丁守軍+楊濤+孫春光+張蓮蓮

摘 要：介紹了利用比熱熔比水低的高溫活化粉煤灰通過物理吸（脫）附使水中油快速分離、酸活化粉煤灰吸附絮凝進一步處理含油廢水。結(jié)果表明，對800 ℃活化粉煤灰吸附含油污水加熱2 min，油、灰、水能快速分離，對800 ℃活化粉煤灰進一步酸活化，處理分離后的廢水，綜合除油率達到95.6%。通過對吸附后的粉煤灰再活化，可以多次重復(fù)利用，解決了吸附后粉煤灰的去留問題。

關(guān)鍵詞：含油廢水；活化粉煤灰；吸附；絮凝；再活化

中圖分類號：TQ546 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0169-04

1 概 述

煤焦油深加工過程中產(chǎn)生高濃度含油廢水，采用傳統(tǒng)污水處理工藝無法將水中油分離出來，進而影響下一段工藝處理，導(dǎo)致處理水質(zhì)不達標(biāo)。

煤焦油加工過程中會產(chǎn)生大量的含油廢水，該類廢水含高濃度的有機物、氰等劇毒物質(zhì)。其中有機污染物主要為單環(huán)活多環(huán)芳香族化合物以及含氮、硫、氧的雜環(huán)化合物，如高濃度的酚類、萘類、苯胺類、吡啶類、喹啉類，吲哚類等。

這些有機物大多因為帶有親水基團而能溶解在水中，無法通過分層分離。

煤焦油深加工廢水主要來自預(yù)處理階段，裝置為煤焦油加溫靜置所脫水、管道吹掃產(chǎn)生的水、生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的分離廢水、雨水與油品混合產(chǎn)生的廢水等。

粉煤灰是熱電廠燃煤粉鍋爐排放的廢棄物，我國電力以燃煤為主，2015年中國粉煤灰產(chǎn)量居世界第一。

粉煤灰主要用于燒磚、筑路、水泥和混凝土的摻合料。

其大部分堆積廢棄，這不僅占用了大量土地，而且嚴重污染了環(huán)境。

如何將粉煤灰綜合利用，是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)的重要研究課題。粉煤灰是具有一定活性的球狀細小顆粒，對于水中雜質(zhì)具有較好的吸附性能，對工業(yè)廢水進行處理可謂以廢治廢，并且處理廢水費用低、效果好。環(huán)?？蒲腥藛T在這方面已做了大量的研究工作，取得了許多令人矚目的成就[1-4]

寇鵬[5]在研究粉煤灰酸浸正交實驗中發(fā)現(xiàn)，影響粉煤灰中Al2O3溶出率因素大小順序為焙燒溫度>鹽酸濃度>堿灰比>酸浸時間，最佳溶出鋁的方案為焙燒溫度950 ℃、焙燒時間為3 h、鹽酸濃度為0.6 moL/L、酸浸時間為4 h、堿灰比為0.7、反應(yīng)溫度為90 ℃。

夏暢斌等[6]用酸浸粉煤灰對焦化廠含酚廢水處理進行了研究，制得集物理吸附和化學(xué)混凝為一體的混凝劑，將其與PSA絮凝劑配合使用，處理焦化含酚廢水。

混凝沉降速度快，污泥體積小，處理廢水費用低；SS、COD色度和酚的去除率分別為95%、86%、96%和92%。并研究了粉煤灰混凝沉降機理。

王春峰等[7]用H2SO4活化方法制作活化粉煤灰吸附材料，通過試驗發(fā)現(xiàn)：

活性粉煤灰處理廢水的最佳條件是pH值為7、溫度為20 ℃、攪拌時間是10 min。

2 粉煤灰除油機理

粉煤灰顆粒較細且多孔，表面含有金屬陽離子活性成分，吸附機理較復(fù)雜。

粉煤灰具有吸附作用、接觸絮凝、中和沉淀、過濾截留的特性。其中吸附作用包括物理吸附和化學(xué)吸附兩種特性[8]。

粉煤灰的導(dǎo)熱系數(shù)λ為0.23[W/（m·K）]，比熱容c為0.92[kJ/（kg·K）]，水的比熱容4.2[kJ/（kg·℃）]

含油廢水中的油在水中存在形式有游離態(tài)油、分散態(tài)油、乳化油、溶解油、固體附著油[9]，通過自然靜置無法將乳化油、溶解油、固體附著油分離。由于粉煤灰相對水的比熱容低，所以在加熱時粉煤灰上升的溫度比水快，當(dāng)粉煤灰的溫度達到或超過水的沸點時，附著在粉煤灰上的水迅速沸騰蒸發(fā)，發(fā)生爆沸現(xiàn)象。

高溫活化粉煤灰在處理含油廢水時，由于其表面含有帶正電荷的金屬陽離子活性成分，能夠?qū)ж撾姾傻男》肿佑偷伟饋?，起到破乳效果，如圖1所示，水中油會被吸附包裹在粉煤灰中，而被沉降在處理水底部。

當(dāng)對底部粉煤灰加熱時，發(fā)生爆沸現(xiàn)象，吸附在粉煤灰中的油會被沖出，小液滴油沖出后又相互聚攏形成較大液滴的油，由于油的密度比水低，大液滴油迅速上浮，最終使粉煤灰中的油分分離出至水面。

至此，灰，水，油充分分離，如圖2所示。

酸活化粉煤灰是集物理吸附和化學(xué)混凝為一體的混凝劑，由于混凝液中含有溶解的絮凝成分如AL3+、Fe3+等其他離子，通過絮凝沉淀，處理溶解油效果更好。

3 實驗部分

3.1 原材料及其組成

實驗采用陜西東鑫垣化工有限責(zé)任公司發(fā)電廠飛灰，主要化學(xué)成分，見表1。

實驗用廢水取自陜西東鑫垣化工有限責(zé)任公司延遲焦化車間排放至污水處理廠廢水。廢水水質(zhì)，見表2。

3.2 粉煤灰的高溫活化及酸活化

將350 g粉煤灰放入干鍋中，在馬弗爐中加熱850 ℃，活化時間為3 h，待冷卻后即得高溫活化粉煤，留作待用。

取25 g活化粉煤灰、100 mL 5 mol/L HCl溶液，放入250 mL燒杯中，置于恒溫磁力攪拌器上緩慢攪拌4 h，即得酸浸粉煤灰活化液。

3.3 高溫活化粉煤灰處理廢水實驗方法

用HJ-3型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器在500 mL燒杯中進行實驗。

取500 mL廢水，分別加入5、15、25、35、45 g高溫活化粉煤灰，控制轉(zhuǎn)速500 r/min，攪拌30 min，靜置2 h。

開加熱開關(guān)，設(shè)定溫度為90 ℃，觀察第一次爆沸時開始計時，加熱3 min停止加熱。靜置一定時間，待灰、水、油分離后取中間水樣化驗分析。

3.4 酸浸粉煤灰活化液處理廢水實驗方法

取125 g活化粉煤灰分成五組，每組25 g，放入燒杯中，每組加入100 mL 5 mol/L HCl溶液，置于恒溫磁力攪拌器上緩慢攪拌4 h，隨后將酸浸粉煤灰活化液分別全部倒入到5組25 g高溫活化粉煤灰處理過的廢水中，調(diào)節(jié)pH=8，充分攪拌30 min，靜置，分別在20、40、60、80、100 min取上清液化驗分析，換算濃度。

3.5 吸附后的高溫活化粉煤灰再活化實驗方法

高溫活化粉煤灰處理廢水后，通過爆沸方法使灰、水、油三相分離，分離出上層油，將灰水混合物通過真空泵抽濾，得到濕灰，放入干燥箱干燥，取出干燥粉煤灰放入馬弗爐加熱到800 ℃再活化，加熱時間3 h，重復(fù)處理廢水。

4 結(jié)果與討論

不同投灰量處理含油廢水后水中油濃度的變化，如圖3所示。

從圖3的結(jié)果可見，在500 mL廢水中隨著高溫活化粉煤灰加入量的增加，廢水中油含量逐漸降低，當(dāng)加灰量達到25 g以上時，灰中油含量下降已經(jīng)不明顯，此時廢水中含油為3 871 mg/L，除油率達到87%。

吸附時間對酸浸粉煤灰混凝液處理含油廢水的影響，如圖4所示。

從結(jié)果可見，隨著吸附時間的增加，廢水中油濃度逐漸降低，當(dāng)吸附時間在80 min時，廢水油濃度降低到1 208 mg/L， 此時除油率為66.6%。

80 min后廢水中油濃度變化已不大。

通過25 g高溫活化粉煤灰及25 g酸活化粉煤灰對500 mL 濃度為29 283 mg/L含油廢水的處理，最終濃度為1 208 mg/L，綜合除油率達到了95.6%。

重復(fù)高溫活化粉煤灰對含油廢水除油率的影響，如圖5所示。

從圖5的結(jié)果可以看出，同一份活化粉煤灰重復(fù)利用，經(jīng)過五次800 ℃高溫再活化處理，對五份平行廢水樣中油的去除率逐漸降低，特別是第二次重復(fù)活化利用去除率下降很快，這是因為第一次去除時，油滴表面附著較多粉煤灰活性成分，隨著油、水、灰三相分離。

一部分活性成分被油帶走，因而第二次利用時，粉煤灰的活性度降低，但去除率仍可達到64%。

從第3、4、5次利用開始，水中油去除率下降變緩，去除率在55%左右，這是因為更多的活性成分被油滴帶走，化學(xué)吸附性能下降，物理吸附性能起主導(dǎo)作用。

5 結(jié) 語

800℃高溫活化粉煤灰在煤焦油廢水處理含油方面有著較好的效果和應(yīng)用前景，其除油率達到87%，吸附油品后的粉煤灰在水中沉降下來通過加熱，爆沸較短時間，不用將整個處理廢水加熱，就能夠使油、水、灰三相分離。

酸浸粉煤灰由于含有絮凝成分的金屬離子，能夠?qū)λ腥芙庑杂?，如酚油等起到較好的吸附作用，當(dāng)吸附時間在80 min時，廢水油濃度降低到1 208 mg/L，此時除油率為66.6%。

通過25 g高溫活化粉煤灰及25 g酸活化粉煤灰對500 mL 高濃度含油廢水的處理，最終濃度為1 208 mg/L，綜合除油率達到了95.6%。處理過含油污水的粉煤灰，通過再活化，重復(fù)三次使用，最終除油率仍然可達55%左右。

利用高溫活化粉煤灰及酸活化處理含油廢水可以使污油回?zé)挘岣哔Y源利用率。

用電廠固體廢物粉煤灰處理污水，達到“以廢治廢”的目的，并且生產(chǎn)成本低，處理費用低，解決了吸附后粉煤灰的去留問題。同時，在污油泄漏事故中，給難收集的油撒上活化粉煤灰，吸附完污油后收集起來，可按污水處理方法處理泄漏污油。

參考文獻：

[1] 王福瓦，吳正嚴.粉煤灰利用手冊[M].北京：中國電力出版社，1997.

[2] 黃海彩.粉煤灰基混凝劑的制備及應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)，1995.16（2） 47-49.

[3] 周鳳鳴.粉煤灰處理含氟工業(yè)廢水研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1993，13（2） 199-205.

[4] 于衍真.粉煤灰混凝劑的性能研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1998，18（4） 431-434.

[5] 寇鵬.鎂鋁水滑石的制備及在印染廢水處理中的應(yīng)用[D].呼和浩特：內(nèi) 蒙古工業(yè)大學(xué)，2010：58.

[6] 夏暢斌.酸浸粉煤灰對焦化廠含酚廢水處理的研究[J].工業(yè)水處理， 2000，20（4） 20-24.

[7] 王春峰.活化粉煤灰在造紙廢水處理中的應(yīng)用[J].中國資源綜合利用， 2004，（5）9-11.

[8] 李菊萍.破乳-氧化-吸附法處理高濃度乳化含油廢水的研究[J].江西 化工，2007，（1），39-40

[9] 李菊萍.破乳-氧化-吸附法處理高濃度乳化含油廢水的研究[J].江西 化工，2007，（1），1-2.