应用改性粉煤灰处理含铅废水的研究

杜凤智，魏利滨

（1．唐山环境保护研究所，河北 唐山063000；2．唐山学院 环境与化学工程系，河北 唐山063000）

0 引言

粉煤灰比表面积较大，呈多孔型蜂窝状，并具有一定活性基团，有很强的吸附能力，常被应用于水处理领域中。粉煤灰的吸附作用主要有两种形式，一种是物理吸附，特点是吸附时粉煤灰颗粒表面能降低，释放热量，低温下也可自发进行，且无选择性，因此对各种污染物都具有一定吸附去除能力；另一种是化学吸附，特点是选择性强，通常是不可逆的。在一般情况下，两种吸附作用同时存在，但在不同条件（pH值、温度等）下表现出的活性和优势有所不同，引发粉煤灰吸附性能的变化。

各项研究表明，粉煤灰经适当改性后，对溶液中的铅离子将具有更好的吸附性能。改性粉煤灰在对重金属离子吸附饱和后可以不进行再生处理，且操作工艺简单、来源广泛易得、价格低廉，因此，利用改性粉煤灰处理工业废水具有明显的经济效益和社会效益［1－3］。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

主要实验仪器：TAS－990型原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）。

主要实验原料及试剂：粉煤灰、铁矿烧渣、活性炭、含铅废水、EDTA、二甲酚橙、硫酸、氯化钠、氢氧化钠。

1.2 实验方法

1.2.1 改性粉煤灰的制备方法

将粉煤灰在105℃下烘干至恒重，并筛分至120目。称取处理过的粉煤灰20g，4g铁矿烧渣和1g NaCl置于装有搅拌装置的100mL烧杯中，加入适量硫酸，在90℃下缓慢搅拌（转速120r／min）2．5h，然后在300℃左右的温度下通风焙制，待其自然冷却至室温即制得实验所需的改性粉煤灰［4］。

1.2.2 改性粉煤灰的应用实验

配制浓度为0．001mol／L的模拟含铅废水，然后在3个250mL的锥形瓶中分别加入100mL浓度为0．001mol／L的模拟含铅废水，再分别加入改性粉煤灰、原状粉煤灰、活性炭各0．5g，在常温下中速（380r／min）搅拌15min，静置3 min，过滤。取滤液20mL用EDTA滴定（用二甲酚橙作指示剂）滤液中铅离子的浓度，算得滤液中的铅离子浓度、铅的去除率［5］。

铅浓度的计算公式：

式中：CEDTA为 EDTA的浓度，mol／L；VEDTA为 EDTA 的体积，mL；VPb2＋ 为模拟含铅废水中Pb2＋的体积，mL。

铅去除率的计算公式：

去除率＝（C0－C）／C0×100%，

式中：C0为处理前废水中Pb2＋浓度，mol／L；C为处理后废水中Pb2＋浓度，mol／L。

2 结果与分析

2.1 实验结果

实验对相同质量的改性粉煤灰、粉煤灰、活性炭处理含铅废水的效果进行了比较，结果如表1所示。

表1 改性粉煤灰与粉煤灰、活性炭去除效果的比较

由表1可以得知，对于同样浓度的含铅废水改性粉煤灰的处理效果明显好于粉煤灰和活性炭。虽然活性炭的比表面积是类沸石的5．68倍，但对铅离子的去除效果不及改性粉煤灰。这也说明吸附的效果不仅由吸附剂的比表面积决定，它还与吸附剂的孔隙率、粒径、离子交换等因素有关。

由于粉煤灰中含有较多的未燃尽的碳，这部分残碳本身就具有类似于活性炭的性能，通过用酸在较高温度下浸提后，其表面和微孔内就变得更加粗糙，比表面积显著增加，即粉煤灰通过改性后其表面被活化，导致其吸附性能得到更大提高；此外，改性粉煤灰含有的金属元素氧化物（Al2O3和Fe2O3）可与硫酸反应，生成硫酸铝盐和硫酸铁盐，即粉煤灰在改性后又具有混凝性能。因此，使用改性粉煤灰处理含重金属离子的废水比使用单一吸附性能的粉煤灰的处理效果要好［4］。

2.2 改性粉煤灰处理含铅废水的影响因素

2.2.1 吸附时间的影响

吸附时间对去除率有不同程度的影响。在温度一定的条件下分别准备4份相同溶液，每份溶液中Pb2＋浓度为0．001mol／L，改性粉煤灰用量为1．0g，分别搅拌5min，10 min，15min和20min，然后静置3min，实验结果见图1。图1表明，Pb2＋的去除率开始随着时间的增加而增加，但吸附15min去除率达到62%后，去除率基本不再增加。因此，在此反应条件下，吸附15min时Pb2＋的吸附在此时达到饱和。

图1 吸附时间和去除率之间的关系

2.2．2 pH 值的影响

pH值对改性粉煤灰吸附处理含铅废水的影响较大。在温度一定的条件下，溶液中Pb2＋浓度为0．001mol／L，改性粉煤灰用量为1．0g，用NaOH溶液调水样pH值，搅拌15 min，静置3min，实验结果见图2。图2表明，pH值过高不利于吸附，过低则不利于沉淀，pH值为8．0时处理效果较好。

图2 pH值和去除率之间的关系

2.2.3 吸附剂用量的影响

不同吸附剂用量对改性粉煤灰处理含铅废水有不同程度的影响，在温度一定的条件下分别准备6份相同溶液，溶液中Pb2＋浓度为0．001mol／L，分别加入改性粉煤灰0．2g，0．4g，0．6g，0．8g，1．0g，1．2g，搅拌15min，静置3min，实验结果见图3。图3表明，Pb2＋的去除率随吸附剂用量的增加而增加，当吸附剂的用量达到1．0g时，Pb2＋去除率达到最大。

图3 吸附剂用量和去除率之间的关系

2.2.4 温度的影响

温度影响改性粉煤灰对含铅废水的处理效果，实验结果见图4。图4表明，温度升高后不利于吸附的进行，致使去除率逐渐降低，这是因为吸附的过程是一个放热的过程。就物理吸附而言，分子一触及粉煤灰表面即被吸附，其吸附速度非常快，由此可以得出吸附的速率受传质阻力控制，在低温时常有较大的速率，而高温时由于水分蒸发量增大，对去除率的测定具有一定影响［6］。因此，选择室温作为实验温度。

图4 温度和去除率之间的关系

2.2.5 废水中Pb2＋浓度的影响

考察废水中Pb2＋浓度对改性粉煤灰的处理效果的影响。在温度一定的条件下准备5份相同体积的溶液，溶液中Pb2＋浓度分别为0．001mol／L，0．002mol／L，0．003mol／L，0．004mol／L，0．005mol／L，加入1g改性粉煤灰，搅拌15 min，静置3min后进行测定Pb2＋的去除率。实验结果如图5所示。随废水中Pb2＋浓度的增高，去除率降低，说明低浓度有利于改性粉煤灰对Pb2＋的吸附。因此，用改性粉煤灰处理含铅废水时，Pb2＋浓度最好不大于0．005mol／L。

图5 浓度和去除率之间的关系

3 结论

实验结果表明，改性粉煤灰对废水中的铅离子有较好的去除效果，并且容易分离，其处理效果优于未改性粉煤灰和活性炭。Pb2＋的去除率随着时间的增加而增加，吸附15min后达到饱和；pH值对改性粉煤灰吸附处理含Pb2＋离子废水的影响较大，pH值过高不利于吸附，过低则不利于沉淀，pH值为8．0时处理效果较好；Pb2＋的去除率随吸附剂用量的增加而增加，当吸附剂用量达到1．0g时，Pb2＋去除率达到最大；随着温度升高，去除率逐渐降低，因此选择室温环境作为反应条件；废水中Pb2＋浓度增高，去除率降低，说明低浓度有利于改性粉煤灰对Pb2＋的吸附，Pb2＋含量小于0．005mol／L吸附效果较好。

［1］ 张建平，张振声，尹连庆，等．粉煤灰处理废水的机理及应用［J］．粉煤灰综合利用，1996（4）：33－35．

［2］ 李亚峰，杨辉，赵红．粉煤灰处理废水的理论与实践［J］．工业用水与废水，1999，30（3）：1－3．

［3］ 李亚峰，赵玉华，刘军，等．粉煤灰处理废水研究与应用的现状及发展［J］．沈阳建筑工程学院学报，1999，15（4）：348－350．

［4］ 彭荣华，陈丽娟，李晓湘．改性粉煤灰吸附处理含重金属离子废水的研究［J］．材料保护，2005，38（1）：48－50．

［5］ 李剑超，褚君达，丰华丽，等．粉煤灰在废水处理中的最新应用研究［J］．电力环境保护，2001，17（4）：40－42．

［6］ 陈泉水．粉煤灰处理含重金属废水试验研究［J］．化工矿物与加工，2001，30（6）：11－13．