李雪琴

(撫州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，江西 撫州 344000)

粉煤灰對(duì)廢水中污染物的吸附作用可分為物理吸附、化學(xué)吸附和吸附—絮凝沉淀協(xié)同三種作用。粉煤灰對(duì)含鉻廢水中的鉻酸有親和力，而溶劑(水)對(duì)Cr(VI)有排斥力，這是粉煤灰能吸附Cr(VI)的主要原因［1］。

雖然從理論上分析，粉煤灰具有一定的吸附能力，但在研究中發(fā)現(xiàn)，原狀粉煤灰的吸附效果不理想，因此必須改性。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已有對(duì)粉煤灰的改性及吸附的研究，周惜時(shí)［2］等對(duì)粉煤灰吸附性能的研究表明，粉煤灰是一種吸附性能較好的吸附材料，本實(shí)驗(yàn)的最佳投灰量，pH值對(duì)粉煤灰的吸附性能有一定的影響;賈陳忠［3］等研究粉煤灰吸附處理含鉻廢水表明粉煤灰用量、廢水酸度、吸附接觸時(shí)間等對(duì)鉻的吸附存在一定影響。

本論文采用的是復(fù)合鹽NAF［4］改性粉煤灰，確定了影響改性粉煤灰制備主要的因素以及改性粉煤灰處理含鉻廢水最佳運(yùn)行條件。

1 粉煤灰的性質(zhì)

1.1 物理性質(zhì)

粉煤灰是煤粉燃燒過程中所排出的灰渣以及從燃燒的煙霧中沉積下來的灰塵。由于其中含有大量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO 和未燃盡炭等，并具有多孔性、比表面積大、吸附力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此粉煤灰具有良好的吸附性與穩(wěn)定的化學(xué)性［5～6］。

1.2 化學(xué)性質(zhì)

粉煤灰取至北海電廠。

表1 粉煤灰的化學(xué)成分

2 試驗(yàn)方法

2.1 主要儀器和試劑

本試驗(yàn)主要試驗(yàn)儀器包括電熱恒溫水浴鍋(上海精風(fēng)儀器有限公司HH－S26s型)、紫外分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司752N型)和振蕩器(江蘇省金壇市正基儀器有限公司HY－4型)。

本試驗(yàn)主要實(shí)驗(yàn)試劑包括Na2CO3(分析純)、H2SO4(分析純)、NaCl(分析純)、FeSO4(分析純)、Al2(SO4)3(分析純)、(分析純)、Fe2(SO4)3(分析純)、NaOH(分析純)、二苯碳酰二肼(分析純)和EDTA(分析純)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 模擬鉻廢水的制備

稱取0.1414 g重鉻酸鉀溶解于蒸餾水后定容到1000 ml，配制為質(zhì)量濃度為50 mg/L的六價(jià)鉻污染模擬廢水水樣，備用。

2.2.2 六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取9 支 50 ml比色管，依次加入 0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00 和 10.00 m1 鉻標(biāo)準(zhǔn)使用液，用水稀釋到標(biāo)線，加入1+1硫酸0.5 ml和1+1磷酸0.5 ml，搖勻，加入 2ml顯色劑溶液，搖勻 5min后，于540nm處，用3cm比色皿，以水為參比，測(cè)定吸光度并作空白校正后，以吸光度為縱坐標(biāo)，相應(yīng)六價(jià)鉻含量為橫坐標(biāo)繪出標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，見圖1。

圖1 六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

2.2.3 吸附試驗(yàn)

在一定的溫度下，分別取六價(jià)鉻模擬廢水100 ml，在一定的pH值下，加入一定量的改性粉煤灰，震蕩一定的時(shí)間，靜置30 min后，過濾，測(cè)定六價(jià)鉻去除率。

2.3 分析方法

2.3.1 六價(jià)鉻去除率的計(jì)算

式中:C0——待測(cè)物在水相中的初始濃度，mg/L;

C——平衡時(shí)待測(cè)物在水相中的濃度，mg/L。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 含六價(jià)鉻廢水吸附工藝參數(shù)的確定

在一定的溫度下，分別取六價(jià)鉻模擬廢水100 ml，在一定的pH值下，加入一定量的粉煤灰，震蕩一定的時(shí)間，靜置30min后，過濾，測(cè)定六價(jià)鉻殘留濃度，并計(jì)算去除率。確定最佳的pH值，最佳吸附時(shí)間，最佳吸附溫度，最佳改性粉煤灰的投加量。

3.1.1 溶液初始pH值對(duì)六價(jià)鉻去除率的影響

在室溫(25±2℃)條件下，取含六價(jià)鉻質(zhì)量濃度為50 mg/L模擬廢水100.00 ml到一系列250 ml錐形瓶中，加入0.5 g 改性粉煤灰后，用0.1 mol/L HCl和0.1 mol/L Na(OH)2調(diào)節(jié)到溶液所需的初始pH值，震蕩吸附30 min，靜置30 min后，過濾，取濾液測(cè)定六價(jià)鉻殘留濃度，并計(jì)算去除率。結(jié)果見圖2。

圖2 溶液初始pH值對(duì)六價(jià)鉻去除效果的影響

由圖2可知，pH值對(duì)六價(jià)鉻的影響很大。pH小于8的時(shí)候，六價(jià)鉻的去除率效果很好，都達(dá)到99.27%以上，且隨著pH越接近中性，六價(jià)鉻去除率越高，pH為8的時(shí)候，六價(jià)鉻去除率最大，達(dá)到99.55%;pH大于8的時(shí)候，六價(jià)鉻去除率急劇下降。這主要是由于六價(jià)鉻主要以CrO2－4和Cr2O2－7的形式存在，在酸性條件下，改性粉煤灰?guī)д姾?，六價(jià)鉻通過改性粉煤灰的靜電吸附作用而除去，且pH越小，有利于六價(jià)鉻還原成Cr3+，生成沉淀除去［7］。因此實(shí)驗(yàn)研究中，六價(jià)鉻吸附效果最好時(shí)，溶液的pH值取為8.0。

3.1.2 吸附時(shí)間對(duì)六價(jià)鉻去除率的影響

在室溫(25±2℃)條件下，取含六價(jià)鉻質(zhì)量濃度為50 mg/L模擬廢水100 ml到一系列250 ml錐形瓶中，加入0.50 g改性粉煤灰后，原水pH下，分別震蕩吸附10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60 min，靜置 30 min后，過濾，取濾液測(cè)定六價(jià)鉻殘留濃度，并計(jì)算去除率。結(jié)果見圖6。

圖3 吸附時(shí)間對(duì)對(duì)Cr6+去除效果的影響

由圖3可知:當(dāng)吸附時(shí)間超過20 min后，增加吸附時(shí)間對(duì)六價(jià)鉻去除效果增加并不明顯，分析原因:最主要的是粉煤灰的吸附容量已近飽和，再增加吸附時(shí)間，去除率不會(huì)有很大的提高。因此選擇20 min為吸附時(shí)間即可。

3.1.3 溫度對(duì)Cr6+去除率的影響

取含Cr6+質(zhì)量濃度為50 mg/L模擬廢水100 ml到一系列250 ml錐形瓶中，加入0.50g改性粉煤灰后，在原水 pH 下，水浴鍋控制溫度分別為 15、20、25、30、35、40℃，震蕩吸附30 min，靜置30min后，過濾，取濾液測(cè)定六價(jià)鉻殘留濃度，并計(jì)算去除率。結(jié)果見圖4。

圖4 水溫對(duì)六價(jià)鉻去除效果的影響

用改性粉煤灰吸附處理含六價(jià)鉻廢水是一個(gè)既有物理作用又有化學(xué)作用的復(fù)雜過程，溫度對(duì)這些過程均有不同程度的影響。由圖4可以看出，隨著溫度升高，六價(jià)鉻的去除率逐漸降低，這是因?yàn)槲竭^程總是放熱的，溫度升高，不利于吸附的進(jìn)行。但是溫度對(duì)六價(jià)鉻去除率的影響不明顯，因此，基于本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和工藝條件的簡(jiǎn)便可行性，用改性粉煤灰吸附處理含六價(jià)鉻廢水時(shí)，可在原水水溫下進(jìn)行吸附處理。

3.1.4 投加量對(duì)六價(jià)鉻去除率的影響

在室溫(25±2℃)下，取含六價(jià)鉻質(zhì)量濃度為50 mg/L模擬廢水100 ml到一系列250 ml錐形瓶中，在原水 pH 下，改性粉煤灰分別按投加量為 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 g 加入，震蕩吸附 30 min，靜置30 min后，過濾，取濾液測(cè)定Cr6+殘留濃度，并計(jì)算去除率。結(jié)果見圖5。

圖5 投加量對(duì)六價(jià)鉻去除效果的影響

由圖8可知:六價(jià)鉻去除率隨著改性粉煤灰投加量的增加上升很快，在投灰量到0.5 g/ml之后去率增加緩慢，分析原因主要是隨著改性粉煤灰投加量增加，六價(jià)鉻的擴(kuò)散吸附受到影響。在實(shí)際工作中，從經(jīng)濟(jì)角度分析，保證較高去除率又不產(chǎn)生過多廢渣，改性粉煤灰投加量為0.5 g/100ml，即5 g/L 。

綜上所述，改性粉煤灰處理含六價(jià)鉻廢水最佳工藝參數(shù)是:改性粉煤灰投加量為0.5 g/100 ml，吸附時(shí)間為20 min，pH值為8。

4 結(jié)論

(1)用粉煤灰作為含鉻廢水的吸附劑，處理效果明顯，成本低;

(2)在最佳試驗(yàn)條件下，即粉煤灰投加量0.5g/100ml，吸附時(shí)間20min，pH值8，原水水溫時(shí)，粉煤灰對(duì)含鉻廢水六價(jià)鉻去除率高達(dá)99.41%，處理后廢水中總鉻的質(zhì)量濃度一般低于1.0 mg/L，符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978－1996)最高允許排放的質(zhì)量濃度1.5 mg/L的要求，可以達(dá)標(biāo)排放。

［1］李方文，魏先勛.粉煤灰改性吸附材料的研究［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2003－6，25(6):25－28.

［2］周惜時(shí)，秦普豐.粉煤灰吸附性能的研究［J］.粉煤灰綜合利用，2006，6:21 －23.

［3］賈陳忠，等.粉煤灰吸附廢水處理含鉻廢水的研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2006，32(3):30 －32.

［4］滕宗煥.改性粉煤灰吸附機(jī)理及其在廢水處理的應(yīng)用［J］:西南給排水，2007，(4).

［5］彭榮華，陳麗娟，等.改性粉煤灰吸附處理含重金屬離子廢水的研究［J］.材料保護(hù)，2005 －1，38(1):48－50.

［6］張文藝，李琴，等.粉煤灰吸附法處理污水機(jī)理［J］.粉煤灰綜合利用，2006，2:54 －56.

［7］周利民，黃群武，等.用粉煤灰吸附廢水中的金屬離子［J］.化工環(huán)保，2006，26，(6):506 －509.