研究結(jié)果表明,在進(jìn)水量為100t/h,粉煤灰用量1.747t/h的條件下,廢水中硫化物、油、氨氮、BOD5和色度的平均去除率能達(dá)到57.41%。在粉煤灰添加劑量為1.5g/100mL和浸漬時(shí)間為20min～25min條件下,處理后廢水中除氨氮超標(biāo)外,其他各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)［6］。

2）粉煤灰處理重金屬廢水

目前,許多工業(yè)廢水中含有大量的重金屬離子,這些重金屬離子不加處理直接外排會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康帶來嚴(yán)重的危害。一些研究人員發(fā)現(xiàn),粉煤灰對(duì)廢水中的Cr6＋具有一定的去除效果,但去除率相對(duì)較低。劉轉(zhuǎn)年等研究了經(jīng)過酸活化后的粉煤灰對(duì)廢水中的Cr6＋的去除效果,研究結(jié)果表明,經(jīng)過酸活化后的粉煤灰對(duì)Cr6＋的去除率有明顯的增加［7］。另外,還有研究表明,粉煤灰對(duì)廢水中存在的Cu2＋、Zn2＋、Pb2＋等重金屬離子也有較好的去除效果［8］。

3）粉煤灰處理含氟廢水

粉煤灰對(duì)廢水中的氟具有良好的去除效果,穆慶斌等使用粉煤灰直接對(duì)含氟廢水進(jìn)行處理時(shí),處理效果并不明顯,而且粉煤灰的使用量很大,一般每升廢水中需投加粉煤灰40mg～100mg才能達(dá)到去除效果。當(dāng)以粉煤灰作為原料,通過添加MgCl2和Al2（SO4）3形成的復(fù)合吸附劑來處理此類廢水,研究表明,此復(fù)合劑用量達(dá)到上述粉煤灰用量的1/10左右時(shí),廢水中的氟就能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)［9］。此外,利用粉煤灰作為吸附劑還可以處理印染廢水、造紙廢水和生活污水等［10］。

4）粉煤灰的混凝和助凝作用

梁天民以粉煤灰作為原料,經(jīng)過鹽酸和硫酸酸化處理后制成混凝劑對(duì)制藥廢水進(jìn)行了處理,研究結(jié)果表明,廢水中COD的去除率可達(dá)到84%,而色度的去除率能達(dá)到98.2%。用該種混凝劑處理制革廢水,廢水中COD的去除率為66.3%,色度的去除率能達(dá)到98.8%［11］。谷慶寶等使用粉煤灰作為助凝劑處理染料廢水中發(fā)現(xiàn),當(dāng)粉煤灰的投加量為3g/L,pH 值為5.7～6.7條件下,可節(jié)省絮凝劑10%～15%,同時(shí),粉煤灰還能起到加速絮凝體沉淀和改善污泥脫水性能等作用［12］。于衍真等通過研究發(fā)現(xiàn),粉煤灰起到混凝作用的原因主要是：1）粉煤灰制成的混凝劑在水中能夠釋放出大量的Al3＋、Fe3＋等陽離子,這些陽離子能夠降低或消除水中懸浮顆粒的電位,使其脫穩(wěn)。2）由于粉煤灰混凝劑中硅酸的存在能起到吸附架橋作用,可以對(duì)懸浮顆粒進(jìn)行網(wǎng)式捕獲。3）粉煤灰由于存在較大的比表面積具有吸附特性,許多絡(luò)合物分子和高分子聚合物能夠吸附在粉煤灰周圍,形成了一個(gè)較大的懸浮體,從而可提高沉降和混凝的速度。

2 存在的問題

目前,以粉煤灰為原料制成的各種吸附劑在廢水處理中的應(yīng)用相關(guān)報(bào)道很多,有一些技術(shù)也成功地應(yīng)用在工業(yè)實(shí)踐中,但在該技術(shù)大規(guī)模的推廣中還有幾個(gè)關(guān)鍵問題急待進(jìn)一步解決。

1）由于粉煤灰是煤高溫燃燒后的產(chǎn)物,本身具有一定的多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,但其吸附能力仍然有限,找到一種能夠提高粉煤灰吸附性能的新型高效改性方法就顯得十分關(guān)鍵。

2）應(yīng)用粉煤灰對(duì)廢水進(jìn)行吸附后,由于粉煤灰較細(xì),因此,灰水分離問題就成為需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。目前,現(xiàn)有技術(shù)除了過濾法較易實(shí)現(xiàn)灰水分離外,其他一些方法灰水分離都存在一定的困難。

3）利用粉煤灰對(duì)廢水進(jìn)行處理后,最終產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生大量的吸附飽和灰,這些吸附飽和灰隨意堆置可能會(huì)造成二次污染,因此吸附飽和灰的合理處理十分重要。

4）目前,現(xiàn)有報(bào)道主要關(guān)注的是粉煤灰在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用,很少對(duì)吸附過程的動(dòng)力學(xué)、機(jī)理和如何提高粉煤灰的吸附速率、吸附量等問題進(jìn)行探討。因此,在重視基礎(chǔ)理論研究的同時(shí)應(yīng)加快新型水處理裝置和設(shè)備的開發(fā),從而促進(jìn)粉煤灰在廢水處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)論

采用粉煤灰作為水處理劑,不僅具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),而且能夠合理利用廢棄的粉煤灰資源,在循環(huán)利用資源的同時(shí)達(dá)到“以廢治廢”的目的,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。

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