邸靜粉

（趙縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河北石家莊051530）

1 試驗(yàn)用原料簡(jiǎn)介

粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來(lái)的細(xì)灰。我國(guó)火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO等，其化學(xué)組成含量見(jiàn)表1[1]。由于粉煤灰顆粒極細(xì)，具有很大的比表面積，所以吸附能力極強(qiáng)，且粉煤灰中含有大量鋁的氧化物，可將其資源化制得粉煤灰復(fù)合混凝劑。

表1 粉煤灰化學(xué)成分及含量%

隨著社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展和人民生活水平的提高，鋁、鐵材料的固體廢物越來(lái)越多。本研究選用的實(shí)驗(yàn)原料是鋁制的可樂(lè)易拉罐，這種易拉罐隨處可得。經(jīng)有關(guān)試驗(yàn)選用鐵制品效果亦可。

經(jīng)查閱文獻(xiàn)，本研究選用1mol/LHCl+1mol/L H2SO4的混合酸[1]。

2 復(fù)合混凝劑的制備

稱取經(jīng)800℃焙燒[2]、研磨過(guò)400目篩的粉煤灰60 g，在90℃加熱[2]、攪拌的條件下，用180m l混酸充分浸漬2 h，加入易拉罐碎片至鋁不再溶解，所得混合物即為廢舊鋁、鐵片、粉煤灰復(fù)合混凝劑，制備流程見(jiàn)圖1。粉煤灰在酸浸漬后，其表面或微孔內(nèi)變得更加粗糙，比表面積顯著增大，這相當(dāng)于表面被活化，活化后的粉煤灰對(duì)有機(jī)物的吸附能力更強(qiáng)，同時(shí)用酸浸粉煤灰提取其中具有混凝作用的鋁、鐵，形成具有助凝效果的活性硅酸[3]，用強(qiáng)酸溶解鋁片，使鋁含量達(dá)到最大，形成具有良好混凝效果的鋁的高聚物，使得自制粉煤灰混凝劑效果更好。該混凝劑為液體狀態(tài)，呈淡黃色，用時(shí)稀釋10倍。該混凝劑各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表2。

圖1 廢舊鋁、鐵片、粉煤灰復(fù)合混凝劑制備流程

表2 復(fù)合混凝劑指標(biāo) %

3 屠宰廢水水質(zhì)特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)廢水來(lái)自一家肉類加工有限公司，該廠廢水主要含有屠宰過(guò)程中產(chǎn)生的豬血、豬毛、豬糞便、內(nèi)臟雜物、未消化食物及碎肉、油脂等。廢水呈紅褐色，溶解性物質(zhì)含量較高，有機(jī)物含量、SS、濁度、色度均較高。經(jīng)測(cè)定原水水質(zhì)指標(biāo)COD、SS、pH值、濁度、色度如表3。

表3 原水水質(zhì)指標(biāo)

4 混凝實(shí)驗(yàn)

4.1 混凝水力條件

先以250 r/min快速攪拌2 min，再以50 r/min慢速攪拌15min，沉淀20min。

4.2 混凝劑最小投加量

取400 ml廢水于混凝攪拌機(jī)上，以50 r/min慢速攪拌，加入1ml稀釋后的自制混凝劑，幾秒鐘后再加1 ml，直至有礬花出現(xiàn)，此劑量即為最小投加量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，混凝劑最小投加量為10%的自制混凝劑4ml。

4.3 混凝的最佳pH值

用7個(gè)玻璃杯分別取相同的400 m l廢水于混凝攪拌機(jī)上，調(diào)節(jié)廢水pH值分別為4，5，6，7，8，9，10，同步加10%的自制混凝劑4 ml，按照設(shè)定混凝水力條件處理廢水?；炷蠓謩e取上清液測(cè)定COD、SS、pH值、濁度、色度，測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，并分別作COD、SS、濁度、色度隨pH值的變化曲線（見(jiàn)圖2）?；炷罢{(diào)節(jié)pH值在6～7的范圍內(nèi)時(shí)，混凝后出水的COD、SS、濁度、色度都達(dá)到最小值，并且出水的pH值在7左右，由此可以確定混凝的最佳pH值范圍是6～7。

表4 不同pH值相同混凝劑投加量混凝后水質(zhì)指標(biāo)

在不同pH條件下加入等量混凝劑，其混凝處理效果不同，這是因?yàn)樗玫淖灾苹炷齽┏烁邷厮峤姆勖夯移鹞匠两底饔猛?，還有鋁鹽、鐵鹽的水解產(chǎn)物起作用，鋁鹽、鐵鹽加入水中，一定條件下（水溫、pH值、加藥量等）經(jīng)水解、聚合或配合反應(yīng)形成多種形態(tài)產(chǎn)物，一般分成4類：水合離子、單核羥基配合物、多核羥基配合物或聚合物、氫氧化物沉淀物，其水解產(chǎn)物不同，混凝機(jī)理和效果就不同[4，5]：

圖2 濁度、COD、色度、SS隨pH值的變化曲線

pH＜3.5時(shí)，水解產(chǎn)物主要是水合離子，混凝機(jī)理主要為壓縮雙電層作用。pH值在4～5時(shí)，水解產(chǎn)物主要是單核、多核羥基配合物，混凝機(jī)理主要為吸附—電性中和作用。pH值在6～7時(shí)，水解產(chǎn)物主要是電中性的聚合物，混凝機(jī)理主要為吸附架橋作用，即水解出的高分子物質(zhì)與膠粒的吸附與橋連[4，5]。高分子鏈的一端吸附了某一膠粒后，另一端又吸附另一膠粒，形成“膠?！叻肿印z?！钡幕炷w，產(chǎn)生沉降。pH＞8.5時(shí)，水解產(chǎn)物主要是氫氧化鋁沉淀，混凝機(jī)理主要為網(wǎng)捕—卷掃作用機(jī)理。實(shí)際上在各pH值之下，幾種水解產(chǎn)物、幾種混凝機(jī)理同時(shí)存在，只是程度不同，所以混凝效果不同。

4.4 混凝劑最佳投加量

（1）取7個(gè)400 ml廢水于混凝攪拌機(jī)上，分別調(diào)節(jié)其pH值為6，同步分別加入10%的混凝劑3ml、4ml、5 ml、6 ml、7m l、8 ml、9 ml，按設(shè)定水力條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定出水各項(xiàng)指標(biāo)如表5，分別作濁度、COD、色度、SS隨投加量變化曲線如圖3。由圖3可知，pH值為6、投加量為5～7ml時(shí)，出水的pH值在7左右，COD、SS、濁度、色度都達(dá)到最小值。所以pH=6時(shí)，最佳投加量為5～7ml，相當(dāng)于每噸廢水的最佳混凝劑用量為12～18 L。

表5 廢水pH為6時(shí)不同混凝劑投加量混凝后水質(zhì)指標(biāo)

圖3 COD、SS、濁度、色度隨混凝劑投加量的變化

（2）取7個(gè)400 m l廢水，調(diào)節(jié)pH=7，同步分別加10%的混凝劑3 ml、4 ml、5 ml、6 ml、7 ml、8 ml、9 m l，按設(shè)定水力條件重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果如表6，濁度、COD、色度、SS隨投加量變化曲線見(jiàn)圖4。由圖4可知，pH值為7、投加量為5～7m l時(shí)，出水的pH值在7左右，COD、SS、濁度、色度都達(dá)到最小值，所以pH=7時(shí)，最佳投加量為5～7 ml，相當(dāng)于每噸廢水的最佳混凝劑用量為12～18 L。

由圖3、圖4可以看出，并不是混凝劑用量越大處理效果越好，這是因?yàn)榛炷齽┑挠昧咳Q于膠體的濃度、電性正負(fù)和電荷數(shù)量以及混凝過(guò)程的pH值。各種混凝劑都有在相應(yīng)條件下的最佳投加量，低于或超過(guò)這個(gè)用量都會(huì)使混凝效果下降。pH值為6～7時(shí)，自制復(fù)合混凝劑的水解產(chǎn)物都以電中性的聚合物為主，混凝機(jī)理都以吸附架橋作用機(jī)理為主，投加量小于5 ml時(shí)，混凝劑用量不足，混凝作用不徹底，投加量增加到5～7ml時(shí)，混凝作用最好，投加量大于7ml時(shí)，由于混凝劑過(guò)量，生成了氫氧化物沉淀，混凝效果反而不好，這也就是所謂的“再穩(wěn)”現(xiàn)象[6]。

表6 廢水pH為7時(shí)不同混凝劑投加量混凝后水質(zhì)指標(biāo)

圖4 COD、SS、濁度、色度隨混凝劑投加量的變化

5 結(jié)論及可行性分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在設(shè)定的水力條件下，用自制粉煤灰復(fù)合混凝劑處理屠宰廢水的最佳pH值為6～7，最佳用量為每噸廢水需混凝劑12～18 L。處理后出水水質(zhì)良好，各指標(biāo)見(jiàn)表7。

我國(guó)粉煤灰排放量不斷增加，到2020年我國(guó)粉煤灰總堆存量將達(dá)到30多億噸[7]，給我國(guó)的生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。同時(shí)，我國(guó)又是一個(gè)人均占有資源儲(chǔ)量有限的國(guó)家，粉煤灰的綜合利用、變廢為寶、變害為利，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，是解決我國(guó)環(huán)境污染、資源缺乏的重要手段。另外粉煤灰價(jià)格便宜，每噸僅幾十塊錢，作為生產(chǎn)原料成本幾乎可以不計(jì)。并且只要是鋁、鐵制品廢物都可以用來(lái)代替易拉罐作為自制粉煤灰混凝劑的原料，原料充足。

表7 出水水質(zhì)指標(biāo)

綜上所述，用酸浸粉煤灰和廢舊鋁、鐵片制得廢舊鋁、鐵片、粉煤灰復(fù)合混凝劑，可以有效解決粉煤灰，廢舊鋁、鐵固體廢物占用土地、污染環(huán)境等問(wèn)題，同時(shí)制得的復(fù)合混凝劑價(jià)格低廉，混凝效果良好，在固體廢物資源化的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)廢水處理。

[1]于衍真，李國(guó)忠，付興華，等.粉煤灰在廢水處理工程中的應(yīng)用[J].硅酸鹽通報(bào)，1998（3）：42-45.

[2]佟志芳，李英杰，鄒燕飛.粉煤灰酸浸提鋁及其動(dòng)力學(xué)[J].過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2009，9（3）：502-507.

[3]盧素?zé)ǎ瑥堈衤?，許佩瑤，等.粉煤灰在廢水處理中的應(yīng)用[J].電力情報(bào)，1998（2）：27-30.

[4]陳宗淇，王光信，徐桂英.膠體與界面化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2001：116-210.

[5]湯鴻霄.羥基聚合氯化鋁的絮凝形態(tài)學(xué)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18（1）：1-10.

[6]高廷耀，顧國(guó)維.水污染控制工程[M].2版：下冊(cè).北京：高等教育出版社，1999.

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