粉煤灰吸附染料廢水的處理方法畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)I摘要目前，粉煤灰吸附處理染料廢水的研究已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。用粉煤灰處理染料廢水既能降低色度又能去除COD。本實(shí)驗(yàn)采用高溫活化改性粉煤灰吸附處理堿性品紅染料廢水。實(shí)驗(yàn)研究了改性粉煤灰的投加量、攪拌速度、反應(yīng)時(shí)間、溫度對吸附效果的影響，測定了35溫度下的吸附等溫線，并對吸附動力學(xué)和熱力學(xué)模式進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳活化溫度為350,粉煤灰的最佳投加量為800mg；最佳攪拌速度值為250r/min；吸附反映的平衡時(shí)間約為30min,堿性品紅的去除率達(dá)到98%；升溫有利于吸附。粉煤灰對水中堿性品紅的吸附規(guī)律可用Langmuir吸附等溫式較好地描述。吸附動力學(xué)能用Bangham和Langmuir模式擬合，且吸附速度由內(nèi)擴(kuò)散過程控制。關(guān)鍵字：粉煤灰；吸附；堿性品紅；動力學(xué)；熱力學(xué)江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)IIAbstractAtpresent,theflyashdyeadsorptiontreatmentofwastewaterhascausedwidespreadconcern.UsingflyashwastewatertreatmentcanreducethecolordyescanremoveCOD.Theexperimentalhightemperatureactivationflyashmagentadyeabsorptionalkalinewastewatertreatment.ExperimentalStudyofthedosageofflyash,mixingspeed,reactiontime,temperatureontheeffectsofabsorption,measuredthetemperatureof35adsorptionisothermsandadsorptiondynamicsandthermodynamicsmodelswerediscussed.Experimentalresultsshowthatactivationofthebesttemperaturefor350,thebestflyashdosageto800mg；bestvalueforthestirringspeed250r/min；adsorptionreflectthebalanceoftimeisabout30min,thebasicmagentaRemovalrateof98percent；warmingisconducivetoabsorption.ThewateralkalineflyashontheabsorptionofmagentaavailableLangmuiradsorptionisothermbetterdescription.AdsorptiondynamicscanBanghamandLangmuirmodelfitting,andtherateofabsorptionbythespreadofprocesscontrol.Keyword:flyash,adsorption,alkalinemagenta；dynamics；thermodynamic江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)III目錄第一章緒論-11.1粉煤灰吸附處理廢水技術(shù)-11.1.2粉煤灰的概況-11.1.2粉煤灰吸附處理染料廢水的機(jī)理-21.1.3粉煤灰吸附處理染料廢水的優(yōu)點(diǎn)及其影響因素-31.1.4粉煤灰吸附處理染料廢水技術(shù)的現(xiàn)狀-31.1.5粉煤灰吸附處理染料廢水技術(shù)的展望-41.2粉煤灰的改性與應(yīng)用-51.2.1粉煤灰的改性-51.2.2改性粉煤灰在處理染料廢水上的應(yīng)用-61.3染料和染料廢水概述-61.4本課題主要研究目的、研究內(nèi)容和研究意義-71.4.1研究目的及意義-71.4.2研究內(nèi)容-7第二章實(shí)驗(yàn)部分-92.1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器-92.2實(shí)驗(yàn)方法-92.2.1最佳波長的確定及標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制-92.2.2改性灰最佳活化溫度的確定-92.2.3粉煤灰吸附堿性品紅最佳條件的確定-102.2.4改性粉煤灰吸附堿性品紅最佳條件的確定-102.2.5正交實(shí)驗(yàn)-112.2.5吸附動力學(xué)-11第三章實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論-123.1最佳波長的確定及標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制-123.1.1最佳波長的確定-123.1.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制-12江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)IV3.2改性粉煤灰最佳活化溫度的確定-133.3粉煤灰吸附處理堿性品紅最佳條件的確定-143.3.1最佳粉煤灰投加量的確定-143.3.2反應(yīng)時(shí)間對處理效果的影響-153.3.3攪拌速度對處理效果的影響-163.3.4反應(yīng)溫度對處理效果的影響-173.4改性粉煤灰吸附處理堿性品紅最佳條件的確定-183.4.1最佳粉煤灰投加量的確定-183.4.2反應(yīng)時(shí)間對處理效果的影響-193.4.3攪拌速度對處理效果的影響-203.4.4反應(yīng)溫度對處理效果的影響-203.5正交試驗(yàn)-213.6吸附熱力學(xué)-233.6.1吸附等溫線的測定-233.6.2等溫線吸附規(guī)律的數(shù)學(xué)模擬-243.7吸附動力學(xué)-253.7.1吸附速率常數(shù)的求取-253.7.2吸附速度控制步驟研究-27結(jié)論-28參考文獻(xiàn)-29致謝-29江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1第一章緒論1.1粉煤灰吸附處理廢水技術(shù)粉煤灰是煤炭燃燒后的廢棄物，其主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鐵等，各種無機(jī)氧化物的含量因煤種和燃燒條件不同而異，但變化不大。粉煤灰具有發(fā)達(dá)的大孔，對染料分子具有一定的吸附能力。粉煤灰富含以活性氧化物SiO2和AI203為主的玻璃珠，少量金屬氧化物及未燃盡炭，比表面積較大，表面能高，對廢水中許多污染物質(zhì)，尤其是有機(jī)物具有較強(qiáng)的吸附和絮凝共沉作用1。目前，在廢水處理中，現(xiàn)有的吸附材料價(jià)格昂貴、操作繁雜，限制了吸附材料在廢水處理中的廣泛應(yīng)用。粉煤灰對印染廢水中有色物質(zhì)的吸附是固體在溶液中的吸附,其吸附劑、溶質(zhì)、溶劑三者極性不同對吸附量是有影響的。一般非極性的吸附劑易于吸附非極性強(qiáng)的物質(zhì)。粉煤灰屬非極性吸附劑，而印染廢水中引起色度的物質(zhì)，大多數(shù)為極性較差的有機(jī)物，易被吸附劑吸附。因此，粉煤灰能較好地吸附廢水中的有色物質(zhì)，具有較好的脫色效果,利用粉煤灰處理廢水不僅成本低，節(jié)約資源，而且還能達(dá)到以廢治廢的目的。1.1.2粉煤灰的概況粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山灰質(zhì)的混合材料。早在1914年，美國Anon就發(fā)表了煤灰火山灰特性的研究，他首先發(fā)現(xiàn)粉煤灰中的氧化物具有火山灰的特性2。粉煤灰主要是燃煤電廠、冶煉、化工等行業(yè)排放的固體廢物。燃煤電廠將煤磨成300um以下的煤粉，用預(yù)熱空氣噴入爐膛懸浮燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)收塵裝置捕集而得到粉煤灰(或稱飛灰)。少數(shù)煤粉燃燒時(shí)因碰撞而戮結(jié)成塊沉積于爐底成為底灰。粉煤灰的理化性質(zhì)主要是：(1)在光學(xué)顯微鏡下觀察，粉煤灰含玻璃球體物50%-80%(在爐溫1200-1450時(shí)，煙煤燃燒后的粉煤灰中含有玻璃球體，而無煙煤粉煤灰中未發(fā)現(xiàn))，磁性氧化鐵(Fe3O4)6%-16%，碳粒子3%-4%，石英3%-20%，莫來石5%-30%.(2)大部分粉煤灰所含的化學(xué)成分主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、CaO、FeS，個(gè)別煤種的粉煤灰中還含有少量鍺、鍋、汞、鉻、釩、砷、鉛、磷、錳、硼、鈾等。其物理化學(xué)特性取決于煤種、制粉系統(tǒng)、鍋爐爐型、除塵器類型、除塵方式、運(yùn)行工況等多種因素，所以，不同電廠的粉煤灰性質(zhì)差異很大。如表1-1所示。粉煤灰的綜合利用價(jià)值取決于其品質(zhì)。粉煤灰中活性氧化鋁和活性二氧化硅的含江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)2量越高，其活性就越高，品質(zhì)也越好；CaO有利于提高粉煤灰的活性；而三氧化二鐵能起溶劑的作用，促使玻璃體形成，有助于提高粉煤灰的活性。粉煤灰由結(jié)晶體、玻璃體和少量未燃炭組成，鋁硅玻璃體(氧化硅與氧化鋁總質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于60%)是粉煤灰的主要成分，也是決定粉煤灰活性的主要因素。在相同條件下，玻璃體含量越高，粉煤灰的活性就越高。另外，玻璃體的形態(tài)、顆粒大小及表面狀況與粉煤灰的品質(zhì)也有密切關(guān)系。并且未燃盡炭也致使粉煤灰的品質(zhì)下降。表1-1部分火力發(fā)電廠粉煤灰化學(xué)成分（%）Table1-1partofpowerplantflyashchemicalcomposition(%)廠名Si02Al203Fe203Ca0SO3燒失量南昌七里街電廠49.3821.6410.262.761.407.91北京石景山電廠50.9232.126.553.721.206.20江蘇望亭電廠59.4229.065.405.96-4.00南京下關(guān)電廠49.2820.713.312.080.7012.32武漢青山電廠55.9425.926.153.540.366.12太原二熱電廠44.7430.613.832.200.4614.74廣州西村電廠60.1230.914.412.640.182.29湖南株洲電廠44.3515.163.521.530.8226.12鞍鋼自備電廠57.8017.229.555.47-4.96陜西壩橋電廠44.7330.4410.514.610.874.80富拉爾基電廠54.1916.498.425.94-5.00唐山陡河電廠48.5936.103.014.42-6.811.1.2粉煤灰吸附處理染料廢水的機(jī)理吸附性能從粉煤灰的理化性質(zhì)看，粉煤灰處理廢水的機(jī)理主要是吸附。粉煤灰具有多孔性結(jié)構(gòu)(以大孔為主)、比表面積較大、表面能高，且表面存在著許多鋁、硅等物質(zhì)，具有較強(qiáng)的物理吸附和化學(xué)吸附能力2。物理吸附效果取決于粉煤灰的多孔性及比表面積，比表面積越大，吸附效果越好，未燃炭粒對物理吸附產(chǎn)生重要影響?；瘜W(xué)吸附主要是其表面具有大量Si、Al等活性點(diǎn)，能與吸附質(zhì)通過化學(xué)鍵結(jié)合。在酸性條件下，陰離子可與粉煤灰中帶正電的硅酸鋁、硅酸鈣和硅酸鐵之間形成離子交換或離子對的吸附。粉煤灰中的SiO2、Al2Si04、NaAlSi04與金屬陽離子也可發(fā)生離子交換。粉煤灰顆粒表面的硅醇基及硅醚基有較強(qiáng)極性的偶極矩，對多環(huán)芳烴、氰化物有良好的去除能力。由于粉煤灰是多種顆粒的混合物，孔隙率較大，廢水通過粉煤灰時(shí)，粉煤灰也能過濾截留一部分懸浮物,但粉煤灰的混凝沉淀和過濾只對吸附起補(bǔ)充作用,并不能替代吸附的主導(dǎo)地位。國內(nèi)外研究表明，粉煤灰對水中吸附質(zhì)的吸附包括3個(gè)江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3連續(xù)的過程：第一為顆粒的外部擴(kuò)散(膜擴(kuò)散)過程；第二為孔隙擴(kuò)散過程，即擴(kuò)散到吸附劑表面的吸附質(zhì)向空洞的深處擴(kuò)散；第三為吸附反應(yīng)過程，吸附質(zhì)被吸附在顆粒的內(nèi)表面上3。國內(nèi)外資料表明：溫度越低，粉煤灰對廢水中污染物去除率越高，升高溫度不利于吸附；pH值的影響結(jié)果與吸附質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)4。如用粉煤灰處理含氟廢水，在酸性條件下效果好，而處理含磷廢水在中性條件下磷的去除率最高；粉煤灰的粒徑、比表面積、化學(xué)組成對其處理效果有著直接影響。一般比表面積大，含活性氧化鋁、氧化硅及未燃盡炭高，污染物去除效果好；吸附質(zhì)的溶解度、分子極性及分子量都對吸附有一定影響。與活性炭相似，粉煤灰對分子量大的污染物吸附效果較好，因?yàn)榉肿恿看蠓肿娱g引力強(qiáng)，物理吸附更易進(jìn)行。因此，粉煤灰對以大分子污染物為主的廢水表現(xiàn)出較好的吸附性能。1.1.3粉煤灰吸附處理染料廢水的優(yōu)點(diǎn)及其影響因素（1）比表面積較大，表面能高，對廢水中許多污染物質(zhì)，尤其是有機(jī)物具有較強(qiáng)的吸附和絮凝共沉作用。（2）粉煤灰處理廢水不僅成本低，節(jié)約資源，而且還能達(dá)到以廢治廢的目的。（3）采用適當(dāng)?shù)母男詣ζ溥M(jìn)行改性，可大大提高其吸附能力，效率高，操作方便。（4）粉煤灰中含有的沸石、炭粒等具有無機(jī)離子交換特性和很強(qiáng)的吸附脫色作用。利用粉煤灰治理印染等有機(jī)廢水不僅處理效果較好，而且還能達(dá)到以廢治廢的目標(biāo)。（5）粒級較寬，密度小、容重較輕、比表面積大以及灰粒細(xì)、碳粒粗