粉煤灰在处理废水领域中的应用

杨慧，符秀娟，李述日，陈俊波

（1.海南师范大学省部共建热带药用植物化学教育部重点实验室，海南海口571158；2.海南师范大学化学与化工学院，海南海口571158；3.海南职业技术学院药学院，海南海口570216）

粉煤灰是一种工业固体废弃物，主要产生在燃煤锅炉的燃烧过程中.随着我国煤电行业的快速发展，粉煤灰的排放量将日益增多.它质轻粒细，很容易随风飘扬，随水飘流，污染大气和水体.另外粉煤灰不仅占用大量土地、污染土壤，而且对人类健康和生态环境产生危害.所以加快粉煤灰的合理再利用显得非常重要.粉煤灰具有的特殊结构与吸附性能，使得其在废水处理领域具有广阔的应用前景.

1 粉煤灰在处理废水领域中的应用

1.1 印染废水

利用粉煤灰处理印染废水，具有去除污染物效果好、易于工业化、费用低和占地少等特点.刘发现[1]等人对粉煤灰进行改性后用于处理印染废水，改性的方法是水热合成法和离子交换法.改性后的粉煤灰的处理指标均获得满意效果，脱色率为71.0%-99.4%，COD去除率为66.3%-81.9%.胡巧开[2]研究了粉煤灰对甲基橙的吸附，在最佳条件下，去除率达99.5%.陈院华[3]等利用废铁屑与粉煤灰两种废物集合处理印染废水.通过对某印染废水的混凝、微电解、吸附处理，废水的COD和色度去除率分别达到84.85%和95.53%.鲁秀国[4]等利用ClO2氧化/粉煤灰吸附协同体系处理印染废水进行实验研究.对于CODcr为750 mg/L、色度为250倍的1000 mL印染废水，当溶液的pH为4.5，ClO2用量20 mg/L，粉煤灰吸附用量2.5 g，在合适的反应和吸附时间下，处理后的废水CODcr＜100mg/L，色度＜40倍，达到了国家纺织染整工业废水的排放要求（GB4287-92）.该文献主要对改性粉煤灰处理印染废水进行了研究，通过实验考察了吸附时间、吸附温度、改性粉煤灰加入、改性粉煤灰粒度和废水的pH对废水色度去除率的影响，最终确定了改性粉煤灰处理印染废水的最佳工艺条件：吸附时间为70 min、吸附温度为30℃、改性粉煤灰加入量为2.4 g、改性粉煤灰粒度为100～120目、废水pH为10.0.在此条件下可使100 mL模拟印染废水中色度由600倍降到65倍，色度去除率达89.2%，达到了国家《污水综合排放标准》二级标准.

1.2 表面活性剂废水

于晓彩[5]等人对粉煤灰处理表面活性剂废水进行了多年研究.他们研究认为用n（HCl）/n（H2SO4）=1的混合液改性后的粉煤灰对含OP-10废水有很好的处理效果，当OP-10的质量浓度在300-1800 mg/L范围，改性粉煤灰的质量浓度为200 g/L，粉煤灰的粒径范围为74-83 μm，pH为1-3的实验条件下，OP-10的去除率＞92%.用CaO改性后的粉煤灰对含阳离子表面活性剂的废水有良好的处理效果.当CTMAB浓度为20-120 mg/L，改性粉煤灰用量为每升废水100-125 g，粒径范围200-180目，pH为12-13的实验条件下，CTMAB的去除率最高可达98%以上.研究了利用改性后的粉煤灰从含阴离子表面活性剂LAS的模拟废水中除去LAS的规律.得出CaO改性后的粉煤灰对含LAS的废水具有良好的处理效果，在实验浓度范围内符合Langmuir吸附规律.当模拟废水中LAS浓度为20-120 mg/L时，改性粉煤灰的用量为20-25 g处理效果最好.200 mL废水在pH为9-13条件下，用粒径为74-83 μm的改性粉煤灰吸附40 min，可使LAS的去除率最高达到98%以上.

1.3 造纸废水

造纸行业污染严重，其综合治理一直是国内外环保界研究的热点.造纸废水是水环境严重污染的来源之一，其成分复杂，含有卤代烃类等难降解有机污染物，且COD浓度高，色度大.于晓彩[6]等对COD浓度为800-1500 mg/L的造纸废水进行处理，研究发现在pH为9-12的条件下用粒径范围为74-83 μm的改性粉煤灰25g/100 mL时，悬浮物、色度、COD和BOD去除率分别为99.1%、94%、81.5%和80.7%.郝红[7]将冲灰水（灰水比为1/20-1/15）与造纸厂废水（COD浓度为330 mg/L）充分掺混、沉降，废水的COD浓度可降到100 mg/L之下，pH、色度、BOD、SS等指标均能达到国家一级排放标准.周丹[8]等研究采用Fenton氧化和粉煤灰吸附对造纸厂废水进行处理.发现当pH为3，H2O2和FeSO4的投加量分别为2.5 ml/l和150 mg/L时，Fenton氧化对废水色度的去除率达90%，COD的去除率达86%.投加粉煤灰的量为300 g/L，吸附3 h，废水COD的去除率可达68%.

1.4 含重金属废水

粉煤灰对Cu2+、Zn2+、Cr3+、Ni2+、Pb2+等离子有较好的吸附效果，因此可用于处理含重金属离子的废水.粉煤灰吸附重金属离子的效果会受到pH值的影响，合适的pH值在4-7之间.席永慧等[9]研究了粉煤灰和膨润土对溶液中有毒重金属离子Ni2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的吸附能力.动态吸附试验显示，吸附过程快速.试验结果表明，粉煤灰对Zn2+的吸附能力和膨润土相当，对Ni2+、Cd2+的吸附能力均大于膨润土.平衡吸附模型说明，在高浓度下，Ni2+、Zn2+、Pd2+在粉煤灰中，Ni2+、Pd2+在膨润土中的吸附符合Longmuir模型.试验还表明，随着吸附剂中Ni2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+含量增加，粉煤灰和膨润土对Ni2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的吸附百分率下降.朱洪涛[10]采用盐酸浸泡粉煤灰实现改性，利用正交试验确定了改性粉煤灰处理模拟含铬废水的最佳工艺条件；改性粉煤灰对Cr6+的吸附符合Langmuir模型.随着溶液中Cr6+起始浓度增大，改性粉煤灰对Cr6+的吸附率增大.徐国想[11]等人进行了粉煤灰沸石处理含铜废水的研究.当铜与沸石用量之比为1∶200，溶液pH值增加至7附近，接触时间达到30 min，去除率大于98%，含铜废水处理后水中含铜量可低于国家排放标准（210 mg/L）.这表明粉煤灰沸石有较高的吸附活性，可作为吸附废水中铜离子的高效吸附剂.

1.5 含油、含酚类废水

含油废水对水体污染严重，它会降低水中的溶氧量，使水中动物窒息死亡.周珊[12]等研究得出在室温，pH=10，搅拌时间为30 min，灰水的质量比为1∶10的工艺条件下，含油废水经改性粉煤灰吸附处理后，出水含油量由256 mg/L降至9.3 mg/L，除油率为96.36%，达到国家含油废水一级排放标准.酚类物质多数难被生物降解，并且有癌、致畸、致突变效应.杨明平等[13]针对改性粉煤灰用于焦化厂含酚废水处理的可行性进行了探讨.得出在室温、pH为2.0-2.5及废水流速在8mL/min-10mL/min的条件下，酚的去除率可以达到98.7%，而且处理费用低.

1.6 含氟、含磷废水

含氟、含磷废水严重危害人体健康.穆庆斌[14]等对采用电石渣和粉煤灰处理高浓度含氟含磷化工废水的方法进行了实验研究，考察了电石渣用量、搅拌反应时间、接触时间等因素的影响，同时确定了粉煤灰的吸附容量.实验表明，采用电石渣混凝沉淀—粉煤灰过滤工艺对高浓度含氟、含磷废水进行处理后，氟、磷及其它各项指标都达到国家排放标准.张艳丽[15]等提出用改性海泡石-粉煤灰复剂处理含氟废水，探讨了各种因素对处理含氟废水的影响.处理的最佳条件为：室温25℃，固液比1∶500，pH 3.0-6.0，时间30 min.在此条件下处理含氟废水，对模拟水样的除氟率可达94%.周珊[16]等人研究在室温20℃时，每升废水中加入粒径为74μm的粉煤灰60g，水样中氟离子浓度由220 mg/L降至15.4 mg/L.再向处理后的每升水样中加入5 g生石灰，则氟离子浓度由15.4 mg/L进一步降至2 mg/L以下，出水pH值为8，可达国家工业废水一级排放标准.

2 制备混凝剂

粉煤灰基混凝剂具有原料来源广、价格低、混凝沉淀速度快等众多优点，应用前景良好.将硫酸浸渍的粉煤灰与铝质易拉罐制成的偏铝酸钠复合制粉煤灰基混凝剂.该复合混凝剂具有吸附架桥、压缩双电层和网捕作用，对水中的微小悬浮物和胶体杂质有良好的去除效果[17].米杰[18]等以粉煤灰为原料采用酸溶法，添加硫铁矿烧渣制备粉煤灰基复合混凝剂，确定了最佳工艺条件.实验表明，硫铁矿渣与粉煤灰的质量比、浸取时间、酸用量和温度是影响混凝剂制备的主要因素.此混凝剂对大麻废水中CODcr去除率达88%，色度去除率可达96.6%以上，具有沉淀快和污泥体积小等优点.

3 结语

采用粉煤灰作为水处理剂，操作简单、价格低廉、原料易得，而且使得废弃粉煤灰得到合理利用，具有节约资源、以废治废、保护环境等优点，有良好的经济效益，资源得到了循环利用，具有广阔的应用前景.

但是吸附饱和灰的最终处置应引起重视，避免产生二次污染.可优先考虑对吸附饱和灰进行资源再利用，如制备混凝土、用作水泥生产的原料、制砖等.吸附饱和灰经雨水淋溶后可能造成水体和土壤的污染，所以不能任意弃置.另外灰水分离问题，除了过滤法之外，目前还未发现更可行的办法.

关于粉煤灰在废水处理领域的研究，目前主要是考察粉煤灰对污染物的吸附或脱除率，很少对动力学、机理及如何提高粉煤灰吸附速率、吸附量等问题进行研究.因此，应重视基础理论研究，并且加强对粉煤灰的改性和活化研究，同时研究开发与处理工艺相配套的水处理装置及实用技术，大力促进粉煤灰在废水处理领域的应用.

[1] 刘发现,金东日,王清珊,等.改性粉煤灰处理印染废水的研究[J].粉煤灰综合利用,2006(6):19-21.

[2] 胡巧开.粉煤灰对甲基橙的吸附研究[J].上海化工,2004(8):10-12.

[3] 陈院华,冯俊生.废铁屑-粉煤灰改性集成处理印染废水试验[J].安徽农业科学,2007,35(27):8642-8643.

[4] 鲁秀国,刘占孟,翟建.ClO2氧化/粉煤灰吸附协同体系处理印染废水的实验研究[J].邢台职业技术学院学报,2007,24(3):1-3.

[5] 于晓彩,王恩德,邵红,等.改性粉煤灰处理非离子表面活性剂废水的研究[J].工业水处理,2004,24(6):42-44.

[6] 于晓彩.改性粉煤灰处理造纸废水的研究[J].东北大学学报,2003,24(8):814-816.

[7] 郝红,谭红武,王剑影,等.利用粉煤灰处理安徽造纸厂废水的可行性试验研究[J].中国水利水电科学研究院学报,2003,1(2):134-139.

[8] 周丹,呼世斌,张涛,等.Fen ton氧化-粉煤灰处理造纸废水的研究[J].西北农林科技大学学报,2005,33(6):155-158.

[9] 席永慧,赵红.粉燥灰及膨润土对Ni2+,Zn2+,Cd2+,pb2+的吸附研究[J].粉煤灰综合利用,2004(3):3-7.

[10] 朱洪涛.改性粉煤灰处理含铬废水的试验研究[J].粉煤灰综合利用,2007(1):28-29.

[11] 徐国想,潘碌亭,刘吉堂,等.粉煤灰沸石处理含铜废水的研究[J].工业安全与环保,2007,16(8):68-70.

[12] 周珊.改性粉煤灰处理含油废水的实验研究[J].化学与生物工程,2005(6):43-45.

[13] 杨明平.改性粉煤灰吸附处理焦化厂含酚废水的研究[J].煤化工,2005(2):49-52.

[14] 穆庆斌,李旭东,刘元.电石渣混凝—粉煤灰过滤处理含氟磷废水[J].辽宁化工,2007,36(2):100-102.

[15] 张艳丽,张建生.改性海泡石-粉煤灰复剂处理含氟废水的研究[J].化工矿物与加工,2007(4):17-19.

[16] 周珊,武明丽.粉煤灰-石灰法处理含氟废水的研究[J].煤炭科学技术,2006,34(2):60-62.

[17] 王湖坤,张倩.粉煤灰基混凝剂的制备及应用[J].粉煤灰综合利用,2007(2):37-39.

[18] 米杰,鲍卫仁.粉煤灰基混凝剂的制备及在大麻废水中的应用[J].煤炭转化,2007,24(2):76-79.