脫硫灰改性后作混凝劑處理磷化廢水

　　脫硫灰是一種硅鋁酸鹽物質(zhì)，屬于燃煤火力發(fā)電廠產(chǎn)生的固體廢棄物，由火電廠產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過脫硫而得，其主要成分為氧化鋁和二氧化硅。從微觀結(jié)構(gòu)上來看，脫硫灰內(nèi)部呈現(xiàn)多孔蜂窩結(jié)構(gòu)，因此脫硫灰可以通過吸附作用除去水中雜質(zhì)。從化學(xué)反應(yīng)方面來看，由于脫硫灰內(nèi)主要成分為氧化鋁和二氧化硅，以及鈣和鐵的氧化物，例如CaO，因而脫硫灰的化學(xué)反應(yīng)活性較強，其遇酸后可以產(chǎn)生Al3+，Ca2+等陽離子，并與液體中的陰離子結(jié)合生成不溶性鹽而析出，進而凈化廢水。綜合來說，脫硫灰可通過物理化學(xué)吸附處理廢水。然而，將脫硫灰直接作為水處理混凝劑投入應(yīng)用時，處理的效果尚未達到理想狀況。為進一步提高脫硫灰在廢水處理中的處理效率，本研究以電廠脫硫灰為原料，并使用硫酸與鹽酸對其進行改性處理，最后通過試驗驗證改性后的脫硫灰處理磷化廢水的能力。

　　1、試驗過程及方法

　　1.1 試驗用材料

　　1.1.1 試驗用脫硫灰

　　取自電廠粉煤灰經(jīng)增添加劑配比后作為電廠煙氣凈化后的脫硫劑，即脫硫灰，其化學(xué)組成見下表1。

　　從上表可看出，該脫硫灰中，SiO2與Al2O3的總含量大于60%，這兩種物質(zhì)是水處理中混凝劑的主要成份。

　　1.1.2 改性脫硫灰的制備

　　改性用試劑A：硫酸，1mol/L;試劑B：鹽酸，1mol/L;分別將100g粒狀脫硫灰磨細至200目后加入到500mL各類酸溶液中，然后在室溫下以200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，將過濾后的脫硫灰烘干作為水處理藥劑。

　　1.1.3 試驗用水樣

　　取自某公司磷化廢水，其水質(zhì)如表2所示。

　　1.2 試驗方法

　　向磷化廢水中投加一定量的改性脫硫灰，調(diào)節(jié)pH值，先快速攪(200r/min)10min，再慢速攪(100r/min)15min，然后靜置30min，取上清液測定在700nm波長處的吸光度值，并得出磷酸鹽濃度。

　　2、除磷效果試驗結(jié)果

　　2.1 硫酸改性脫硫灰除磷試驗

　　試驗中分別向六只燒杯中投加不同量的粉狀硫酸改性脫硫灰，以相同攪拌強度在六聯(lián)定時攪拌器上攪拌、反應(yīng)，其結(jié)果見下表3和圖1所示。

　　從上試驗結(jié)果可以看出，用硫酸改性后的脫硫灰對磷化廢水除磷效果顯著，隨著脫硫灰投加量的增加，磷酸鹽的去除率隨之提高。當(dāng)投加量達到10g/L時，其去除率達到94%以上，出水磷酸根濃度為0.72mg/L，當(dāng)再增加投加量時，去除效果提升幅度較小。因此，脫硫灰投加量取10g/L為宜。

　　2.2 鹽酸改性脫硫灰除磷試驗

　　采用鹽酸改性后的脫硫灰作混凝劑，其他試驗過程同上，試驗結(jié)果見表4和圖2。

　　從上圖表中試驗數(shù)據(jù)可見，采用鹽酸改性后的脫硫灰作混凝劑，其凈水趨勢與硫酸不同，隨著脫硫灰投加量的增加，開始反應(yīng)效果較好，去除率呈升高態(tài)勢，當(dāng)投加量為15g/L時，處理出水中的PO43-濃度為0.65mg/L，去除率為95%。當(dāng)投加量處于15～50g/L時，出水PO43-濃度隨投加量變化不明顯。當(dāng)投加量達到50g/L以上時，隨投加量增加，出水PO43-濃度反而有所升高。綜上所述，最佳投量在15g/L較合適。

　　2.3 對色度的去除效果試驗

　　試驗中分別采用硫酸和鹽酸改性后的脫硫灰作混凝劑進行脫色試驗研究，其試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果見圖3所示。其中A代表硫酸改性脫硫灰，B代表鹽酸改性后脫硫灰。

　　水樣pH值為8時不同改性后的脫硫灰對磷化廢水色度的試驗結(jié)果表明，兩種改性脫硫灰均具有較高的脫色效率。上圖3結(jié)果表明，兩種脫硫灰對色度的去除效率都隨其投加量的變化而變化，當(dāng)脫硫灰投量較少(≤10g/L)時，脫色效率隨脫硫灰投量增加迅速提高;A型在投加量為20g/L時，其脫色效率可接近90%，而B型脫色效率達到90%時，其投加量至少要達到40g/L，隨后當(dāng)再增加投藥量時對色度去除貢獻不大。由此可見，A型脫色效果優(yōu)于B型，故脫硫灰投量以20～40g/L為宜。對于其他類水質(zhì)，需做現(xiàn)場試驗以確定其投加量。

　　3、試驗結(jié)果分析

　　上述試驗顯示，改性后的脫硫灰對磷化廢水的除磷、脫色具有較好的效果，其作用機理主要有以下幾個方面：

　　(1)脫硫灰產(chǎn)生及制作過程與活性炭相似，故其比表面積較大、表面能高，且存在著許多鋁、硅等活性點，如Si-O-Si鍵、Al-O-Al鍵與具有一定極性的有害分子產(chǎn)生偶極-偶極鍵的吸附，脫硫灰中次生的帶正電荷的硅酸鋁、硅酸鈣和硅酸鐵與PO43-和發(fā)色基團等陰離子之間可形成離子交換或離子對的吸附，因此具有較強的吸附能力。

　　(2)脫硫灰中(SiO2+Al2O3)總含量大于60%，其中的硅鋁成分能與廢水中的有害物質(zhì)作用使其絮凝沉淀，與脫硫灰構(gòu)成吸附-絮凝沉淀協(xié)同作用。

　　(3)改性脫硫灰是在酸性條件下制備的，故溶出的Ca2+離子能夠與PO43-生成沉淀。此外，用酸性活化后的脫硫灰中還含有Al2(SO4)3、FeCl3、AlCl3、Fe2(SO4)3、H2SiO3等成分，其中Al3+、Fe3+等都能形成多核羥基絡(luò)合離子，它對PO43-離子有吸附和絡(luò)合作用，對水中的懸浮物具有一定的脫穩(wěn)作用，而聚硅酸的橋連網(wǎng)捕可將細小的膠粒聚集成大的絮團或礬花而迅速沉降。

　　綜上所述，改性脫硫灰的除磷、脫色是電解質(zhì)的脫穩(wěn)凝聚作用、硅酸凝膠等高聚物的助凝作用以及脫硫灰顆粒的吸附、沉淀作用等協(xié)同作用結(jié)果。

　　4、結(jié)論

　　本研究使用硫酸與鹽酸對脫硫灰進行改性處理，并通過試驗驗證了改性后的脫硫灰處理磷化廢水的能力。試驗結(jié)果表明，向磷化廢水中添加10g/L經(jīng)過硫酸改性處理后的脫硫灰，廢水中磷酸鹽的去除率即達到94%以上，出水PO43-濃度為0.72mg/L，向磷化廢水中添加15g/L鹽酸改性處理后的脫硫灰，廢水中磷酸鹽的去除率即達到95%以上，處理后的廢水中PO43-濃度為0.65mg/L。兩種改性方法得到的改性脫硫灰均對磷化廢水中的磷酸鹽有較強的處理能力。同時，由于脫硫灰為燃煤火電廠產(chǎn)生的固體廢棄物，獲取成本較低，因此，該種改性脫硫灰在處理磷化廢水中，有較大的工程應(yīng)用價值。(來源：煤科集團杭州環(huán)保研究院有限公司)