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%，氮吸附法測得的比表面積可達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)計到2020年，總累積堆存量將達到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，其揚塵也會造成空氣的嚴(yán)重污染，并且由于淋濾作用，排放地也會浸污地下水系，而灰漿排放到江河湖泊中也會阻塞污染河道，直接影響到水生物的生長，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，還對實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟同樣具有特別重要意義。

　　目前，我國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理

　　根據(jù)粉煤灰的理化性質(zhì)，粉煤灰對廢水中有害物質(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，鋁與硅等活性點比較多，具有較強的吸附能力，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，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，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，含有大量有機物、硫化物、氨氮、懸浮物與微生物等，它具有很強的毒性及污染性，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絮凝沉降降解過濾箱，組合有鼓氣和臭氧的連續(xù)式5級垃圾場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%，達到了垃圾場滲濾液二級控制的標(biāo)準(zhǔn)。吳烈善等采用物理方法與化學(xué)方法對粉煤灰進行了改性處理，然后用改性粉煤灰處理垃圾滲濾液。改性粉煤灰對垃圾滲濾液中COD和色度的去除率分別可達到67.3%和87.3%。劉作華等采用粉煤灰吸附分離與微波高級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。粉煤灰是有機廢水吸附劑，同時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的羥基自由基，氧化處理滲濾液中有機物。當(dāng)pH=2，粉煤灰量達到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69.81%。

　　2.2 粉煤灰處理電鍍廢水

　　電鍍工業(yè)是我國一大行業(yè)，全國有上千家電鍍廠。據(jù)文獻報道，我國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，在排放前有必要對其進行處理。

　　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Ni2+的吸附動力學(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Ni2+的吸附能力，最后對電鍍廢液中的Ni2+進行了振蕩吸附與模擬反應(yīng)器吸附，得到了可以作為實際應(yīng)用的參考條件。羅榕梅將電鍍廢水作為研究對象，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、還原時間、絮凝時間、pH值、水樣初始濃度與粉煤灰用量等，從而確定了最佳實驗條件。實驗結(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，具有較高的社會效益和經(jīng)濟效益。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鉻與多種重金屬離子，而電鍍廢水也能達標(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)采用生化處理對焦化廢水中酚類物質(zhì)去除率比較高，但難以降解的有機物處理效果卻不好，處理后的水質(zhì)往往達不到國家的排放標(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，對焦化廢水中的氨氮進行了深度處理，考察了藥劑投加量、pH值、吸附時間等影響因素，得出最佳處理條件：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，吸附時間為1h。處理后的焦化廢水的氨氮可以達到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-96)中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。王奕晨等以硫酸對粉煤灰進行改性，并將其用于焦化廢水深度處理。實驗確定了粉煤灰最佳改性條件：H+濃度1.75mol/L，常溫，時間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%。由于其有機污染物含量高、色度深、水質(zhì)變化大、堿性大，難以達到標(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粉煤灰進行了改性，處理印染廢水。實驗結(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%，兩項處理指標(biāo)均獲得了滿意效果。常云海研究了粉煤灰對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，并討論了其對印染廢水的COD、Cr的去除率。實驗結(jié)果表明：對色度均為700倍，COD和Cr分別為664.2mg/L、947.1mg/L的紅色、藍色印染廢水，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。活性炭具有吸附容量大、價格低廉、使用后再生等優(yōu)點，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)常補充新鮮的活性炭，活性炭的再生成本相對較高。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。

　　劉全校對粉煤灰處理造紙廢水進行了研究，實驗結(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。通過試驗研究了該種吸附材料對造紙工業(yè)廢水中COD的吸附性能及影響因素。于曉彩用鹽酸、硫酸等試劑對粉煤灰進行改性，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。實驗結(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，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

　　石油是人類社會非常寶貴的資源，石油及其制品廣泛應(yīng)用于各個領(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，會減少水體中溶解氧，從而使水中動物窒息死亡。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，用其對含油廢水進行了處理。實驗結(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)達到了國家含油廢水的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。鄧書平通過正交實驗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，除油率達到了96%以上，符合國家含油廢水的一級排放標(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。實驗結(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，必然會污染環(huán)境，腐蝕鋼材、損壞建筑物，更嚴(yán)重的會危及人畜健康。傳統(tǒng)上的處理方法不僅藥劑費用很高，設(shè)備工藝特別復(fù)雜，而且勞動條件很差，出水含鹽量增高，還會產(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，同時也調(diào)整了廢水的pH值。對除氟后的粉煤灰，則建議制成各種固化砌塊適當(dāng)?shù)靡岳?。馬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。用此法工藝簡單，操作方便，成本低廉，可達到以廢治廢的目的。

　　3、結(jié)語

　　目前，粉煤灰處理廢水已進入應(yīng)用研究階段，一些技術(shù)已在工業(yè)實踐中得到應(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。粉煤灰對廢水的處理效果一直是人們關(guān)注的焦點，卻對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)該將其放在貯灰場進行處理，若貯灰場沒有防滲層，可能會污染地下水。

　　(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，但目前仍然沒有很好地解決。這個問題將是未來的研究重點。同時，要重視粉煤灰在廢水處理中的作用機理和反應(yīng)動力學(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)加強實用技術(shù)和配套設(shè)備的研發(fā)，促進粉煤灰在廢水處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。(來源：中國平煤神馬集團煉焦煤資源利用及綜合開發(fā)國家重點實驗室，中國平煤神馬集團能源化工研究院，河南平煤神馬節(jié)能科技有限公司)