粉煤灰在含砷废水处理中的应用和研究邓慧

文章编号：1007-046X(2011)06-0012-03粉煤灰粉煤灰在含砷废水处理中的应用和研究AdvanceinApplicationofCoalAshinArsenic-ContainingWasteWater邓慧(辽宁石油化工大学环境与生物工程学院，辽宁抚顺113001)摘要：综述了粉煤灰在含砷废水处理方面的应用。介绍了国内外在该领域的研究成果。并探讨了影响粉煤灰处理含砷废水去除率的因素。关键词：粉煤灰；砷；吸附剂中图分类号：X705X703文献标识码：A1粉煤灰在含砷废水处理中的应用目前，粉煤灰在建筑材料，烟气脱硫、土壤修复和废水处理方面都有广泛的应用[1]。由于粉煤灰主要成分是SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3等，颗粒多呈多孔型蜂窝状组织，单个粉煤灰颗粒的粒径范围为0.5~300μm，粉煤灰的真密度为（2.0~2.3）×103kg/m3，堆积密度为550~658kg/m3，孔隙率为60%~75%，比表面积可达2500~5000m2/kg[2]，并且含有大量的活性反应点可以与吸附质发生化学吸附和物理吸附，所以常常用作水处理当中的絮凝剂和吸附剂[3]。粉煤灰对多种金属离子均具有一定的吸附性能，HeechanCho通过粉煤灰对水溶液的Zn2+、Pb2+、Cr3+、Cu2+的吸附研究，表明粉煤灰是一种非强酸性重金属废水廉价吸附剂[4]，Banerjee等人研究了多种有毒金属离子如Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cr(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)在粉煤灰和负载铝和铁金属离子的粉煤灰上的吸附，结果表明负载了金属离子的粉煤灰的去除效果要好于普通粉煤灰[5]。砷化合物有剧毒性，可以引起肺癌、膀胱癌、肝癌、肾癌及皮肤癌等多种癌症，被美国疾病控制中心和国际防癌研究机构确定为第一类致癌物。全世界有很多国家和地区存在严重的地下水污染，中国台湾、新疆和内蒙古局部地区地下水砷含量严重超标，砷含量最高可达2000μg/L[6]。因此，美国和欧盟已经将卫生标准中饮用水的最高允许浓度从50μg/L降到了10μg/L[7]。处理水中砷的常见12COALASH6/2011Abstract：Asakindofreusableindustrialsolidwastes,Coalashhasbeenwidelyappliedinwastewatertreatmentasaflocculantandadsorbent.Arsenicisatoxicelementandinrecentyearsarsenicpollutioninaqueoussolutionhasbeenthefocusofpublicattention.Thispaperoverviewedthelatestdevelopmentandapplicationofflyashinarsenatecontainingwastewateranddiscussedtheinfluencingfactors.Keywordsflyash;wastewatercontainingarsenate;disposal方法有絮凝法、氧化法、膜分离法、离子交换和吸附法等[8~11]。吸附法是水中砷去除的有效方法之一，常用的吸附剂有活性氧化铝、活性炭、功能树脂和金属氧化物等。2粉煤灰处理含砷废水去除率的研究成果粉煤灰作为吸附剂除了能够去除废水中的重金属离子、有机物和SS（固体悬浮物）外，还可以脱色除臭[12]，在除砷方面也有一定的应用。从煤电厂得到的粉煤灰被用来去除水中的As(Ⅴ)和限制As(Ⅴ)在固体废弃物及土壤中的迁移[13]。动力学和吸附平衡实验用来测定褐煤基粉煤灰对As(Ⅴ)的去除效率[14]。未经任何化学处理的枫木灰被用来吸附低浓度As(Ⅲ)和As(Ⅴ)污水，静态实验表明去除效率达80%，而动态试验则可以将其浓度从500×10-9降到5×10-9[15]。与购买的活性炭相比，由粉煤灰制得的焦炭对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除效率要高得多，对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附量最高分别可达到89.2mg/g和34.5mg/g[16]。王湖坤等人用发电厂的干排粉煤灰来处理铜冶炼厂的含砷废水。正交试验表明粉煤灰用量是影响砷去除率的主要因素，在不调节废水pH值条件下，粉煤灰投加质量浓度为0.05mg/L、吸附时间为60min、温度为25℃时，砷的去除率达87%，处理后残留砷浓度为0.369mg/L，符合污水排放标准的要求[17]。李跃中采用粉煤灰处理含砷废水，结果表明，粉煤灰的火化温度越高，粒径越小，对砷的去除能力就越强，砷含量为7.5mg/L、粉煤灰用量为4g/100mL136/2011粉煤灰参考文献[1].[J].19964246-53.[2].[J].2007,211188-90,94.[3]WANGSB,WUHW.Environmental-benignutilizationofflyashaslow-costadsorbents[J].JournalofHa,zandous,2006:136-482.[4]HEECHANC,DALYOUNGO,KWANHOK.Astudyonremovalcharacteristicsofheavymetalsfromaqueoussolutionbyflyash.J.Harzard[J].Materials,2005,B127:187-195.[5]DASMAHAPATRAG,PALT,BHADRAAk,etal.Studiesonseparationcharacteristicsofhexavalentchromiumfromaqueoussolutionbyflyash[J].SepurationScienceandTechnology,1996,31:2001-2009.[6].[J].2005,56(9):1757-1764.[7]EPA.ReportontheExpertPanelonArsenicCarcinogenicity:ReviewandWorkshop[R].Washington,DC:USEnivironmentalProtectionAgency,NationalCenterforEnvironmentalAssessment,1997.[8]KUNDUS,KAVALAKATTSS,PALA,etal.RemovalofarsenicusinghardenedpasteofPortlandcement:batchadsorptionandcolumnstudy[J].WaterResearch,2004,(38):3780-3790.[9]C.NAMASIVAYAM,S.SENTHILKUMAR.Removalofarsenic(V)fromaqueoussolutionusingindustrialsolidwaste:adsorptionratesandequilibriumstudies[J],IndustrialEngineerringandChemicalResearch.1998(37):4816-4822.[10]SEKO.N,BASUKI.F,TAMADA.M,etal.Rapidremovalofarsenic(V)byzirconium(Ⅳ)loadedphosphoricchelateadsorbentsynthesizedbyradiationinducedgraftpolymerization[J].Reactive,Functional.Polymers.2004(59):235-241.[11]ZENG.L.Amethodforpreparingsilica-containingiron(Ⅲ)oxideadsorbentsforarsenicremoval[J],WaterResearch,2004,37:4351-4358.[12].[J]2001,28(2):30-32.[13]E.DIAMADOPOULOS,S.LOANNIDIS,G.P.SAKELLAROPOULOS.As(Ⅴ)removalfromaqueoussolutionsbyflyash[J].WaterResearch.1993,27(12):1773-1777.[14]MOHAN.D,CHARLESU.PITTMANJR.Arsenicremovalfromwater/wastewaterusingadsorbents-acriticalreview[J].JournalofHazardMaterials.2007,142:1-53.时，去除率可达97%以上[18]。邓书平等人用高分子絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)对粉煤灰进行改性，增强了粉煤灰的表面电性和比表面积，正交试验表明粉煤灰投加量对去除率的影响最大。当废水pH值为7.0、粉煤灰投加量48g/L、吸附时间60min、温度为25℃时，砷的去除率达90.3%[19]。Dianmadopoulos等人[13]的研究表明用粉煤灰去除水中的As(Ⅴ)时，pH值对去除效果的影响非常显著。pH值为4时的去除率明显高于pH值为7或者10时的效率。解吸实验中只有少量的砷被释放进溶液中，而且解吸量与粉煤灰的使用量无关，说明As(Ⅴ)在粉煤灰上的吸附是不可逆的。Wang等人[20]进行的实验同样表明pH值在粉煤灰对As(Ⅴ)的吸附中其作用重要。当pH值范围为3~7时有利于As(Ⅴ)的吸附，pH值＜3或者pH值＞7有利于As(Ⅴ)的解吸，当pH值=12时，25%的砷被释放到溶液中，可能是因为这种粉煤灰中29.4%的Al2O3和4.6%的Fe2O3在As(Ⅴ)的吸附中起主要作用。Balsamo等人[21]分别用原始的粉煤灰和HCl处理的粉煤灰去除模拟地下水溶液的砷，结果发现，酸处理提高了粉煤灰对As(Ⅴ)的吸附量，HCl浓度为1mol/L时改性效果最好，并且酸改性使粉煤灰的等电点由9.0降低到了4.0。pH值对吸附实验影响表明原始粉煤灰在2~4和10~12范围内分别达到最大吸附量，而酸改性的粉煤灰的最佳吸附pH值为2~4。这种改性作用可能归因于由HCl引起的粉煤灰表面氧化。为了增强粉煤灰的吸附能力，很多研究采用了以粉煤灰为基质负载金属离子的方法。LiYi等人[22]将不定形的FeOOH负载在粉煤灰表面，制备了一种高含铁量的吸附剂HIOFAA，比较试验表明pH值为2.5时，对As(Ⅴ)的吸附量从原灰的11.2g/kg增加到了23.0g/kg，比表面积从6.23m2/g增大到了140.7m2/g，平均孔径增加了3倍。HIOFAA对As(Ⅴ)吸附数据可以很好地用Langmuir吸附等温方程来拟合，相关系数达0.998；由Langmuir吸附方程计算得到的最大吸附量19.46mg/g，远高于采用铁盐溶液浸泡粉煤灰制备的吸附剂13.04mg/g[23]，是HIOFAA高比表面积所致。WeiQiu等人[24]首先采用熔盐法对粉煤灰进行改性制得沸石吸附剂(ZFA)。ZFA对As(Ⅴ)的吸附量为5.1mg/g，高于活性炭4mg/g，硅胶0.46mg/g，NaY型沸石1.4mg/g和5A型沸石4.1，mg/g。然后在ZFA上负载不同量的氯化铝进一步改性，当被负载的铝与沸石的质量比为50时，制备的ZFA-Al50效果最好，对As(Ⅴ)的吸附量可达34.5mg/g，是活性铝(16.6mg/g)的2.1倍。与活性铝(孔径11nm，比表面积150m2/g)相比，ZFA-Al50的孔径增大(30~40nm)，比表面积减小(65.7m2/g)，可能是铝晶体在沸石结构中均匀分布的结果，而且ZFA-Al50是一种安全的吸附剂，在吸附过程中没有发现被负载的铝溶出。3结论粉煤灰来源广泛，价格低廉，对含砷废水有一定的处理效果。用量、溶液pH值、粉煤灰的化学组分、粒径和比表面积等对砷的去除都有影响，酸法和负载金属盐的改性方法可以明显增强粉煤灰对砷的吸附能力。14COALASH6/2011作者简介：邓慧（1979.6）讲师，博士，通讯地