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粉煤灰應用于廢水處理的研究進展【以廢治廢】

粉煤灰應用于廢水處理的研究進展【以廢治廢】

  • 分類:行業動態
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2018-05-17
  • 訪問量:0

【概要描述】粉煤灰作為廢水處理劑,用于處理印染廢液、重金屬廢水、含油廢液、氮磷廢水。本文主要綜述粉煤灰在廢水處理中的應用。

粉煤灰應用于廢水處理的研究進展【以廢治廢】

【概要描述】粉煤灰作為廢水處理劑,用于處理印染廢液、重金屬廢水、含油廢液、氮磷廢水。本文主要綜述粉煤灰在廢水處理中的應用。

  • 分類:行業動態
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2018-05-17
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詳情

1  粉煤灰的綜合利用

目前,粉煤灰在環境保護中可以用于生產建材、農業生產、煙氣脫硫、隔聲消聲、廢水廢液處理等方面。粉煤灰在產生過程中形成了一定的多孔結構和較大的比表面積,而且自身呈堿性,具備為煙氣脫硫系統提供堿性成分的能力,可以吸附煙氣中的SO2,因此具有一定的脫硫效果。用粉煤灰制成的脫硫劑的脫硫效率要高于純石灰脫硫劑,在適當的灰、石灰比和反應溫度時,脫硫率可達到90%以上;以粉煤灰為原料制成的具有夾氣層結構的GRC雙層圓孔隔墻板,其隔聲指數大于45dB,可達到國家一級隔聲標準,接近24cm厚實心磚墻的隔聲效果,能滿足工程上的隔音降噪要求。70%粉煤灰、30%硅質粘土材料及發泡劑等混配后,經二次燒成工藝可制得粉煤灰泡沫玻璃,具有耐燃防水、保溫隔熱、吸音隔音等優良性能,可廣泛用于隔熱保溫、吸聲和裝飾等工程中;粉煤灰作為廢水處理劑,用于處理印染廢水、重金屬廢水、含油廢水、氮磷廢水。本文主要綜述粉煤灰在廢水處理中的應用。

粉煤灰處理廢液廢水

2  粉煤灰處理廢水的應用

2.1  印染廢水

粉煤灰處理印染廢水的機理主要是吸附作用,包括物理吸附和化學吸附。物理吸附指粉煤灰與吸附質間通過分子間引力產生吸附,這一作用取決于粉煤灰的多孔性和比表面積,比表面積越大吸附效果越好;化學吸附是指粉煤灰表面存在大量的鋁、鐵、硅等活性點能與吸附質通過某種化學作用發生結合形成離子交換和離子對的吸附。另一方面粉煤灰中的一些成分還能與廢水中的有害物質發生吸附絮凝沉淀協同作用而使廢水得以凈化。此外由于粉煤灰是多種顆粒的混合物,空隙率較大廢水通過粉煤灰時粉煤灰也能起到過濾截留一部分懸浮物的作用,但粉煤灰的混凝沉淀及過濾只能對吸附起補充作用并不能替代吸附的主導地位。

南京大學李磊等人以南京某熱電廠的除塵干灰為原料制得粉煤灰混凝劑預處理印染廢水。粉煤灰混凝劑是用粉煤灰、稀硫酸及氯化鈉經加熱攪拌制得的復鹽型無機物,主要成分為Al3+、Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+及SO4+。其處理廢水的機理包括混凝作用、物理吸附作用、助凝作用以及聚硅酸大分子的吸附架橋和網捕作用,印染廢水COD去除率可達到70%以上,且這種方法處理的成本僅為無機混凝劑處理成本的10%~20%。

2.2  重金屬離子廢水

粉煤灰呈堿性,與水結合時pH值在10~13之間,表面帶負電荷,因此可望通過沉淀或靜電吸附來去除水中的重金屬離子。

Cho 研究發現,粉煤灰可以作為重金屬離子的吸附劑,當粉煤灰與水結合時,其pH值可達10~13,因此金屬離子會在其表面沉淀。pH值在10左右,鋅和鎘離子沉淀速度快速增加;當pH值為11時,兩種離子沉淀去除可達90%。鉛離子在pH值為8時就會發生沉淀,在pH值大于9時,99%的鉛會沉淀去除。銅離子發生沉淀的pH值甚至更低。當重金屬離子濃度低于100mg/L時,4種金屬離子的去除率分別為:鋅86%~98%、鉛96%~99%、鎘51%~95%、銅60%~99%,去除率隨pH增大而提高。

沈陽污水處理中心王大軍等人以CaO為改性劑改性的粉煤灰作為吸附混凝劑處理含鋅廢水,對鋅離子濃度在250mg/L以下的,按鋅與粉煤灰質量比為1:200投加改性粉煤灰進行處理,鋅去除率達98.7%以上,且該法對酸度適應范圍寬,可直接處理pH4~11的含鋅廢水,處理后的廢水可達排放標準。

2.3  含油廢水

郝志濤等人利用粉煤灰吸附含油廢水中的石油類物質,去除率可以達到70%~80%。試驗得到的優化操作條件為:攪拌時間15min,轉速300r/min,廢水pH值為7.2~7.8,灰水比1∶50。

任立鵬等認為粉煤灰去除石油類物質的機理是由于煉油污水中的廢油為非極性有機物,水溶性低,經裂解爐高溫裂解后長鏈有機物減少,易于擴散穿過吸附劑外表面的薄膜而進入吸附劑內孔后形成浮渣便于從水中除去。

周珊等采用不同的方法對粉煤灰進行改性,并用得到的各種改性粉煤灰對含油廢水進行處理。結果表明,經AlCl3和FeCl3改性處理的粉煤灰除油效果最好;在pH值為10、震蕩吸附時間為30min、灰水質量比1∶10條件下,該改性粉煤灰的除油率可達96.36%,吸附等溫方程式滿足Langmuir型。

2.4  氮磷廢水

含氮、磷廢水的任意排放,會使得水域中藻類等植物大量繁殖,導致水體的富營養化,所以對含氮磷廢水的處理很有必要。

Oguz采用粉煤灰來去除水中的磷酸鹽,結果表明:粉煤灰對磷酸鹽的最大吸附量為71.87mg/g,溶液中磷酸鹽的去除率達99%。分析認為,粉煤灰顆粒和磷酸鹽之間存在靜電吸引作用,使吸附劑和磷酸鹽發生沉淀和離子交換。

趙統剛等利用粉煤灰合成沸石,研究其在同步去除氮、磷方面的特性。研究發現該合成沸石去除氨氮和磷酸鹽能力較強,對氨氮吸附機理為陽離子交換作用,對磷的去除除化學沉淀作用外尚有吸附機制。

彭喜花等人發現相比于用鹽酸改性,硫酸改性后的粉煤灰除磷效果更好,可高達97.68%,其對磷的吸附更符合Freundlch吸附等溫模型,既有物理吸附也有化學吸附,并以Ca、Mg等氧化物與磷形成磷的沉淀物為主。

3  粉煤灰處理廢水應用存在的問題

(1)產生污泥。用粉煤灰處理一定數量的污染物會產生大量污泥,這表明粉煤灰的吸附容量十分有限,限制了傳統粉煤灰在廢水處理中的大規模應用。

(2)灰水分離率低。粉煤灰顆粒細小,用于處理廢水時,存在灰水難以分離的情況,這將導致分離操作復雜,增加處理難度和操作費用。此外,粉煤灰處理所產生的灰水和污泥也可能導致二次污染,這也是該工藝難以大規模推廣的因素之一。

(3)粉煤灰中重金屬元素浸出。粉煤灰中除含Si、Al、Ca常量元素外,還含有多種微量有害重金屬元素,將粉煤灰應用于水處理,這些重金屬元素的浸出會帶來新的污染。

(4)飽和粉煤灰處置。粉煤灰作為吸附劑,處理一段時間后,其吸附性能達到飽和。對于吸附飽和灰最終處置問題的研究目前尚未有一套成熟的處理方案,對于將吸附飽和灰作為水泥摻和料、混凝土及制磚等工藝的可行性研究較少。另外,若將吸附重金屬后的飽和灰用于水泥摻和料等工業用途,其中含有的重金屬是否會在雨水淋溶等特殊情況下發生形式上的轉化而造成二次污染,這些問題都有待探究。

4  粉煤灰在水處理方面應用存在問題的改進建議

(1)改性粉煤灰的時候,可以用酸性或堿性的廢渣廢氣廢液來改性,可以實現環境效益與經濟效益。同時制定系統的、適應范圍較廣、處理效果較好、污泥產率較低的改性粉煤灰生產方案。

(2)對于吸附飽和灰及其產生的污泥,干化后經處理可用做建筑材料。沿海地區,尤其是在江河入海口附近,可以考慮對其進行必要的無害化處理后投海處理,但要科學選址,保證海水的稀釋與自凈作用。

(3)粉煤灰中有一些未燃盡的炭粒,它的組成因燃燒效率的不同而異,未燃盡的炭粒可以作為活性炭等炭材料的原料加以利用。如何將粉煤灰中未燃盡的炭粒提取出來并加以利用是今后可能的研究方向之一。

5  粉煤灰潛在發展方向

5.1  粉煤灰改性

粉煤灰可以通過酸改性、堿改性、鹽改性以及表面活性劑的改性達到增大比表面積提高活性的效果。例如,Wang等以HCI對粉煤灰進行改性,用來吸附去除水中的亞甲基藍、結晶紫和羅丹明B這3種堿性染料,結果表明,HCI的改性使粉煤灰對3種染料的吸附性能提高,而且對亞甲基藍的去除能力高于結晶紫和羅丹明B;用粉煤灰制成沸石,然后對其進行鹽改性,分別得到了Ca、Mg、Al和Fe改性的沸石材料,并用這些改性材料來同時去除水中的氨氮和磷酸鹽,結果發現經鋁鹽改性的沸石具有很好的同時去除氨氮和磷酸鹽的能力;此外,經一種陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(HDTMA)改性后的粉煤灰對海面上漂浮的原油具有很好的去除能力。

5.2  粉煤灰與其他物質組合

朱洪濤等提出了用粉煤灰+過氧化氫組合處理印染廢水,基于過氧化氫在酸堿性條件下都有較強的氧化性能破壞染料分子的結構使之失色,本身的還原產物為水,無二次污染。粉煤灰中的重金屬氧化物對過氧化氫的分解有催化作用會使過氧化氫的氧化能力增強。

朱利霞等采用鐵屑+粉煤灰的微電解法對高Cr6+地下水進行了處理, 該工藝利用粉煤灰中的炭與鐵組成原電池,炭粒充當陰極,鐵充當陽極。鐵將地下水中的Cr6+還原成Cr3+,而鐵則轉變成Fe2+,鐵離子具有絮凝作用,能夠達到很好的凈化效果。

5.3  制備新型粉煤灰復合混凝劑

充分利用粉煤灰中的Si、Al 和Fe,以粉煤灰為原料合成廢水處理用混凝劑,是粉煤灰高附加值資源化利用的一個重要途徑。

例如,西安建筑科技大學劉轉年等人將粉煤灰經過超細球磨后再采用微波處理,制備新型高效混凝劑聚硅酸鋁鐵來處理印鈔廢水。無機高分子混凝劑聚硅酸鋁鐵兼有聚鋁鐵和聚硅酸混凝劑的優點, 同時具有電中和及卷掃網捕作用,又克服了聚硅酸的不穩定的缺點, 混凝劑所形成礬花大而密實,沉降性能好,呈現出良好的除濁效果。

5.4  粉煤灰與深度氧化技術結合

深度氧化技術是相對于常規氧化技術(氯氣、二氧化氯、高錳酸鉀、臭氧、過氧化氫)而言的,指在處理過程中充分利用自由基(如·OH)的活性快速徹底氧化有機污染物。粉煤灰與深度氧化技術結合,既可提高出水水質,又可減少粉煤灰的投放量,從而有助于減少污泥的生成。

深度氧化可分為化學氧化和光化學氧化,化學氧化有超臨界氧化、O3/H2O2、Fenton 反應等, 光化學氧化有UV氧化、TiO2光催化氧化法等。

S.H.Chang 等用粉煤灰和Fenton 試劑聯合處理羅丹明B廢水,結果表明,單獨使用粉煤灰只能去除54%的羅丹明B,而將二者結合起來,在酸性條件下,2min內羅丹明B的去除率即可達到97%,30min 內COD 去除率為72%。

 

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