賈艷萍，賈心倩，姜 成，劉 斌，唐建龍

(東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林吉林132012)

粉煤灰主要指火力發(fā)電廠煤炭燃燒排出的固體廢棄物。隨著我國電力工業(yè)的大力發(fā)展，粉煤灰的排放量也不斷加大［1］。統(tǒng)計顯示，我國粉煤灰的年排放量達(dá)1.6億噸，但其利用率僅為30%左右，是我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一［2］。目前粉煤灰的利用主要用于建設(shè)工程、道路工程及作為填筑材料等方面［3］。近年來，許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)粉煤灰孔道多、比表面積大且具有吸附性能，可作為一種新型材料用于水處理領(lǐng)域［4－6］。但粉煤灰直接用于水處理，其吸附性能較差，因此需對粉煤灰進(jìn)行改性處理。本文就粉煤灰的改性及其在水處理中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，并對粉煤灰的未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 粉煤灰性質(zhì)

粉煤灰是灰白色或灰色的粉末狀物質(zhì)，其性質(zhì)主要取決于燃煤種類、煤粉細(xì)度、燃煤方式及排灰收集方式等。粉煤灰的主要化學(xué)組成如表1所示［7］，其中SiO2、Al2O3占77%左右，此外還含有少量的Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰由許多微粒組成，呈多孔蜂窩狀，其平均幾何粒徑約為40 μm，密度約為2.1 t/m3，堆積密度780 kg/m3，孔隙率一般為70%左右，比表面積約為25－50 dm2/g，具有較強的吸附能力［8］。因此，可廣泛用于水處理領(lǐng)域。

表1 我國火電廠粉煤灰主要化學(xué)成分(%)

2 粉煤灰在水處理中的應(yīng)用

粉煤灰處理廢水污水，主要取決于粉煤灰的吸附機(jī)理(物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附)［9，10］。物理吸附主要是通過分子間引力的作用，粉煤灰孔道越多，比表面積越大，其吸附性能越好，吸附是放熱反應(yīng)，因此可自發(fā)進(jìn)行?；瘜W(xué)吸附與離子交換吸附往往是同時發(fā)生的，粉煤灰中的Si2+、Al3+、Fe3+等活性強，可與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成離子交換，有時也可形成沉淀，通過混凝沉淀去除雜質(zhì)。

基于粉煤灰的吸附特性，近年來粉煤灰已逐漸應(yīng)用于染料廢水、含酚廢水、含砷廢水、焦化廢水、重金屬離子廢水及生活污水等的處理。粉煤灰對染料廢水的脫色效果較好，Papandreou等［11］直接利用粉煤灰處理甲苯胺藍(lán)，并研究陰、陽離子型表面活性劑對其吸附特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于甲苯胺藍(lán)所帶電荷與陽離子型表面活性劑所帶電荷相同，兩者互相競爭，使得甲苯胺藍(lán)的吸附特性下降，若采用陰離子型表面活性劑，則粉煤灰對甲苯胺藍(lán)的吸附性大大提高。王湖坤等［12］對粉煤灰處理含砷工業(yè)廢水進(jìn)行了研究，考察了吸附時間、溫度、粉煤灰投加量對處理效果的影響，最終確定最佳工藝條件為:時間60 min、溫度25℃、投加量0.05 g/mL時，砷的去除率為87.0%，與其它工藝相比，利用粉煤灰的吸附特性直接處理，工藝簡單且成本低，但形成的污泥中富含砷，會對環(huán)境造成二次污染，因此必須對污泥進(jìn)行再處理。

表2 粉煤灰處理不同類型廢水一覽表

生活污水中富含有機(jī)物、色度、磷等污染物，主要呈膠體狀，粉煤灰與污染物充分接觸，利用其吸附特性及粉煤灰孔道的截留作用，可對生活污水進(jìn)行處理。董樹軍等［13］早在1997年就利用粉煤灰處理生活污水，研究了粉煤灰對生活污水中COD的吸附，驗證了粉煤灰對于生活污水處理的可行性，雖然粉煤灰的去除率(86.0%)小于活性炭的去除率(95.5%)，但活性炭成本高，且不可再生，而粉煤灰本身為廢棄物，無成本，且可達(dá)到以廢治廢的目的。表2為近年來粉煤灰直接處理污水廢水的研究，表明粉煤灰對水處理的可行性［14，15］。

2.1 改性粉煤灰應(yīng)用于水處理

粉煤灰的改性主要有濕法和火法兩種。濕法包括酸法和堿法，火法是將粉煤灰與堿熔劑按一定比例進(jìn)行高溫活化，其主要目的都是使粉煤灰中的Si2+、Al3+、Fe3+等浸出，對水中污染物進(jìn)行吸附、混凝。

圖1 原灰與改性粉煤灰對剛果紅脫色率的比較

2.1.1 濕法改性粉煤灰的應(yīng)用

用NaOH等堿性物質(zhì)進(jìn)行粉煤灰的改性，將兩者混合，會直接破壞粉煤灰中的硅酸鹽物質(zhì)，使粉煤灰表面微孔變大，比表面積增大。酸改是直接利用酸浸出粉煤灰中的活性物質(zhì)，使表面孔洞增多，比表面積增大。段小月等［16］研究了改性粉煤灰對剛果紅的吸附，如圖1所示:分別采用沸水浸泡、酸改、堿改及加熱的方法進(jìn)行粉煤灰的改性，利用FTIR儀測定粉煤灰的成分、XRD儀分析其官能團(tuán)的變化。結(jié)果表明，改性前后粉煤灰的FTIR譜圖無明顯變化，而經(jīng)堿改的粉煤灰在28.12°處出現(xiàn)新的衍射峰，說明有新的物質(zhì)生成，經(jīng)堿改后粉煤灰對剛果紅的去除率為87.52%。

劉艷軍等［17］對含鉻廢水進(jìn)行了處理，用2mol/L的硫酸進(jìn)行粉煤灰的改性，改性后粉煤灰表面由球狀變?yōu)榘纪共黄降目锥?，Si2+、Al3+、Fe3+大量浸出，比表面積增大，在pH為2－3的條件下，六價鉻去除率為90%，且分析了影響六價鉻去除率的因素，分別為初始質(zhì)量濃度、pH值、吸附時間及吸附劑用量等。伍昌年等［18］利用NaOH處理粉煤灰，探討了pH值、吸附時間、投加量、吸附溫度及苯酚初始濃度對苯酚去除效果的影響，實驗表明，苯酚去除率高達(dá)98%，進(jìn)一步驗證了改性粉煤灰對處理苯酚廢水的可行性。此外，粉煤灰還可去除污水廠廢水中的磷［19］，將粉煤灰進(jìn)行酸改后，結(jié)果表明，經(jīng)酸改的粉煤灰凈化效果比原灰高，磷的去除率可達(dá)98.7%，出水中磷濃度為0.043mg/L，改性后對磷的最大吸附量達(dá)4.37mg/g，出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》QB8978—1996一級標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 火法改性粉煤灰的應(yīng)用

孫瑩［20］研究了鋼渣及改性粉煤灰對含鉻廢水的研究，將鋼渣磨碎待用，因鋼渣中含Mn、Fe等有害離子會對水體造成二次污染，因此進(jìn)行含鉻廢水的處理前，必須先預(yù)處理，但工藝繁瑣，且去除效果不好，僅為64.17%，而經(jīng)高溫活化的粉煤灰，孔隙率大大提高，體積膨脹，比表面積增大，可直接吸附水中鉻離子，并且在改性粉煤灰投加量為0.1 g/mL時，去除率為99.42%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼渣及原灰去除率。黎葦?shù)龋?1］研究了粉煤灰的改性及其對亞甲基藍(lán)溶液的吸附性，將粉煤灰與ZnCl2混合均勻，高溫煅燒1 h，經(jīng)處理后用于亞甲基藍(lán)的脫色試驗，其最佳吸附條件為溶液初始濃度10 mg/L、粉煤灰加入量10 mg/L、pH為5、吸附溫度25℃，最終亞甲基藍(lán)降解率為86.24%，脫色率為82.76%。

2.1.3 其它改性粉煤灰的應(yīng)用

粉煤灰除通過酸改、堿改及高溫活化外，也可使用其它試劑對其進(jìn)行改性。陳廣春［22］利用HDTMA(十六烷基三甲基溴化銨)對粉煤灰進(jìn)行改性，并吸附處理酸性嫩黃染料廢水，發(fā)現(xiàn)改性劑HDTMA覆蓋在粉煤灰表面，使粉煤灰表面電性改變，增強了其對酸性嫩黃染料的吸附，去除率達(dá)到95%以上。王宇等［23］以火電廠固廢粉煤灰為主要原料研制沸石，并用稀土鑭進(jìn)行改性處理，將沸石加入氯化鑭溶液中，以150 r/min恒溫處理24 h，洗至中性，烘干進(jìn)行吸附試驗，用以強化其脫氮除磷能力，研究了改性劑濃度、投加量、pH值的影響，用SEM分析技術(shù)對合成沸石進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示:粉煤灰表面為光滑均勻的球狀體，而合成產(chǎn)物呈晶型特征，表面微孔增多，改性后對氨氮和磷的最大吸附量為3.94和1.65 mg/g，去除率分別為90%和95%。

3 結(jié) 論

粉煤灰作為一種新型材料應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，其來源廣泛、價格低廉、且具有以廢治廢的優(yōu)點，相比其它水處理技術(shù)前景廣闊。改性粉煤灰的開發(fā)利用，使粉煤灰在水處理領(lǐng)域的地位進(jìn)一步提升。但有關(guān)粉煤灰吸附容量的研究還有待深入，且粉煤灰中含有微量有害重金屬離子，這些金屬離子的浸出會造成二次污染。因此，對于這方面還需特別的關(guān)注，隨著實驗技術(shù)及設(shè)備的不斷更新，粉煤灰在水處理領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用必將得到進(jìn)一步拓展。

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