改性粉煤灰处理校园生活污水试验研究

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(嘉应学院 化学与环境学院，广东 梅州 514015)

粉煤灰是燃煤电厂煤炭燃烧产生的大宗固体废物之一，其不仅占用大量的土地，而且对环境造成污染[1-2]。因粉煤灰表面积大、多孔、具有一定的活性基团，物理吸附和化学吸附能力较高，其对水中的氮、磷、重金属离子、染料、表面活性剂等都可以较好的去除，近几年来被广泛应用于废水处理、空气净化等环境治理方面[3-5]。近年来，研究学者发现对粉煤灰进行改性可使其封闭的孔道打开，孔隙率增加，比表面积增大，可大大提高粉煤灰对废水的处理效率，减少了污泥的产量[6-7]。

本研究探讨了火电厂粉煤灰经过不同类型的改性剂处理后，对校园生活污水中COD、TN和TP去除能力的影响，从而寻找一种最佳的改性方法，使粉煤灰达到以废治废的目的。

1 试验部分

1.1 试验仪器

调速多用振荡器(HZ-2)；电子天平(JA1003A)；紫外分光光度计(722)；真空干燥箱(DZF-6050)；立式压力蒸汽灭菌器(LDZX-30KB)；烧杯；量筒；移液管；圆底烧瓶；锥形瓶；漏斗；玻璃棒、坩埚等。

1.2 试验药剂

粉煤灰(广东梅县荷树圆电厂，过200目筛子)；生活污水(嘉应学院东区学生宿舍)；钼酸铵；硫酸；盐酸；碳酸钠；碳酸钙；氧化钙；氢氧化钙；蒸馏水等。

1.3 监测指标和方法

总磷：钼酸铵分光光度法[8]；

总氮：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[9]；

COD：快速测定法[10]。

1.4 改性粉煤灰改性方法

(1)酸改法：分别用200mL的H2SO4(0.5mol/L)、HCl(0.5mol/L)、H2SO4(0.5mol/L)+HCl(0.5mol/L)(1∶1)溶液浸渍30g粉煤灰，用水平振荡仪在固定转速、室温条件下振荡2 h后用蒸馏水反复冲洗，105 ℃ 充分烘干，得到3种酸改性粉煤灰[11]。

(2)碱改法：分别用200mL的NaOH(0.5mol/L)、Ca(OH)2(0.5mol/L)、CaO(0.5mol/L)、Na2CO3(0.5mol/L)、CaCO3(0.5mol/L)溶液浸渍30g粉煤灰，用水平振荡仪在固定转速、室温条件下振荡2 h后用蒸馏水反复冲洗，105 ℃ 充分烘干，得到5种碱改性粉煤灰[11]。

称取100g粉煤灰于坩埚中，分别加入1g的CaO固体、Ca(OH)2固体，混匀，在 700 ℃下焙烧两小时，冷却，得到两种碱改性粉煤灰[7，12]。

2 实验结果与讨论

2.1 粉煤灰改性剂的选择

取1g粉煤灰采用水洗干燥方法和分别加入各种改性剂对粉煤灰进行改性试验。改性后取粉煤灰1g：100mL生活污水在常温下振荡30min，静置30min后进行过滤测定，并计算各指标的去除率，其处理效果如表1所示。

由表1可知改性后粉煤灰对生活污水的吸附效率整体有所提升。综合总磷、总氮、 COD的去除率和经济性，本研究认为Ca(OH)2固体1g：100g粉煤灰改性处理后的处理效果最好。这主要是因为粉煤灰与石灰(Ca(OH)2固体)具有协同作用，更易将污水中的污染物去除。本研究采用石灰对粉煤灰进行碱改性作为最佳的改性方法。

表1 不同改性粉煤灰对生活污水的处理效果

2.2 石灰不同投加量对粉煤灰改性效果的影响

采用1.4章节方法在100g粉煤灰中分别加入0.2g、0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、4.0g、6.0g石灰对粉煤灰进行改性。在原水中依次加入1g上述改性粉煤灰，置于振荡器上振荡30min，静置30min后过滤测定TN、TP、COD，并计算去除率。石灰不同投加量与去除效果的关系见图1。

图1 石灰投加量与去除效果的关系

由图1可见：TN，TP和COD的去除率都随着石灰与粉煤灰比的增加而增大，到了石灰投加量2.0g/100g粉煤灰时，去除率增加幅度不再都明显增大。因此，本研究认为投加量为石灰2.0g/100g粉煤灰为最佳改性条件，此时出水TN去除率为77.60%，出水TP去除率为86.52%，COD去除率为58.78%。

2.3 改性粉煤灰投加量对吸附的影响

在8个锥形瓶中各放入100mL的生活污水原水样，再分别加入0.25g、0.5g、0.75g、1g、1.25g、1.5g、1.75g、2g的改性粉煤灰(石灰2.0g/100g粉煤灰)，在常温下，振荡30min，静置30min后过滤测定TN、TP、COD，并计算去除率。粉煤灰投加量与去除率的关系见图2。

由图2可看出，TN的去除率随投加量的增加呈上升趋势，在改性粉煤灰投加量大于1.75g时去除率可达90%以上；TP在改性粉煤灰投加量大于1.25g去除率达90%以上；COD在改性粉煤灰投加量为1.25g时虽去除率只有67.34%，但出水浓度为52.21mg/L可达GB18918-2002一级A标准。综合考虑各指标去除率和排水标准，考虑到改性粉煤灰用量不至于太大，本研究认为改性粉煤灰的最佳投加量应为1.25g/100mL生活污水，此时各个指标都可达到GB18918-2002一级A标准。

图2 改性粉煤灰投加量与去除率的关系

3 结论

(1)粉煤灰无论是酸改性还是碱改性，都能提高粉煤灰的吸附效果。对于本研究的生活污水处理，碱改性处理的效果较好，最佳的碱改性条件为石灰投加量2.0g/100g粉煤灰。

(2)试验表明，碱改性后的粉煤灰对生活污水中TN，TP和COD都有明显的处理效果，改性粉煤灰投加量为1.25g/100mL生活污水时各个污水指标都可达到GB18918-2002一级A标准。

(3)试验研究证实粉煤灰对于生活用水的处理效果还是比较理想的，再加上其原料易得，可以达到以废治废的效果，可推广和利用到实际污水处理工程当中。