齊萌,徐承杰

(1.華北電力大學(xué)科技學(xué)院動力工程系,河北保定 071003; 2.國電陽宗海發(fā)電有限公司,云南昆明 652103)

改性粉煤灰混凝劑處理工業(yè)混合廢水的試驗(yàn)研究

Experimental investigation on treatment of industrial combined wastewater by activation fly ash coagulant

齊萌1,徐承杰2

(1.華北電力大學(xué)科技學(xué)院動力工程系,河北保定 071003; 2.國電陽宗海發(fā)電有限公司,云南昆明 652103)

通過混合酸、氯化鈉制備改性粉煤灰混凝劑,探討粉煤灰粒度、酸用量、加熱時間、反應(yīng)溫度等對廢水處理效果的影響,得出制備混凝劑最佳工藝方案。通過正交試驗(yàn),用最佳混凝劑處理工業(yè)混合廢水,找出混凝劑投量、廢水pH值、攪拌時間及靜置時間等最佳參數(shù),探索一條以廢治廢的可行方法。

粉煤灰;混凝劑;工業(yè)混合廢水;正交試驗(yàn)

粉煤灰作為發(fā)電廠排放的主要廢物,全國每年有1億t之多。粉煤灰不僅占用大量農(nóng)田用于堆放,而且嚴(yán)重污染環(huán)境。目前,粉煤灰綜合利用方面,只有小部分用于建筑、交通、土壤改良等,利用率在30%～40%,仍然有較大的量需要開發(fā)利用[1-3]。粉煤灰的主要化學(xué)成分為SiO2,Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃炭,另含有少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。粉煤灰具有較大的比表面積,大量活性點(diǎn)可與吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附和物理吸附,所以,粉煤灰有很強(qiáng)的吸附能力,因此,可被應(yīng)用于水處理領(lǐng)域中。

本文用NaCl、HC1、H2SO4及其混合酸等試劑對粉煤灰進(jìn)行改性,制得粉煤灰吸附混凝劑,并通過正交試驗(yàn)對其吸附混凝性能、作用機(jī)理及在工業(yè)綜合廢水的處理方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究,取得廢水處理的最佳試驗(yàn)條件和結(jié)果。

1 改性粉煤灰混凝劑的制備

1.1 粉煤灰的化學(xué)成分

改性粉煤灰混凝劑是用粉煤灰、混合酸及氯化鈉經(jīng)加熱攪拌制得的復(fù)鹽型無機(jī)物。粉煤灰的主要成分為S iO2、Al2O3,其中的Al主要存在于莫來石中,而莫來石在形成過程被玻璃體包裹,玻璃體的聚合度很高,結(jié)構(gòu)致密,表面穩(wěn)定,酸溶性較差,需加入少量氯化鈉打開Si-Al鍵。與此同時,稀酸將粉煤灰致密體中的鋁、鐵等具備絮凝效果的元素浸出[4-5]。

試驗(yàn)所用粉煤灰取自保定熱電廠的除塵干灰,其主要化學(xué)組成見表1。

表1 粉煤灰主要化學(xué)組成

1.2 粉煤灰混凝劑的作用機(jī)理

粉煤灰混凝劑的主要成分為Al3+、Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+及SO24-。其處理廢水的機(jī)理[6-7]主要包括以下幾點(diǎn):

(1)混凝作用。高價正電荷的Al3+及Fe(OH)3在適宜pH值條件下形成Al(OH)3及Fe(OH)3絮狀沉淀,能將廢水中的染料分子交聯(lián)沉積從而降低廢水的COD和色度。

(2)吸附作用。粉煤灰在較高溫度下浸提后,表面更加粗糙,比表面積顯著增加,表面價鍵的不飽和性加上所存在的大量含氧基團(tuán),使其對有機(jī)物有較強(qiáng)的吸附能力,能吸附去除染料分子。

(3)助凝作用。粉煤灰本身呈堿性,對氫氧化鐵和氫氧化鋁膠體形成有利。另外,其中的聚硅酸大分子具有較強(qiáng)的吸附架橋和網(wǎng)捕能力,能使難溶化合物及細(xì)小顆粒從水中分離出來。

1.3 改性粉煤灰混凝劑的制備

1.3.1 試劑

試驗(yàn)采用NaCl、HCl、H2SO4及其混合酸等試劑對粉煤灰進(jìn)行改性,其中混酸為HCl∶H2SO4按體積比為1∶3制得。

1.3.2 制作工藝

活性粉煤灰吸附材料的制作工藝為:焙燒→磨細(xì)→硫酸活化→洗滌過濾→烘干磨細(xì)→成型→蒸壓→成品。取20 g樣品粉煤灰加1 g NaCl和20ml混酸,在常溫條件下攪拌反應(yīng)60min,反應(yīng)后的粉煤灰與浸取液一起置于烘箱中以100～105℃烘干,烘干后碾碎制得成品改性粉煤灰。

2 用改性粉煤灰混凝劑處理工業(yè)廢水

2.1 廢水水質(zhì)

試驗(yàn)所用工業(yè)廢水取自大寨渠,工業(yè)廢水中COD濃度為1404mg/L,硫化物為105.2mg/L,pH為4.98,BOD為490mg/L,總鋅為6.25mg/L。其水質(zhì)分析結(jié)果與國家排放標(biāo)準(zhǔn)[8]的對比見表2。

表2 原水水質(zhì)與三級排放標(biāo)準(zhǔn)的比較

通過對廢水中水質(zhì)指標(biāo)的分析,主要嚴(yán)重超標(biāo)污染物是COD、BOD、硫化物等。

2.2 廢水處理

試驗(yàn)選用效果最好的混凝劑處理工業(yè)綜合廢水。工業(yè)廢水100mL,分別考察混凝劑投加量為2、 5、8、10、15 g時,廢水pH值為3、5、7、9、11,不同粒度即粒徑大于200目,200～180目,180～160目, 160目對廢水處理效果的影響。用L9(34)正交試驗(yàn)并作了極差分析,正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.3 結(jié)果分析

粉煤灰混凝劑處理工業(yè)廢水的正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析見表4。表中A因素混凝劑投加量,B因素為pH值,C因素為粒度。

表4 極差分析

由表4可知,影響CODCr去除率的各因素的重要性順序?yàn)镃>B>A,即粒度>pH值>混凝劑投加量。因此,本試驗(yàn)最佳反應(yīng)條件為100mL工業(yè)廢水中加入混凝劑15 g,pH值為9,粒度為小于200目,CODCr的去除率達(dá)到82.56%。

3 結(jié)語

(1)通過對廢水中水質(zhì)指標(biāo)的分析,主要嚴(yán)重超標(biāo)污染物是COD、硫化物、總鋅等。

(2)最佳混凝劑制備條件為:每20 g粉煤灰加1 g NaCl和20ml混酸,常溫條件下攪拌反應(yīng)60min,反應(yīng)后的粉煤灰與浸取液一起在烘箱中以100～105℃烘干后碾碎。

(3)通過正交試驗(yàn)得出,混凝試驗(yàn)最佳反應(yīng)條件為混凝劑加入量15 g/100ml,pH值為9,粒度為小于200目。

(4)在最佳反應(yīng)條件下,廢水中CODCr的去除率可達(dá)到82.56%。

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X703.1

B

1674-8069(2010)03-029-03

2010-02-17;

2010-03-04

齊萌(1982-),女,華北電力大學(xué)科技學(xué)院教師,主要從事工業(yè)廢水處理技術(shù)研究。E-mail:qiqi-mengmeng@163.com

Abstract:The modificated fly ash coagulant was prepared by m ixed acid and sodium ch lo ride.The effect of fly ash granularity,m ixed acid dosage,pH value and tem nperature on treatm ent results were reviewed.The best technics to preparate the coagulantwere p roduced.By orthogonalexper iments,using best coagulant to dealw ith industrial combined wastewater,the best param eters,such as coagulant dosage,pH value of wastewater,churning t ime and depositing t im e.were found.The feasible way to controlpollution by waste was discussed.

Key words:fly ash;coagulant;industrial com bined wastewater;orthogonal exper iments