改性粉煤灰处理含铬废水的实验研究

摘要：我国是一个燃煤大国，每年有近亿吨粉煤灰排放，大量粉煤灰堆放，不仅占用土地，而且对环境造成很大危害。利用盐酸对粉煤灰进行改性，处理含铬废水效率达到80%，为实现清洁生产等可持续发展战略提供强有力的技术支持，实用意义显著。

关键词改性粉煤灰 吸附 含铬废水处理

1 前言

铬既是生物的必需元素，又是有毒的污染元素。因此发展含铬废水处理技术，不仅有利于环境保护，而且可以促进工业发展和人类社会的进步。粉煤灰是具有一定活性的球状细小颗粒,对于水中杂质具有较好的吸附性能,利用粉煤灰对含铬废水进行处理可谓以废治废,且费用低廉,处理效果好。通过开展对粉煤灰理化特性的研究，通过实验探索粉煤灰在对含铬废水处理方面应用的可行性不仅具有理论学术上的探索意义，更为解决今后粉煤灰的安全处置及综合利用、保护矿山生态环境、实现清洁生产等可持续发展战略提供强有力的技术支持，实用意义显著。

2 改性粉煤灰的制备

本次实验采用沧州市发电厂贮灰场中的粉煤灰。实验中我们对沧州市发电厂贮灰场中的含有水分的湿粉煤灰进行取样，将制好的粉煤灰试样进行多元素分析，测试结果列于表2-1。

表2-1 发电厂粉煤灰化学组成

由上表可知：沧州市发电厂粉煤灰试样中SiO2、Al2O3含量较高，特别是Al2O3，其含量已略高于Al2O3的上限值；Fe2O3、Na2O、K2O及烧失量值较低；而MgO及CaO含量适中。电厂粉煤灰试样中含大量SiO2、Al2O3，提供了大量的Si、Al等活性点，有利于化学吸附的进行。又因沧州市电厂的粉煤灰中除硅外，铝含量高，铁含量低。因此需加入铁类物质，补充铁的不足，所选用的铁类物质为石家庄钢厂转炉铁泥，其化学成分如下表2-2所示：

表2-2 铁泥成分

成分 总铁 Al2O3 CaO MgO 烧失量

含量(%) 13.29 0.53 1.71 3.80 3.18

为了实验的简便,在进行配比的时候就根据经验把改性粉煤灰的活化时间取定为15min(因其已经足够满足活化要求),盐酸浓度取1.5mol/L,粉煤灰的量取0.3g,铁泥60mg.取60mg的铁泥，用1.5mol/L的盐酸溶解，再加入0.3g粉煤灰于恒温水浴锅中加热(酸用量与灰量之比为2∶1（ml/g）)15min，制得改性粉煤灰。

3 分析方法

实验讨论了改性粉煤灰对含铬废水的吸附性能，主要目的是通过二苯碳酰二肼分光光度法测定Cr6+探讨改性粉煤灰能否处理含铬废水，计算去除率大小，得出影响处理效果的主要因素和达到最佳效果的实验条件。

4 主要影响因素

4.1 时间

实验过程中溶液浓度随着吸附时间的增长逐渐降低。而且在前20min内急剧下降，在随后的时间内下降趋于缓慢，去除率在20min以后基本都在80%以上。

4.2 pH值

酸度对粉煤灰吸附性能的影响很大，在酸性条件下吸附性能最好，碱性条件次之，中性条件最差。在酸性条件下改性粉煤灰对Cr6+去除率最高达到90%。

4.3 废水初始浓度

处理后溶液浓度随着初始浓度的降低逐渐降低。而且在初始浓度从500mg/L到200mg/L下降的过程中处理后的溶液浓度也快速下降，在随后的时间内下降趋于缓慢，且初始浓度越低越能达到较好的处理效果。

4.4 粉煤灰投加量

根据投灰量和相应处理后的溶液浓度可以看出处理后溶液浓度随着投灰量的增长逐渐降低。而且投灰量在增至5g之前急剧下降，在随后增加剂量时下降趋于缓慢，因此在实际应用中，为了节约成本，减少投灰量，应取投加量在5g时为宜。

4.5 温度

溶液浓度随着温度的升高逐渐增大。而且温度增至50℃时处理后溶液的浓度达到最大。用酸活化粉煤灰处理含铬废水是一个既有物理作用又有化学作用的复杂过程,温度对这些过程均有不同程度的影响。总体来看,随着温度升高,去除率逐渐降低,这是因为吸附的过程总是放热的,温度升高,不利于吸附的进行。仅就物理吸附而言,其吸附速度很快,分子一触及表面即被吸附,所以吸附的速率受传质阻力控制,在低温下常有较大的速率,温度高时,水分蒸发量增大,对去除率的测定有一定影响。因此改性粉煤灰处理含铬废水温度适宜控制在10℃。

5 处理结果

5.1 最佳实验条件

改性粉煤灰处理含铬废水具有最佳实验条件，即时间、pH值、灰水比、废水的初始浓度、温度分别控制在20min、2、10、200mg/L、10℃。

5.2 处理结果

在整个实验过程中，我们可以看出改性粉煤灰在条件适宜的情况下对Cr6+的去除率基本在80%以上，甚至可以达到90%，这是我们所希望看到的。同时也证明了改性后的粉煤灰处理效果和使用价值方面都有很大的进步。因此，用改性粉煤灰处理含铬废水是实际生产中可行的以废治废的方法。

6 结论

实验对改性粉煤灰在含铬废水处理中的应用进行了研究，考察了改性粉煤灰对Cr6+的吸附性能。得出了以下结论：

（1）粉煤灰改性成功 在一定温度下用酸溶粉煤灰并添加少量铁物质的方法，对粉煤灰进行改性；改性后粉煤灰的活性点增加，大大提高了吸附性能。

（2）改性粉煤灰处理含铬废水具有最佳实验条件，即时间、pH值、灰水比、废水的初始浓度、温度分别控制在20min、2、10、200mg/L、10℃。

改性粉煤灰是一种新型的水处理剂,来源广泛,价格低廉，处理工艺简单,并具有化害为利、变废为宝、节约资源等优点，因此具有广阔的应用前景。随着研究的深入,改性粉煤灰在废水处理中的应用领域和方式也将不断扩展。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。