改性粉煤灰在工業(yè)污水中的應(yīng)用

1、中國(guó)資源綜合利用綜述ChinaResourcesComprehensiveUtilizationVol28，No102010年10月改性粉煤灰在工業(yè)污水中的應(yīng)用孫勇，于衍真250022）（濟(jì)南大學(xué)土木建筑學(xué)院，濟(jì)南摘要：粉煤灰是電廠煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的多孔顆粒狀廢棄物，具有一定的吸附性。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，如果對(duì)粉煤灰進(jìn)行無機(jī)、有機(jī)或者物理改性后，或者是能增加孔隙率，或者是能增加表面活性，使吸附性能明顯提高。另外還可以把粉煤灰合成混凝劑，如合成聚硅酸鐵鋁PSAF，在工業(yè)污水處理中取得很好的效果，并有廣泛的推廣價(jià)值。同時(shí)作為多孔顆粒狀物質(zhì)，是很好的濾料，可應(yīng)用在生物曝氣濾池中。最后討論了粉煤灰在使用中的問

2、題及今后的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵字：粉煤灰；改性；混凝劑；濾料中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10089500（2010）10002804ModifiedCoalFlyAshesAppliedinIndustrialWastewaterSunYong，YuYanzhen（SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，JinanUniversity，Jinan250022，China）Abstract：Thecoalflyashesaremoreporousgranularwastematterswhichwereproducedwhenthecoalbur

3、nedinpowerstation.Throughtrialfoundingthatifmodifiedcoalflyashesbyinorganic，organicchemicalorphysics，itcanincreaseporosityorsurfactant，andenhancetheadsorption.Inadditionthecoalflyashescanbesynthesizedcoagulant,suchaspoly-silicatealumferric，whenthecoagulantapplytodisposalwastewater，theeffectisbetter,

4、anditalsohasawiderangeofvaluetobepromotion.Asmoreporousgranularmatter，itishigh-qualitymediausinginbiologicalaeratedfilter.Atlastdiscusstheproblemwhenusingthecoalflyashesanddevelopmenttrendinthefuture.Keywords：coalflyashes；modification；coagulant；filtrationmedia隨著我國(guó)城市和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)供熱和供電的需求不斷增加，隨之而來的是粉煤灰的排

5、放量也不斷增多。目前我國(guó)每年的粉煤灰排放量已達(dá)到在水處理中取得的成果，以及根據(jù)粉煤灰的化學(xué)成分和外貌特征改性后產(chǎn)生的其他用途，如合成混凝劑、制備濾料等。20億噸1，而且還在以每年1億噸的速度增加，由于未被利用的粉煤灰的處置方式是堆積廢棄處理，不僅占用了大量耕地，而且還浪費(fèi)了粉煤灰中價(jià)值極高的鋁鐵和稀土資源2。因此，綜合利用和開發(fā)粉煤灰，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)環(huán)境保護(hù)和低碳經(jīng)濟(jì)的良策。目前人們主要是針對(duì)粉煤灰顆粒較高的孔隙率，將其應(yīng)用在生活污水、含重金屬的工業(yè)污水等的處理中，并獲得了良好的吸附效果3。但是由于粉煤灰的吸附容量比較小，要增加其投量，從而導(dǎo)致污泥產(chǎn)量過多，限制了它的應(yīng)用。為了提高粉煤灰在污水處理

6、中的利用率，人們進(jìn)行了大量的研究。本文綜合論述了目前粉煤灰改性方法和改性后收稿日期：20100712基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金（Y2007F50）。作者簡(jiǎn)介：孫1粉煤灰的組成與特性粉煤灰是煤粉燃燒后，跟隨煙氣自鍋爐中飄散出的粉狀殘留物。粉煤灰的化學(xué)成分85%以上為硅、鋁等元素的氧化物，另外還有少量的稀有元素（As、Ba、Co、Cu、Pb、Mo、Ni）和未燃燒的炭粒4-5。由于粉煤灰特殊的形成過程，使得顆粒含有微小氣泡和微小活性通道，導(dǎo)致表面呈多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率一般為60%75%，這就使其具有較強(qiáng)的吸附能力6-7，成為污水處理的吸附材料。其吸附性能或者是依靠粉煤灰中含有少量沸石、活性炭的多孔性及

7、較大的比表面，通過分子間引力產(chǎn)生吸附污染物勇（1984），男，山東泰安人，碩士研究生，研究方向：水處理技術(shù)。28第10期8孫勇等：改性粉煤灰在工業(yè)污水中的應(yīng)用綜述；或者是依靠粉煤灰中硅鋁元素的水解產(chǎn)物，絮微波輻射等，增加吸附材料的吸附性能。劉轉(zhuǎn)年16等把粉煤灰球磨5h再經(jīng)過微波處理，得到微波輻照改性超細(xì)粉煤灰（MFA），研究MFA對(duì)水溶液中偶氮染料甲基橙有很好的吸附性能，并符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。薛方亮17探討以粉煤灰為載體，利用光的催化氧化特性，制備粉煤灰/TiO2復(fù)合物來降解亞甲基藍(lán)試劑。研究表明在起初亞甲基藍(lán)的減少主要是依靠粉煤灰的吸附作用，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，亞甲基藍(lán)的降低是光催化的作用。而且

8、在最佳投加量和光照下，粉煤灰/TiO2復(fù)合物對(duì)亞甲基藍(lán)降解率達(dá)到了95%以上。凝吸附水中帶負(fù)電的膠體微粒。在通常情況下，沸石、活性炭的物理吸附和硅鋁的化學(xué)吸附作用同時(shí)存在，只是在不同條件（pH值、溫度等）下體現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)不同9。2粉煤灰改性粉煤灰顆粒內(nèi)部由于氣體未逸出而形成一些封閉性孔穴，雖也呈蜂窩狀，但吸附性能則很小，需用外界的方法打開封閉的孔穴，使之比表面積和孔隙率增加，從而提高處理效率。2.1化學(xué)改性在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用化學(xué)改性主要包括無機(jī)改性和有機(jī)改性。無機(jī)3粉煤灰制備混凝劑目前粉煤灰在經(jīng)過酸堿活化后，通過提取鋁鐵改性就是利用酸、堿或鹽對(duì)原狀粉煤灰顆粒進(jìn)行改性，通過增加比表面積，提高吸

9、附效果。同時(shí)改性后的粉煤灰釋放出大量的Al3+、Fe3+和H2SiO3等成分10，這些物質(zhì)水解可形成復(fù)雜的多核絡(luò)合物，這些絡(luò)合物通過縮聚反應(yīng)形成高分子聚合物吸附污水中的膠體。呂金順11等利用硫酸對(duì)粉煤灰改性后，發(fā)現(xiàn)硫酸可以使粉煤灰固體微孔中的CaO、MgO等陽離子基團(tuán)外露，易于直接大紅4B中OH酚羥基發(fā)生靜電配合作用，使大紅4B染料吸附率高達(dá)98%。Li等12利用熔融固態(tài)NaOH，對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)對(duì)水中的亞甲基藍(lán)和結(jié)晶紫有很好的吸附效果。白卯娟13等對(duì)粉煤灰經(jīng)過亞鐵離子改性后，除磷效率在90%以上。分析原因認(rèn)為：在適宜pH值條件下，粉煤灰顆粒的活性點(diǎn)Al3+及Fe3+形成Al（OH）3及

10、Fe（OH）3，通過絮凝沉淀降低污水中的磷酸鹽。有機(jī)改性就是通過表面活性劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，利用表面活性劑固定的親水親油基團(tuán)，使污染物的表面張力下降而被吸附。鄧書平14等采用高分子絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）改性粉煤灰，并通過實(shí)驗(yàn)得出改性后粉煤灰處理污水的最佳條件（投加量、反應(yīng)時(shí)間、pH、溫度），使印染污水的脫色率達(dá)87.4%，且脫色后的粉煤灰有很好的沉降性能。張慧弟15等通過火法工藝，用丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DAC）活性劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性后，對(duì)煤礦井下污水處理效果較好，主要原因是由于陽離子改性劑可吸附污水中帶有陰離子的顆粒。元素，可制備既高效又具有電中和凝聚及吸附架橋作

11、用的混凝劑，同時(shí)該類混凝劑還具有原料來源廣，價(jià)格便宜，處理后水中殘留物少等優(yōu)點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。3.1粉煤灰制備混凝劑在工業(yè)污水中的應(yīng)用聚硅酸鐵鋁（PSAF）作為一種既高效又多功能的無機(jī)混凝劑，已經(jīng)受到越來越多人的注意。羅道成18研究了通過利用酸液溶出粉煤灰中硅鐵，然后將溶出液加入到聚硅酸中，制成PSAF，發(fā)現(xiàn)對(duì)印染污水有很好的混凝效果，且去除率有所提高。米杰19分別利用濃鹽酸提取粉煤灰3Al2O3·SiO2，利用硫酸提取硫鐵礦燒渣中Fe3+，兩者混合后聚合成新型聚鐵硅鋁混凝劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此混凝劑對(duì)大麻污水中CODCr和色度的去除率達(dá)分別達(dá)到88%和96.6%以上。李亞

12、強(qiáng)20等通過先堿溶后酸溶，提取粉煤灰中鐵和鋁，并用溶出液制備PSAF。通過光譜實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)混凝劑主要是通過羥基橋聯(lián)的鐵鋁聚合物吸附乳制品中的CODCr和SS。另外，隨著聚鋁鐵類混凝劑研究的深入，人們?cè)诖嘶A(chǔ)上有了不斷地創(chuàng)新。余建萍21研究用粉煤灰和赤泥為原料，制備了新型聚合氯化鐵鋁混凝劑，發(fā)現(xiàn)在酸性條件下游離態(tài)離子Al3+、Fe3+的存在，能與PO43+結(jié)合生成磷酸鹽沉淀，降低水中磷的含量。3.2粉煤灰改性后作助凝劑在工業(yè)污水中的應(yīng)用粉煤灰的助凝作用主要是因?yàn)槠浜幸欢?.2物理改性在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用粉煤灰的物理改性主要是利用物理手段如光照、的二氧化硅，能起到吸附架橋的作用，降低顆粒Zeta

13、電位，當(dāng)顆粒表面部分被助凝劑覆蓋時(shí)，就會(huì)29綜述中國(guó)資源綜合利用第10期獲得最佳絮凝效果。此外，粉煤灰作為助凝劑為絮凝提供了凝聚晶核，為絮體的迅速長(zhǎng)大創(chuàng)造了條件。胡獻(xiàn)舟22以粉煤灰作為含鎳污水化學(xué)中和混凝沉淀處理中的助凝助沉劑，既通過中和作用形成Ni（OH）2沉淀，又可以利用粉煤灰的助凝作用，處理后可以使出水Ni2+質(zhì)量濃度小于1mg/L。黃素哲23等利用酸溶法，制備了粉煤灰基絮凝劑PAFCC，并用來處理城市垃圾滲濾液，原因是所含粉煤灰細(xì)粒中SiO和AlO活性基團(tuán)與吸附質(zhì)化學(xué)鏈或離子發(fā)生結(jié)合。吸附性能。因此如何更好地利用未燃盡的炭粒，將是粉煤灰以后研究方向之一。（3）探索粉煤灰和其它材料的聯(lián)合

14、使用。如在改性吸附上可以與高級(jí)氧化技術(shù)（Fenton氧化28等）結(jié)合，增加吸附性能；在制備混凝劑上可以運(yùn)用聚硅酸和高鐵基聚合，形成高效的混凝效果；在制備濾料時(shí)，可考慮粉煤灰與沸石或者其他多孔材料的聯(lián)合使用，提高曝氣生物濾池的運(yùn)行效率。參考文獻(xiàn)4粉煤灰制備濾料近年來，隨著對(duì)生物濾池的研究的深入，發(fā)現(xiàn)1WangJ，BanH，TengX，etal.ImpactofpHAndAmmoniaonTheLeachingofCu()AndCd()FromCoalFlyAshJ.Chemosphere，2006，64：1892-1898.濾料性能的優(yōu)劣影響著工藝的處理效果和運(yùn)行控制，故選擇合適的濾料對(duì)生物濾池

15、工藝的推廣和應(yīng)用有非常大的意義。王健24234567891011張金山，劉燁，王林敏.我國(guó)粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀J.西部探礦工程，2008（9）：215-217.王小高，馮有利.粉煤灰在廢水處理中的應(yīng)用J.再生資源研究，2005（2）：40-42.程愛華，王建東，姚改煥.粉煤灰在水處理中的應(yīng)用J.能源與環(huán)境，2006（1）：64-66.黃波.粉煤灰的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與綜合利用J.內(nèi)蒙古科技與杰.粉煤灰吸附性能的研究J.環(huán)境經(jīng)濟(jì)，2008(15)：27-29.劉國(guó)光，劉興旺，候科學(xué)研究，1994，7（5）：62-64.王西新，候坤章.粉煤灰的活化及應(yīng)用研究J.粉煤灰綜合利用，2002（5）：26-27.鄭賓

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17、水有很好的效果。劉屬興25以紅粘土、粉煤灰、頁巖為主要原料，通過加入適量的化工原料，研制出一種性能穩(wěn)定的多孔球形輕質(zhì)陶粒濾料，處理焦化污水取得良好效果。薛金鳳26等通過向粉煤灰中添加造孔和添加粘土，在高溫下燒制了一種強(qiáng)度高、比表面積大的濾料。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，濾料對(duì)氟離子吸附是依靠微孔表面氧化物的多種不同作用點(diǎn)Si、Al、Fe、Ca，且形成的分子主要以多分子層的方式存在。5展望粉煤灰經(jīng)過改性后在污水的處理中取得了成果，但是隨著對(duì)粉煤灰深入研究，發(fā)現(xiàn)還存在一些尚待解決的問題，需要進(jìn)一步完善。（1）粉煤灰用于污水處理時(shí)，吸附飽和后的粉煤灰最終處置問題。若產(chǎn)生的污泥無毒，可以制磚；若有毒，有害污染物脫附

18、進(jìn)入自然界，會(huì)造成二次污染。必須引起足夠重視，因此需要在有害元素含量及影響其溶出的因素的研究中有所突破，從而增加粉煤灰在污水處理中的利用率。（2）粉煤灰中含有一些未燃盡的炭粒，可以作為制備活性炭的原料。Rubio等27通過實(shí)驗(yàn)提取粉煤灰中未燃盡炭粒制備的活性炭，發(fā)現(xiàn)具有很好的13141516白卯娟，褚衍洋.硫酸亞鐵改性粉煤灰處理含磷廢水J.青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，29（3）：212-216.鄧書平，牟淑杰.陽離子PDMDAAC改性粉煤灰處理印染廢水的試驗(yàn)研究J.粉煤灰綜合利用，2008（4）：22-24.張慧弟，張秀玲.粉煤灰表面改性技術(shù)的研究與應(yīng)用J.化工技術(shù)與開發(fā)，200

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