粉煤灰吸附处理高浓度有机废水实验研究.pdf

表 2实验仪器与实验试剂实验仪器与试剂型号厂家可见分光光度计SP-721E上海光谱仪器有限公司实验室 pH 计PHS-25CW上海理达仪器数显恒温水浴锅HH-2国华电器有限公司离心机800B上海安亭科学仪器厂电子分析天平常州万泰仪器硫酸分析纯盐酸分析纯氢氧化钠分析纯PH 缓冲剂粉煤灰吸附处理高浓度有机废水实验研究李麦玲（山西林业职业技术学院，山西太原030009）摘要：提出了以粉煤灰为吸附剂，对有机废水进行处理的实验研究方案。粉煤灰吸附有机废水实验方案是在对在粉煤灰和有机废水的理化性质进行充分研究的基础上进行设计的，实验重点研究了粉煤灰投加量、有机废水 pH值、反应温度、粉煤灰粒径等参数对吸附效果的影响，探究了四种参数的最佳数值，为今后采用粉煤灰治理有机废水提供参考。关键词：粉煤灰；有机废水；pH 值；反应温度；粒径中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1004-7050（2023）09-0216-020引言水是人类和其他生物赖以生存的关键自然资源。在人类生活和社会生产发展中，不可避免地会伴随产生一定量的生活污水和工业废水，而这些污水废水，会对生活环境造成严重污染。在社会实践中，治理污水和废水最常见的是化学处理法1。化学处理法就是利用化学反应来分离、回收污水废水中的污染物，或将污染物转变为无害物，使水质得到净化。粉煤灰是一种固体废弃物，是煤粉高温燃烧后的伴生品，主要由两大部分组成：飞灰和底灰2。据有关资料统计，我国每年排放的粉煤灰利用率只有 30%，其余的 70%粉煤灰利用不充分3。为提高资源利用率，本文将以粉煤灰为主开展其对高浓度有机废水的处理实验研究。具体阐述如下。1粉煤灰理化性质研究粉煤灰是煤炭经燃烧并冷却后所排放出的伴生品，粉煤灰是在高温条件下的产品，其成分较多，结构也非常复杂。据分析，粉煤灰是一种混合体，主要成分包括有结晶体、玻璃体以及少量未燃尽的碳粒4。也就是说，粉煤灰的结构可以近似看作复合结构。结晶体的主要成分是莫来石、石英、赤铁矿以及无水石膏等；玻璃体的主要成分是玻璃体球，它的结构形状不规则而且表现为疏松多孔的状态；未被充分燃烧的碳粒主要表现为疏松多孔的结构。从外观来看，粉煤灰以乳白色、灰黑色为主要特征，其与水泥的表观相似。其物理特性见表 1。从化学组成层面分析，粉煤灰化学成分以氧化硅和氧化铝为主，另外还含有氧化铁、氧化钙等氧化物；除此之外，还含有一定未能完全燃烧的碳粒。2实验方法设计本文实验的主要目的是对采用粉煤灰处理有机废水的效果展开深入研究。本实验中所用到的原材料粉煤灰属于湿灰，取自于火电厂的贮灰场，该粉煤灰外观颜色表现为灰色，颗粒细小均匀。实验中所用到的有机废水是实验室的高浓度有机废水，参照有机废水实际情况，将高浓度有机废水进行 10 倍稀释，经稀释后有机废水的 pH 值为 9.5，吸光度为 1.403，颜色为浅黄色。结合粉煤灰处理高浓度有机废水的实验方法，需要提前准备如表 2 所示的实验仪器和试剂。实验进行前，来自电厂的粉煤灰还需要进行预处理。具体处理粉煤灰要用到五种不同目数的分样筛，包括 180、140、120、100、80 目，在干燥的烧杯中储存过筛后得到的粒径大小不等的粉煤灰，并在烧杯外壁贴上相应标签，以备后续使用。在上述实验准备工作完成后，即可展开粉煤灰对有机废水的吸附实验，实验重点是对吸附平衡时间进行测定。然后展开粉煤灰处理有机废水的静态吸附实验，实验重点是对粉煤灰的投加量、温度、pH 值以及粒度所对应的吸附效果的影响程度展开研究。收稿日期：2023-01-11作者简介：李麦玲，女，1968 年出生，毕业于山西师范大学，本科，中级职称，从事化学实验室管理工作。总第 214 期2023 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 214No.9，2023DOI:10.16525/14-1109/tq.2023.09.086表 1粉煤灰基本物理性质物理性质数值备注密度/（g/cm3）22.3粉煤灰密度与颗粒形状及铁质含量有关。氧化铁成分高密度就大，碳成分多密度就小。粉煤灰密度愈大质量愈好容重/（kg/m3）6001 000根据容重大小粉煤灰分为松散和压实两种类型细度/m0.5100GBJ146-90 技术规范 规定以 45 m 筛余百分数作为细度指标，一级粉煤灰不大于12%，二级粉煤灰不大于 20%，三级粉煤灰不大于 45%环境治理2023 年第 9 期3实验结果分析取 20 g 粉煤灰样品放置于锥形瓶内，将预先准备好的稀释 10 倍的 200 mL 有机废水加入其中，在室温下振荡锥形瓶，取样间隔时间为 10 min，取样 7 次，测定并记录下每次粉煤灰吸附量，由此判断粉煤灰吸附有机废水的平衡时间。实验结果如图 1 所示。图 1 实验表明，粉煤灰对有机废水吸附量在实验开始后有一个快速增长的过程，吸附量会随着吸附时间的延长而增加；同时，当吸附时间达到 40 min 时，吸附曲线趋于平行，对应的粉煤灰的吸附量处于相对平衡状态。因此，通过本实验得出粉煤灰吸附有机废水的平衡时间为 40 min。在对有在有机废水处理中，当选择吸附剂为粉煤灰后，影响吸附效果的主要因素有粉煤灰的投加量、粉煤灰的粒度以及有机废水的酸碱度及反应温度等多种因素5。关于上述因素，本小节进行了研究。以粉煤灰投加量对有机废水的吸附作用为例，取先前备好的有机废水 100 mL 分别加入 6 个 250 mL的锥形瓶中，再依次加入粉煤灰 5、10、15、20、25、30 g；上述 6 组实验分别在室温条件下振荡 40 min，振荡后收集上清液，测定不同粉煤灰投加量所对应的吸附率，如图 2 所示。图 2 实验表明，吸光度去除率在实验开始时有一个快速增长的过程，吸光度去除率越高，吸附效果越好。从实验曲线可以看出，粉煤灰对有机废水的吸附效果与粉煤灰投加量正相关；其中，当粉煤灰的投加量从 5 g 增加到 10 g 时，即粉煤灰浓度从 0.05 g/mL增加到 0.1 g/mL时，有机废水吸光度去除率显著增加，有机废水处理效果激增。而当粉煤灰投加量再继续增加，浓度超过 0.1 g/mL 以后，吸附效果并没有明显提升。因此，为兼顾整体的吸附效果和粉煤灰投加成本，应将粉煤灰投加量与有机废水的投加量比例控制在110，由此得出结论，粉煤灰投加量最佳值为 0.1g/mL。向 5 个 250 mL 的锥形瓶中分别加入先前备好的100 mL 的有机废水，并分别加入 10 g 粉煤灰，将上述5 组实验样品 pH 值分别调至 3.0、5.0、7.0、9.0 和11.0；将以上 5 组实验分别在室温条件下振荡 40 min，振荡后收集上清液，测定不同粉煤灰投加量所对应的吸附率，如图 3 所示。图 3 实验表明，当 pH 值小于 7 时，即在酸性环境下，吸附效果会随着 pH 值增大而不断提升；当 pH值大于等于 7 时，即在中性和碱性环境下，pH 值增大对吸附效果没有影响。由此得出结论，中性环境下，粉煤灰对有机废水的吸附效果最好，pH 值应设定为 7。同样，在粉煤灰对有机废水的处理研究中，分别进行了反应温度和粉煤灰粒度对吸附效果产生影响的实验。最终得出结论，反应温度以 25 为最佳，粉煤灰粒径大小以 180 目为最佳。4结语有机废水为工业生产生活中不可避免产生的废水，其处理不当会加剧环境的二次污染；粉煤灰是煤炭高温燃烧后的伴生品，我国作为煤炭大国粉煤灰产量较大，但是仅有 30%得到利用。为此，本文开展了采用粉煤灰对有机废水进行吸附的实验研究，为后续粉煤灰对有机废水的治理奠定理论基础。经实验研究，粉煤灰处理有机废水最佳参数为：粉煤灰的投加量为0.1 g/mL，pH 值为 7，反应温度为 25，粉煤灰粒径为 180 目。参考文献1张泽，孙宏，宋力敏，等.活性粉煤灰吸附焦化废水中 BaP 的研究J.工业安全与环保，2010，36（9）：19-20.2赵芝清，田宝虎，佘孝云.CTMAB 复合有机膨润土改性粉煤灰吸附高盐苯胺废水的特性研究J.水处理技术，2014，40（6）：29-32.3曹书勤，刘德汞，张平，等.芬顿-粉煤灰协同处理有机实验废水的实验研究J.非金属矿，2011（4）：63-65.4唐海，刘桂中，颜酉斌.改性粉煤灰对糖蜜废水的吸附效果及机理J.环境工程学报，2012，6（4）：1245-1250.5牟淑杰.粉煤灰负载阳离子吸附处理印染废水的试验研究J.矿产综合利用，2010（3）：26-29.图 1吸附量随吸附时间的变化15253545556575510.09.59.08.5吸附时间/min图 2投加量与吸附效果之间的关系100.099.599.098.598.097.597.00.050.100.150.200.250.300.350粉煤灰投回量/（g/mL）图 3pH 值与吸光度去除率之间的关系84828078767424681012pH 值（英文摘要下转第 220 页）李麦玲：粉煤灰吸附处理高浓度有机废水实验研究217窑窑山西化工第 43 卷污染源的城镇的河流或是水域。人工生物体浮岛的治污作用是利用生物的自然生态习性，在损伤水体中吸收、吸附消化和溶解水中的有机污染物，因而，不需要专业化的机械设备制造及其化学药剂资金投入，能够大批量地节省成本支出，极大减少动力、能源和维护保养管理费用，具备低投资、效果好、节约资源、运作质量稳定、维护保养简单等优势。4结语我国城市化建设的不断发展，致使人们对于水资源的需求量以及污水排放量都在逐年提升。本次研究首先对近年来全国污水排放量和污水处理厂的数量进行了分析，发现近年来全国污水排放量和污水处理厂的数量都在逐年提升，但城市污水的处理压力却不降反增。为了提升水资源保护的教育与宣传，本次研究从物理处理和化学处理两种方式介绍了污水处理的方案，然后从吸附法、电化学催化技术、人工湿地治理技术和生物浮岛治理技术四个方面分析了污水处理的路径。在未来，为了加强对水资源的保护以及对水污染治理的教育，应建立健全水资源污染治理法律法规体系、多方面正确引导社会力量参加水资源污染整治、构建统筹考虑水资源污染整治体制、堵塞工业废水根源、增加落后地区水资源污染整治力度、提升新技术应用、新生产工艺、新型材料的使用等水资源污染治理的方案，并给出贯彻落实协调发展核心理念、加强监管力度、宣传清洁生产等水环境保护途径。参考文献1方冉.论城市水资源污染治理与环境保护J.环境科学，2019（1）：123-123.2孙宁.城市水资源污染治理与环境保护刍议J.水利技术监督，2016（1）：45-46.3刘汉湖，李桂杰，裴宗平，等.中小城镇生活污水处理新技术BI-OLAK 技术及实例J.江苏环境科技，2004（4）：19-21.4丁怡，王玮，宋新山，等.高效藻类塘在水质净化中的研究进展J.工业水处理，2017，37（9）：15-20.5黄勇，王成端，廖义，等.四川望佳人工湿地系统生活污水净化效果J.环境工程学报，2015，9（2）：773-780.6万旭东.一体式 A/O 膜生物反应器处理城市生活污水的试验研究D.郑州：郑州大学，2014.Sewage Treatment Plan and Path AnalysisGao Wu（Taiyuan Health Comprehensive Administrative Law Enforcement Team,Taiyuan Shanxi 030001,China）Abstract:In order to enhance education and publicity on water resource protection,this study analyzed the national sewage discharge andthe number of sewage treatment plants in recent years,and summarized the development trends of sewage discharge and sewage treatmentcapacity.The sewage treatment schemes were introduced from two aspects:physical treatment and chemical treatment.The pathways forsewage treatment were analyzed from four aspects:adsorption method,electrochemical catalysis technology,artificial wetland treatmenttechnology,and biological floating island treatment technology.Propose implementation plans for water resource pollution control,includingestablishing a sound legal and regulatory system for water resource pollution control,guiding social welfare organizations to carry out waterresource pollution control in multiple aspects,establishing a comprehensive water resource pollution control system,blocking the source ofindustrial wastewater,increasing investment in water resource pollution control capabilities in underdeveloped areas,enhancing theapplication of new technologies,new production processes,and new materials,and provide relative paths for water environment protection,such as implementing the core concept of sustainable development,strengthening regulatory efforts,and promoting green manufacturingthrough marketing.Key words:water resource protection;water resource pollution control;sewage disposalExperimental Study on the Adsorption Treatment of High Concentration Organic WastewaterWith Fly AshLi Mailing（Shanxi Forestry Vocational Technical College,Taiyuan Shanxi 030009,China）Abstract:An experimental research plan was proposed to treat organic wastewater using fly ash as an adsorbent.The experimental plan forthe adsorption of organic wastewater by fly ash was designed based on a thorough study of the physical and chemical properties of fly ashand organic wastewater.The experimental focus was on the influence of parameters such as fly ash dosage,organic wastewater pH value,reaction temperature,and fly ash particle size on the adsorption effect.The optimal values of the four parameters were explored,providingreference for the future use of fly ash for the treatment of organic wastewater.Key words:fly ash;organic wastewater;PH value;reaction temperature;particle size（上接第 217 页）220窑窑