粉煤灰在废水处理中的影响因素及应用综述李鹏

第18卷增刊2009年7月中国矿业CHINAMININGMAGAZINEVol.18,zkJuly2009粉煤灰在废水处理中的影响因素及应用综述李鹏,肖启飞,李彩霞(辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁享新123000)摘要:粉煤灰处理废水是近几年粉煤灰作为二次资源综合利用研究的热点之一,也是矿物加工工程技术人员对粉煤灰资源综合利用“三有论”的体现。本文参考国内有关资料就粉煤灰处理废水的机理、影响因素与应用现状进行综述。并且分析了当前粉煤灰用于处理废水中存在的主要问题和今后的研究方向。关键词:粉煤灰;废水处理;机理;应用中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1004一4051(2009)zk一0374一02粉煤灰是一种散粒状物质,是燃煤或研石电厂的排弃物。我国是以煤发电的大国,目前粉煤灰年排放量约100Mt以上,占世界排放量的30%。由于只有少量的粉煤灰得到利用,大量的粉煤灰被当作固体废弃物存放,导致了空气和地下水的不同程度污染,破坏了生态环境。我国粉煤灰的储量大,每年要投人大量资金用来建设储灰场,而且占用了大量的可耕土地。因此如何把粉煤灰变废为宝以及开发新的应用领域和途径已成为我国科研工作者的重要课题。我国粉煤灰的利用率约为40%,主要用于生产混凝土、制砖等方面川。粉煤灰在废水处理领域的应用研究是以废治废,从环保角度来看,也是一种发展趋势,因而有广阔的应用前景。1粉煤灰的性质粉煤灰是在高温下的高硅铝质的玻璃态物质,快速冷却后形成细小的球状颗粒,具有较大的比表面积,粉煤灰中大量活性点可与吸附质发生化学吸附和物理吸附,所以粉煤灰有很强的吸附能力。粉煤灰中的化学成分主要继承于煤,其各种性质与原煤品质、粉碎细度有关。它是一种高分散的微细颗粒的集合体,主要由多孔炭粒、球形粒子、不规则颗粒组成;粉煤灰的化学成分主要由二氧化硅,三氧化二铝,三氧化二铁,氧化钙,氧化镁和氧化钠等组成。2粉煤灰处理废水的机理及影响因素粉煤灰是电厂排出的一种废弃物,具有一定的吸附性能,可以作做废水处理的吸附材料。粉煤灰治理废水对于环境保护具有非常重要的现实意义。收稿日期:2009一06一27作者简介:李鹏(1986一),男,辽宁抚顺人,辽宁工程技术大学资源与环境工程学院矿物加工工程专业。2.1粉煤灰吸附处理废水机理粉煤灰表面积大、多孔、具有一定的活性基团,其吸附作用主要包括物理吸附和化学吸附两种。粉煤灰与吸附质间通过分子间引力产生吸附,这一作用受粉煤灰的多孔性及表面积决定。物理吸附特征主要是吸附时粉煤灰颗粒表面活性降低、放热,故在低温下可自发进行;其次是其无选择性,因而对各种污染物都有一定吸附去除能力。粉煤灰存在着大量的Al、iS等活性物,能与吸附质通过化学链发生结合。化学吸附特点是其选择性强,通常为不可逆反应。在通常情况下,两种吸附作用同时存在,但在不同条件下(pH、温度等)所体现出的优势不同,导致粉煤灰吸附性能变化。利用粉煤灰处理废水时,主要是利用其吸附废水中的有机物、铜、汞等重金属离子,阴离子细菌微生物、悬浮胶体、杂质以及脱色除臭等。使用前要对其进行改性,其原因是尽管粉煤灰中所含的漂珠和磁珠具有一定的吸附凝聚作用,但直接用其处理废水的效率不高,必须通过硫铁矿渣、酸、碱、含铝离子和三价铁离子的溶液等对粉煤灰进行改性才能用于废水处理以提高污水处理效率z[]。2.2影响粉煤灰吸附性能的因素(l)温度温度越低,粉煤灰对废水中有害物质去除率越高,升高温度不利于吸附。比如用粉煤灰处理含铬染料废水时,温度从30℃升至50℃,去除率从91%下降至69%。(2)颗粒粒度粉煤灰颗粒的粗细,直接影响其吸附性能强增刊李鹏等:粉煤灰在废水处理中的影响因素及应用综述弱。比如,当粉煤灰颗粒从125拌m下降到53拜m时,对含铬染料的去除率由64%增加至91%。(3)溶液pH值仍以处理含铬废水为例,废水pH值从2.0提高到10.0,铬去除率从97%下降至27%,下降趋势显著。这一现象可解释为粉煤灰中氧化物与水形成络合物,且离解后在固相表面形成酸根。溶液pH升高呈碱性时,粉煤灰表面带负电,排斥溶液中的染料阴离子。因此高pH值时粉煤灰的吸附量大大降低。(4)吸附质的性质废水中的污染物作为吸附质,其溶解度大小、分子极性、分子量大小对吸附都有一定影响。同活性炭相似,粉煤灰对分子量大的污染物吸附效果较好,这是因为分子量大分子间引力强,物理吸附更易进行。所以粉煤灰对造纸、印染、电镀、油类等以大分子污染物为主的废水表现出较好的吸附性能〔,〕。3粉煤灰在废水处理中的应用3.1粉煤灰用于处理造纸废水利用粉煤灰处理碱法造纸中段水、非制浆造纸污水等,实验和工程应用都取得了良好效果。试验表明颗粒较小的细灰对废水中杂质的吸附能力较强。投灰量达20kg/m3时,悬浮物去除率90%,COD去除率70%,色度去除率98%川。3.2粉煤灰用于处理纺织印染废水毛纺印染有色废水中主要含染料、浆料、助剂及各种化工原料等,以染料的污染性最强。毛纺印染废水脱色处理方法很多,但均存在一定的缺陷。采用粉煤灰和铁屑粒料组合法进行脱色,具有以废治废、投资少、运转费用低、管理方便等优点,且脱色彻底,效果较好s[]。3.3粉煤灰用于处理含重金属废水当今水污染问题已遍及世界各地,尤其是电镀、农药以及铬、锌、铅工业废水中含有铬、铅、铜、锡等重金属离子,严重污染环境,危害人体健康。近年来有人利用无机非金属材料,如海泡石、膨润土、凹凸棒土、硅藻土等处理重金属废水,并已取得可喜成绩。粉煤灰是具有一定活性的球状细小颗粒,对于水中的杂质具有较好的吸附性能。利用粉煤灰对工业废水进行处理,可谓以废治废,且费用低廉,处理效果好。其中酸活化粉煤灰对于去除重金属离子有着更好的去除效果,酸活化粉煤灰处理废水中铬、铅、铜、锡的适宜工艺条件,也可将它应用到电镀废水的处理中[’]。3.4粉煤灰在处理含油废水中的应用以粉煤灰为主要原料的除油剂对油具有很强的吸附能力;这是由粉煤灰的特性决定的,粉煤灰粒径小,多孔,比表面积大。该除油剂除油反应速度快,去除率高。粉煤灰除油剂对废水适应范围较广。最佳pH值范围为4一n;最佳温度为5一50℃;最佳投加量为4.19/L。粉煤灰除油剂除具有较高除油能力外,还能去除水中一些重金属离子、悬浮物,降低COD等。用它处理含油废水,不需预处理;运行成本低,可使工程投资大大降低,具有推广应用价值。同时也可以达到以废治废的目的[5:。4粉煤灰在废水处理中存在问题和改进方向目前国内外对粉煤灰处理废水的研究已进人应用研究阶段,有些技术已应用于实践,但还存在一些需要解决的问题,主要有以下几点。(1)理论研究基础薄弱,对粉煤灰吸附机理及动力学的研究还不够透彻,多数研究还停留在实验室阶段。(2)处理工艺的工业化技术问题,主要是灰水分离技术,目前除过滤法易实现灰水分离外,其他一些方法进行灰水分离都有一定困难,在某种程度上阻碍了该项技术的推广应用。(3)灰水分离后的再利用或处置问题,吸附饱和灰若处置不当,会引起二次污染,因此必须重视其最终处理问题,可考虑资源再次利用。(4)粉煤灰吸附容量问题,粉煤灰的吸附容量是有限的,这也限制了它在污水处理中的应用,如能大大提高其吸附容量,则可扩大其应用,但到目前为止这一问题还未得到解决。(5)复合高效混凝剂的研制与开发,因粉煤灰本身的吸附容量有限,科研工作者们将眼光投向复合高效粉煤灰混凝剂的研制,将粉煤灰经化学处理、复合等简单工艺步骤,即可制成高效粉煤灰混凝剂。但目前的研究面还较窄,一般都是用酸处理或和硫铁矿烧渣复合,有待加强这方面研制开发的力度,进一步扩大粉煤灰高附加值利用的范围〔`〕。以上几方面即是今后需研究的主要方向,随着对粉煤灰研究的深人,利用粉煤灰在废水处理中的应用将再上一个新的台阶,可以预见粉煤灰在废水处理领域的应用必将有着广阔的应用前景。5结论通过以上的介绍及分析,可以更进一步的了解粉煤灰在废水处理中的机理及其应用。粉煤灰具有(下转第378页)中国矿业第18卷工程施工图纸,并对初步设计有所修改或补充部分适当编制施工图设计说明及初充设备订货表。施工图设计应达到如下基本要求:①满足所有设备、材料的定货要求;②满足非标准设备和金属结构件的制作要求;③满足井建、开拓、采矿、选矿厂、尾矿库工程建设的土建、电气、给排水等等各个方面施工的图纸资料要求,做为施工单位招标、施工预算及施工组织计划编制的依据,施工单位严格按施工图进行施工作业;④作为竣工投产与工程验收的依据。4矿山企业范例(1)内蒙古一家有色金属矿山,投资上亿元建成矿山采选工程,没有请专业矿山设计单位进行设计,也没有进行矿山必要的科研试验,聘请几个专业人员自主筹建,且不说建设标准高低、工程投资是省还是浪费,单在企业建成投产的第一次采掘大爆破时,由于没有进行矿石硬度、可碎性、爆破性能试验的系列参数,一个爆破将整个开拓、采掘系统全部摧毁,导致整个矿体无法开采,可谓损失惨重。(2)东北一家矿山建成一座日处理SO0t的多金属浮选厂,是自行设计筹建起来的,土建、电器、给排水建设标准低得让人不堪人目,选厂投产后设备无法起吊检修,车间内排水没有系统设计,废水满地乱流,电气线路杂乱无章,故障频发,更重要的是由于工艺设计不顺,浮选机选型与安装连接不畅通,导致生产指标低下,时开时停,经过几番改造后,才勉强得以“亚健康”性生产。(3)河北一家铁矿山建设时因没有实施正规的设计,投产不久主厂房地基下沉,设备基础与厂房构造柱均产出严重裂缝,无法维持生产,无奈之下只得拆除重建。以上三家的教训深刻,我们得引以为戒,反观几个正规设计的企业,如宝钢梅山铁矿、山东焦家金矿、江铜德兴铜矿等等,虽花费了一些资金和时间,但效益是有目共睹的,大家可以分析掂量一下。我觉得科学、正规的设计是不能省略的,是一定要去做的。由此看来,我们应该能清楚认识到矿山科研、技术的重要性,矿山工程设计的确是一门科学、严谨的课题。但如何能使工程设计先进、实用、节约却需要我们认真去研究探索,我认为决定这一切主要在于两点,第一是设计单位的设计思维,也可以认为是设计院的经营服务理念与责任心;第二点即是工程设计人员的综合素质。具体地说设计单位的必须有良好的管理服务理念—一切以矿山综合效益为中心,心底里有矿业主人翁责任感;人员组成最好是由既精通工程设计又懂现场操作、懂设备性能、懂施工管理的技术人员,形成互补协调的设计团队,只有这样才能在设计图纸及文件中体现出上述的各项优点,研究、酝酿设计出最节约、最实用、最安全,且生产成本最低的矿山工程。...参考文献〔1〕选矿设计手册编委会.选矿设计手册「M习.北京:冶金工业出版社.(上接第375页)较强的吸附性能,对废水色度以及重金属离子均有一定的去除作用,也可以用作脱硫剂脱除气体中的二氧化硫。粉煤灰因质轻、活性好而用做保温吸音与隔音材料。粉煤灰在环境工程领域的应用,不仅为粉煤灰的资源化探求了新的途径,而且为以废治废、废物综合利用、实施生态工艺和清洁生产提供了技术依据困。利用粉煤灰处理废水不但能够解决粉煤灰环境污染的问题,而且具有显著的经济效益。这不仅可以为粉煤灰的利用提供一种新的方向,还可为废水的处理提供廉价的原料。由于粉煤灰在众多的废水处理领域中的用途十分广泛,作为矿物加工工程技术人员对粉煤灰的深人研究必将进一步提高其应用价值,使粉煤灰成为对社会有用的二次资源,从而真正地达到了矿物资源的综合利用。...参考文献〔1〕周晓谦,殷伯良.粉煤灰在废水处理领域的应用研究[J」.环保与安全露天采矿技术,2003,(5).邝〕何水清.粉煤灰处理废水的机理与应用〔jJ.应用技术COALASHCHINA,2002,(4).〔3〕吴向阳,仰榴青.粉煤灰在污水处理中的应用「J].江苏理工大学学报(自然科学版),2000,21(4).〔4〕陈泉水.粉煤灰处理含重金属废水试验研究[J〕.IM衣P化工矿物与加工,2001,(6).〔5〕邓德明,黄种买,胡将军.粉煤灰处理含油废水的实验研究[J〕.电力环境保护,2000,16(3).〔6〕刘学伦,王孚愁,王霞.粉煤灰在环境工程中的应用[J」.山东环境,2000,9