改性粉煤灰处理校园池塘富营养化水体的研究.pdf

第4 2卷第 1 O期 2 0 1 3 年 1 0月 应用化工 Ap p l i e d C h e mi c a l I n d u s t r y Vo 1 42 No 1 O 0c t 2 0 1 3 改性粉煤灰处理 校 园池塘 富营养化水体 的研究 白妮， 王爱民， 王金玺， 郭岩， 刘艳宁， 刘文清 ( 榆林学院 化学与化工学院， 陕西 榆林7 1 9 0 0 0 ) 摘要： 采用化学改性的粉煤灰为吸附材料， 以校园池塘富营养化水体为吸附对象， 研究了改性方法、 灰水比、 粒 径、 搅拌时间及 p H值对 C O D 去除率的影响。结果表明 ， 酸改性粉煤灰 C O D 去除效果优于碱改性粉煤灰； 弱酸性 的水样环境可提高酸改性粉煤灰的吸附效果； 当以灰水比 1 ： 1 0加人过 1 8 0目筛的酸改性粉煤灰， 快速搅拌 2 m i n ( 1 6 0 r m i n ) ， 慢速搅拌 1 0 m i n ( 1 0 0 r m i n ) ， 静置 3 0 m i n ， C O D c 去除率可达9 1 。 关键词： 粉煤灰 ； 化学改性； 富营养化水体 ； C O D c 去除率 中图分类号： T Q 0 2 8 3； X 7 0 5 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 3 2 0 6 ( 2 0 1 3 ) 1 01 8 2 9 0 3 S t u d y o n t h e a d s o r p t i o n p r o c e s s o f s c h o o l y a r d e u t r o p h i a wa s t e wa t e r b y mo d i fie d c o a l fly a s h B A I Ni ， W A NG Ai mi n， WA NG fin x i ， G UO Y a h ， L I U Y a h n i n g， L I U We n q i n g ( D e p a r t m e n t o f C h e mi s t r y a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g ， Y u l i n U n i v e r s i t y ， Y u l i n 7 1 9 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： e a d s o r p t i o n p r o c e s s o f s c h o o l y a r d e u t r o p h i a w a s t e w a t e r b y c h o o s i n g c h e mi c a l mo d i fi e d c o a l fl y a s h a s s o r b i n g ma t e r i a l s i s s t u d i e d An d t h e f o l l o w i n g i n fl u e n c i n g f a c t o r s a r e c o n s i d e r e d： mo d i fi e d me t h o d s ， s o l i d - l i q u i d r a t i o， p a r t i c l e s i z e ，mi x i n g t i me a n d p H T h e r e s u l t s s h o w t h a t the r e mo v a l e ff e c t o f CODc b y a c i d mo d i fi e d fl y a s h i s p r e f e r t o t h a t o f a l k a l i mo d i fi e d fl y a s h A n d the w e a k l y a c i d i c e i r c u m s t a n c e i s e s p e c i a l l y s u i t a b l e f o r r e mo v a l e f f e c t o f CO Dc b y a c i d mo d i fi e d fl y a s h Wh i l e t h e s o l i d l i q u i d r a t i o i 8 1 ： 1 0。 a n d t h e p a r t i c l e s i z e o f a c i d mo d i fi e d fl y a s h i S 1 8 0 me s h， a n d the mi x i n g t i me i S d i f f e r e n t ： f a s t m i x i n g t i me i s 2 m i n ( 1 6 0 r m i n )fi r s t ， t h e n s l o w mi x i n g t i m e i s 1 0 m i n ( 1 0 0 r mi n ) ， i n t h e e n d ， t h e J s t e wi ng t i me i s 3 0 mi n， t he r e mo v a l e f f e c t o f CODc c a n r e a c h 91 Ke y wo r d s ： c o a l fl y a s h；c h e mi c a l mo d i fi c a t i o n；e u t r o p h i c w a t e r ；CO Dc r e mo v a l r a t e 粉煤灰是燃煤电厂排放的主要固体废弃物。我 国是以燃煤发电为主的大国 ， “ 十一五” 末粉煤灰年 产生量已达4 8 亿 t ， 主要用于建筑制砖 、 水泥原料、 路基材料、 土壤的稳固及改良等 。 ， 属于低级、 低附 加值利用， 且利用率不到3 0 4 J 。绝大多数灰渣堆 积于灰场， 占用了大量的土地， 产生扬尘， 污染大气， 若排入水系会造成河流淤塞 ， 而其 中的有毒化学物 质还会对人体和生物造成危害。 粉煤灰 以其独特 的物化性质 和低廉的价格 ， 在 水处理领域展现 出广阔的应用 前景 ， 可应用于废水 处理 J 。但直接将粉煤灰用于废水处理 ， 效果并不 是很理想， 因此对粉煤灰进行合理改性， 使其适合不 同的废水处理尤为重要。 本文对粉煤灰进行化学改性， 用于校园富营养 化水体的处理， 探讨了改性方法、 灰水比、 粒径及搅 拌时间等对 C O D 去除效果的影响。 l 实验部分 1 1 材料与仪器 粉煤灰， 取 自陕西国华电厂， 其化学组成见表 I ， 物相分析， 结果见图 1 ； 校园池塘水， 取 自本校， C O D值为5 5 2 m #L ， p H为6 9 。 20， ( 。) 图 1 粉煤灰的 X R D图谱 F i g 1 XRD p a R e m o f c o al fl y a s h 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 6 - 1 6 修改稿日期 ： 2 0 1 3 -07 -03 基金项 目： 陕西省大学生创新创业训练计划项目( 2 0 1 2 1 1 3 9 5 0 0 6 ) ； 榆林市科技局科技研究发展项 目( G y l 2 1 3 ) ； 榆林学院 专项科研项目( 重点项 目) ( 1 2 Y K 2 2 ) 作者简介： 白妮 ( 1 9 8 1一) ， 女 ， 陕西 佳县人， 榆林学 院讲师， 硕士， 主要从 事矿物废渣资 源化利用 的研究。电话： 1 3 5 7 2 6 3 4 5 1 6 E ma i l ： b a i n i s u n s h i n e s i n a e o m 应用化工 第4 2卷 表 1 粉煤灰的化学组成 T a b l e 1 Ch e mi c a l c o mp o n e n t o f c o a l f l y a s h 成分 含量 Na 2 O M g O A1 2 O3 S i O2 S O3 K2 O Ca O F e 2 O3 Ni O 2 1 2 4 0 9 2 9 1 4 4 7 4 0 3 6 1 0 4 2 5 o 7 1 O O 6 4 1 2 8 0 O o 6 D F I I 数显集热式磁力搅拌器 ； 1 0 1 X B 一 1 型 电热 鼓风干燥箱 ； F A 2 2 0 4 B电子天平 ； 自制反应 釜( 带聚 四氟乙烯 内衬 ) ； P H S - 3 C型 p H计 ； J J 4A六联 自动 升降电动搅拌器。 1 2 粉煤灰改性 1 2 1 粉煤灰 预处理将粉煤灰过 1 8 0目筛 ， 磁 选。用 4 m o l L的盐酸酸洗 3 0 m i n ， 除去碱金属氧 化物。过滤、 洗涤 、 干燥备用 J 。 1 2 2 酸改性取 6 0 g预处理 的粉煤灰 ， 1 8 0 mL 浓度为4 m o l L的盐酸 ， 3 g N a C 1 ( 助溶剂) 于5 0 0 mL 的单 口烧瓶中， 接蛇形冷凝 管， 将 烧瓶 置于 9 0 c I = 的 恒温水浴中， 以一定的转速搅拌 回流 2 h 。过滤、 洗 涤 、 干燥 、 研磨 ， 得到盐酸改性粉煤灰。 1 2 3 碱改性在预处理 的粉煤灰 中添加 1 0 的 生石灰， 研磨混合均匀后， 置于坩埚 内， 加热至 8 7 3 K ， 恒温 1 h 。冷却至室温， 研磨， 按照灰水比 1 ： 1 5 1 人蒸馏水 ， 搅拌后 ， 置于反应釜 中， 在 3 7 3 K 下改性 2 h ， 5 0 o C干燥 、 研磨 ， 可得 到碱改性 的粉煤 灰 。 1 3 改性粉煤灰处理校园池塘水 将 2 5 0 mL水样置于 5 0 0 m L锥形瓶 中， 加人改 性粉煤灰 ， 快速搅拌 ， 再慢速搅 拌， 静置 3 0 mi n 。取 上清液 ， 用 K C r O 法测定 C O D c 值 ， 并计算 C O Dc r 去除率。 c 0 D c r 去除率 = 1 0 0 式中C O D 未经处理的水样 C O D c r 值， m g L ； C O D 经改性粉煤灰处理后的水样 C O D 0 值 ， m g L 。 2 结果与讨论 2 1 粉煤灰改性方法及灰水比的确定 取 2 5 0 m L的锥形瓶 8个 ， 各加入 1 0 0 mL的校 园池塘水， 分成 4组， 每组按灰水比 1 ： 3 0 ， l ： 2 0 ， 1 ： l 5 ， 1 ： 1 0 mL分别加入 1 8 0目以上酸改性 、 碱改 性粉煤灰 ， 快速搅拌 ， 慢速搅拌后静置 3 0 m i n ， 取上 灰 水 比， ( g mL ) 图2 改性方法和灰水比对 C O D 去除率的影响 F i g 2 T h e e ff e c t o f mo d i fie d me t h o d s a n d s o l i d l i q u i d r a t i o o n t h e r e mo v al r a t e o f CODc ， 由图2可知 ， 随着灰水 比的增加 ， 水样与改性粉 煤灰的接触面积增大 ， C O D 去除率增大 ， 当灰水 比 1 ： 1 0后 ， C O D 去除率增加趋于平缓。在同一灰 水 比下， 碱改性粉煤灰的混凝效果不如酸改性的 ， 酸 改性后的粉煤灰由于表面变得粗糙 ， 产生空洞 ， 增加 了颗粒的比表面积 J ， 而且经酸改性处理后 的粉煤 灰释放出大量的 A l 、 F e 和 H S i O ， 等成分 ， A l 、 F e 在适宜的 p H 值条件下 ， 形成絮状沉淀 能降低 废水的化学需氧量H ， 因而酸改性粉煤灰对 C O D 去除效果明显高于碱 改性 。从经济上考虑， 选用酸 改性粉煤灰 ， 以灰水 比 1 ： 1 0 ( g mL ) 处理校 园池塘 水。 2 2 酸改性粉煤灰 的粒径对 C oD去除率的影响 按照灰水 比 1 ： 1 0( g m L) 分别加人 1 0 0 ， 1 2 0 ， 1 4 0 ， 1 6 0 ， 1 8 0， 2 0 0 ， 2 4 0目以上 的酸改性粉煤灰 ， 经 搅拌 、 静置后 ， 取上清液测定 C O D， 结果见图 3 。 舍 U 粒径， 目 图3 不同粒径的粉煤灰对 C O D 去除率的影响 F i g 3 T h e e ff e c t o f d i ff e r e n t p a r t i c l e s i z e c o a l f l y a s h o n t h e r e mo va l r a t e o f CODc 根据 吸附机 理 ， 吸附剂粒径越小 ， 比表 面积 越 大， 吸附效果越好 。由图 3可知 ， 当粉煤灰的粒径在 1 8 0目以下时， 颗粒越细， C O D 去除率效果越好， 1 8 0目以上改性粉煤灰对 C O D 去除率 比 1 0 0目以 第 1 0期 白妮等 ： 改性粉煤灰处理校园池塘富营养化水体的研究 上高 3 0 左右 ， 但并不是 颗 粒越 细小处 理效果 越 好 ， 颗粒过细 ， 由于粒间存在着 V a n d e r Wa a l l s 力 、 静 电力和液桥力 ， 因此在空气 中具有强烈的聚团倾向， “ 长大” 生成粒径较大的二次颗粒( 团聚体 ) ， 导致吸 附性能变弱 ， 对 C O D 去除率有所降低。因此 ， 选择 1 8 0目改性粉煤灰进行废水处理。 2 3 搅拌时间对 C OD 去除率的影响 向 1 0 0 m L水样 中投加 1 0 g过 1 8 0目筛的酸改 性 粉 煤 灰 ，快 速 (1 6 0 r mi n)搅 拌 ，再 慢 速 ( 1 0 0 r mi n ) 搅拌 ， 静 置 3 0 m i n后取 上 清液 分 析。 搅拌时间对 C O D 去除率的影响见表 2 。 表 2 搅拌 时间对 C ODe r 去除率 的影 响 Ta bl e 2 The e ffe c t o f m i x i ng t i m e o n t h e r e mo v a l r a t e o f CODc 由表 2可知 ， 随着搅拌 时间延长 ， C O D 去除率 变化不十分明显。因此 ， 最佳搅拌时 间为快速搅拌 2 mi n ， 慢速搅拌 1 0 rai n 。 2 4 水样的 p H值对 C OD 去除率的影响 调整水样的 p H值灰水 比 1 ： 1 0， 搅拌条件为快 搅 2 m i n ， 慢搅 1 0 m i n ， 静置 3 0 m i n ， p H值对 C O D c r 去除率的影响见图4 。 得 篮 0 0 U pH 图4 p H值对 C O D 去除率的影响 F i g 4 T h e e ff e c t o f p H o n t h e r e mo v a l r a t e o f CODc 由图 4可知， 在弱酸性条件下 ， 铝及铁部分溶出 变为无机混凝 剂， A l以低 电荷 的单 体铝形态存在 ， 电中和粘结架桥能力增强 ， 对 C O D的去除效果也就 好， 在碱性条件下， 铝逐渐水解转化成了电荷较低的 A 1 ( O H ) ， ( a m) 溶胶一 沉淀形态， 电中和能力下降， 因 而 C O D去除效果较 差。由于原水样 的 p H为6 9 ， 从经济上考虑， 可以不调水样的 p H值直接进行处 理 。 3结论 ( 1 ) 盐酸改性粉煤灰处理校 园池塘富营养化水 的效果要 比生石灰改性粉煤灰 的要好 ， C O D去除率 略高 。 ( 2 ) 选 用 1 8 0 目的 酸改 性粉 煤 灰， 灰水 比为 1 ： 1 0， 快速搅拌 2 mi n ( 1 6 0 r m i n ) ， 慢速搅拌 1 0 rai n ( 1 0 0 r m i n ) ， 静置 3 0 rai n ， C O D c 去除率较高， 达 到 91 。 ( 3 ) 改性粉煤灰对弱酸性水样的 C O D 去除率 较高 ， 而对于碱性水样 ， 去除率较低。 参考文献 ： 1 卢高升 粉煤灰资源农用的现状与展望 J 国外农业 环境保护， 1 9 8 9 ( 3 ) ： 1 - 3 2 李亚峰， 赵玉华， 刘军， 等 粉煤灰处理废水研究与应 用的现状及发展 J 沈 阳建筑工程学院学报， 1 9 9 9 ( 4 ) ： 2 7 - 3 0 3 杨玉峰， 王景军 粉煤灰综合利用典型案例分析 J 环境保护， 1 9 9 7 ( 1 1 ) ： 2 3 - 2 5 4 杨爱伦 ， 江雍年， 赵星敏， 等 煤炭的真实成本2 0 1 O 中国粉煤灰调查报告 R 北京： 绿色和平中国气候与 能源项 目团队 ， 2 0 1 2 5 s h a 邢a Y C， U re a ， S i n g h S N， e t a1 F l y a s h f o r t h e r e m o v a l o f Mn () f r o m a q u e o u s s o l u t i o n s a n d w a s t e w a t e r s J C h e mi c a l E n g i n e e r i n g J o u rnal， 2 0 0 7， 1 3 2： 3 1 9 3 2 3 6 韩立娟， 王慧龙 ， 姜文凤 粉煤灰对水溶液中2 仲丁基一 4， 6二硝基苯酚的吸附性能 J 石油化工， 2 0 0 6 ， 3 5 ( 1 1 ) ： 1 0 9 6 - 1 0 9 9 7 Ma l l I D， S r i v a s t a v a V C， A g a r w a l N K R e m o v a l o f o r - a n g e G a n d me t h y l v i o l e t d y e s b y a d s o r p t i o n o n t o b a g a s s e fl y a s h k i n e t i c s t u d y a n d e q u i l i b ri u m i s o t h e r m an a l y s e s J D y e s a n d P i g me n t s ， 2 0 0 6 ， 6 9 ： 2 1 0 - 2 2 3 8 黄琴， 吉伟英 ， 陈端伟 改性粉煤灰在废水处理中的应 用进展 J 上海应用技术学院学报 ， 2 0 0 8 ， 8 ( 1 ) ： 7 1 7 4 9 于衍真， 李国忠 粉煤灰混凝剂的性能研究 J 环境 科学学报， 1 9 9 8 ， 1 8 ( 4 ) ： 4 3 1 - 4 3 4 1 0 刘咏菊， 肖先举 改性粉煤灰在废水处理 中的应用 J 中国资源综合利用 ， 2 0 1 1 ， 2 9 ( 1 0 ) ： 6 1 - 6 3