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粉煤灰處理含銅廢水的試驗(yàn)研究

文檔作者：林立君1 賀君2 文檔來源： 1．大慶石油學(xué)院秦皇島分院 2．燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年04月26日
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粉煤灰綜合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTILIZATIoN 2010 NO．4粉煤灰處理含銅廢水的試驗(yàn)研究 Study on treating Copper—Containing Wastewater by fly ash林立君1，賀君2(1．大慶石油學(xué)院秦皇島分院，河北秦皇島066004；2．燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，河北秦皇島066004)摘要：對(duì)粉煤灰處理含銅廢水的各種因素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：振蕩時(shí)間為2h、粉煤灰投加量為39、廢水pH值為中性或偏堿性等條件下，可使含Cu2+廢水的去除率達(dá)到98．38％，且工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉。關(guān)鍵詞：粉煤灰；含銅廢水；吸附中圖分類號(hào)：X703．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1005-8249(2010)04-0025-03含銅廢水主要來自冶煉、金屬凈化、電鍍、印染、造紙等工業(yè)生產(chǎn)，其中離子態(tài)、絡(luò)合態(tài)的銅，都無法生物降解，大量含銅工業(yè)廢水如果不經(jīng)處理直接排入河流、湖泊中不僅嚴(yán)重危害水生生物的生存，也會(huì)通過食物鏈積累進(jìn)而威脅人類的生存，嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)。因此為了防止大量含銅工業(yè)廢水危害生態(tài)系統(tǒng)，就必須在其排放前降低廢水中銅的濃度。目前，國內(nèi)外廢水中銅的去除方法主要有化學(xué)法、離子交換法、膜分離法、吸附法、生物法等，使銅離子沉淀而去除達(dá)標(biāo)。這些方法雖然有效，但成本很高。粉煤灰表面疏松多孔，比表面積大，表面能高，且存在著許多鋁、硅等活性點(diǎn)，所以粉煤灰具有較強(qiáng)的吸附性能，其在污水處理中有著廣闊的應(yīng)用，如處理含He、H92+、Cr3+、印染等廢水，方法簡(jiǎn)單，成本低廉¨qJ。本文主要研究在改變各種影響因素的條件下，粉煤灰對(duì)溶液中cu2+的去除效率。l粉煤灰處理含銅廢水機(jī)理粉煤灰具有物理、化學(xué)吸附特性。物理吸附取決于粉煤灰的多孑L性和比表面積，比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)?；瘜W(xué)吸附主要是由于其表面具有大量Si．0一Si和A1—0一A1鍵與有一定極性的分子產(chǎn)生偶極一偶極吸附，或是陰離子與粉煤灰中次生的帶正電荷的硅酸鋁、硅收稿日期：2010-03-23第一作者：林立君{1976一)．女。講師。主要從事固體廢物資源化研究。酸鈣、硅酸鐵之間形成離子交換或離子對(duì)吸附。粉煤灰去除廢水中有害物質(zhì)主要是通過吸附，但在一定條件下，也有一定的絮凝沉淀和過濾作用"J。另外，粉煤灰是多種顆粒的機(jī)械混合物，孔隙率較大，因此，廢水通過粉煤灰時(shí)，粉煤灰也能夠過濾截留一部分懸浮物，但是粉煤灰的沉淀和過濾只能對(duì)吸附起補(bǔ)充作用。2 試驗(yàn)2．1試驗(yàn)材料(1)分析純硝酸、檸檬酸銨、乙醇、雙環(huán)己酮革酰二腙、硼酸、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、五水硫酸銅(用于配制含Cu“模擬廢水)、中性紅指示劑。(2)粉煤灰：取自于燕山大學(xué)燃煤鍋爐的麻石水膜除塵器后(小于100目的占80％)，使用前，過篩去雜后烘干待用。其主要化學(xué)成分是SiO：，A1：0，，還含有一定量的CaO，F(xiàn)e：0，等，這些成分具有吸附性。同時(shí)，粉煤灰呈多孑L性蜂窩組織，具有很大的比表面積，可作為一種固體吸附劑。2．2試驗(yàn)方法在250mL的錐形瓶中，加入150mL含銅廢水和一定量的粉煤灰，改變振蕩時(shí)間、粉煤灰投加量、含銅廢水的濃度、溶液pH值、試驗(yàn)溫度等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，最后分別用0．45Ixm的濾膜將兩相分離，取濾液2mL，采用雙環(huán)己酮草酰二腙分光光度法(BCO比色法)進(jìn)行Cu2+濃度的測(cè)定。·25·萬方數(shù)據(jù)2010 NO．4粉煤灰綜合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION3結(jié)果與討論3．1振蕩時(shí)間與去除率的關(guān)系在室溫為20。C，控制溶液pH值為5．5，分別稱取19粉煤灰，投入到150mL含Cu2+分別為10mg／L、30mg／L、61 mg／L的若干燒杯中，并將其放在六聯(lián)攪拌器上震蕩。在震蕩0．5，1．0，1．5，2．0，2．5，3．0h后，依次取出燒杯，用0．45Izm的濾膜將兩相分離，測(cè)定結(jié)果如圖l。由圖1可見，當(dāng)震蕩時(shí)間達(dá)2 h，反應(yīng)基本上達(dá)到平衡，原因是粉煤灰。吸附主要是物理吸附，吸篷附一定時(shí)期后，漸趨于飽和，吸附速度變慢，因此確定實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間為2 h。3．2粉煤灰投加量與去除率的關(guān)系—{O騭，L．10哪／曲百l呻／L時(shí)間／lin圖1震蕩時(shí)間對(duì)去除率的影響在室內(nèi)溫度為20。C，控制溶液pH為5．5，分別將0．6，1．5，2．0，3．0，4．0，5．0，6．09粉煤灰投加到150 mL濃度為30 mg／L、61 mg／L的銅離子溶液中。在六聯(lián)攪拌器上震蕩，震蕩2 h后停止震蕩，用0．45斗m的濾膜將兩相分離，測(cè)定結(jié)果如圖2。從圖2可知，粉煤灰對(duì)Cu2+的去除率隨粉煤灰。的投加量的增加而增加。芒而當(dāng)粉煤灰投加量達(dá)39簍時(shí)，去除率達(dá)到80％，以粕后去除率漸漸趨于平緩，由此確定粉煤灰投加量圖2粉煤灰投加量對(duì)去除率的影響為39。3．3舍銅廢水的濃度與去除率的關(guān)系分別配制濃度為1．95，3．91，7．81，15．63，31．25，62．5，125．O，250．0，500 mg／L的Cu2+溶液。分別取39粉煤灰投入到150 ml的上述溶液中，于pH為5．5時(shí)在六聯(lián)攪拌器上震蕩2 h(室溫20℃)，用O．45¨m的濾膜將兩相分離，測(cè)定結(jié)果如圖3。·26·濃度／mg／L圖3廢水濃度對(duì)去除率影響由圖3可知，隨濃度的降低，去除率增高，說明低濃度有利于Cu2+的吸附。3．4 pH值與去除率的關(guān)系在錐形瓶中分別加入pH值為1．5，2．7，5．0，7．0，8．0，9．0，10．5，濃度為61 mg／L的模擬廢水150 mL，加入粉煤灰3 g，振蕩2 h，用0．45¨m的濾膜將兩相分離，測(cè)定結(jié)果如圖4。由圖4可知，去除率隨溶液pH值升高而增1器大，當(dāng)溶液pH值達(dá)到，哿7．0，去除率較高，且當(dāng)溶蓊液pH值的繼續(xù)升高時(shí)去2t。0除率變化不大，而當(dāng)溶液pH值超過10．5時(shí)，去除 圖4 pH值對(duì)去除率的影響率有下降趨勢(shì)。原因是粉煤灰中的活性成分主要是一些堿性物質(zhì)，在強(qiáng)酸性環(huán)境中，溶液中H+會(huì)使這些堿性氧化物失活，從而使粉煤灰對(duì)cu2+的吸附能力降低，pH值過高，會(huì)形成沉淀物，也不利于吸附，因此pH值應(yīng)控制在中性偏堿性范圍。3．5溫度與去除率的關(guān)系在6個(gè)錐形瓶中分別加入濃度為61 mg／L的模擬廢水150 mL，在pH為5．5的條件下，在溫度分別為IO。C，20"12，30。C，40"12，50。C時(shí)，加入粉煤灰3 g，振蕩2h，用0．45肛m的濾膜將兩相分離，測(cè)定結(jié)果如圖5。由圖5可知，去除率隨溫度升高而增大，并且當(dāng)溫度為室溫時(shí)，去除率可達(dá)到90％左右；考慮到實(shí)際操作方便，因此溫度確定為室溫。3．6粉煤灰吸附等溫式的測(cè)定溫度／℃圖5溫度對(duì)去除率的影響在室溫20℃下，將3．0粉煤灰加入150 mL不同濃度的廢水中，進(jìn)行振蕩吸附，測(cè)得平衡吸附量Qe和平衡濃度Ce。以Ce／Qe為縱坐標(biāo)，Ce為橫坐標(biāo)作圖，得到吸附等溫 Ce／ag／L線，如圖6。 圖6粉煤灰吸附Cu2+的吸附等溫線(下轉(zhuǎn)第30頁)萬方數(shù)據(jù)2010 NO．4粉煤灰綜合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATloN除甲基橙的效果略好，在較短的時(shí)間內(nèi)能夠達(dá)到較高的去除率。2．4 透水磚脫色作用的機(jī)理探討透水磚含有爐渣和水泥材料，去除工業(yè)廢水中污染物的過程較復(fù)雜，與其物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分，廢水性質(zhì)(pH值、有機(jī)物組成等)等因素有關(guān)。根據(jù)目前的有關(guān)資料H]，主要是爐渣的作用：吸附、中和及絮凝沉降作用，水泥也存在一定作用，但相當(dāng)復(fù)雜。爐渣具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率達(dá)50％～60％，比表面積較大，爐渣中含有的殘?zhí)?0％一30％，這些殘?zhí)烤哂谢钚蕴康男再|(zhì)，即具有較強(qiáng)的物理和化學(xué)吸附作用。而中和、絮凝作用是由于爐渣中含有的CaO、MgO、Fe203、A1203、K20、Na20等堿性氧化物，溶解進(jìn)入廢水中，提高廢水的堿度，可中和酸性廢水的酸度；爐渣在被中性水浸泡35—65min后，被溶出的鋁達(dá)到22．5—53 mg／L，鋁在水中形的氫氧化物絮凝劑，能對(duì)廢水中有機(jī)物、重金屬、懸浮物起絮凝作用，加強(qiáng)其澄清沉降效果，此外爐渣中的部分無機(jī)粉塵對(duì)廢水也有混凝作用。一般認(rèn)為爐渣基透水材料(透水磚)對(duì)染料廢水的脫色作用主要是吸附作用。3結(jié)論爐渣是一種良好的吸附介質(zhì)，對(duì)工業(yè)廢水中的有機(jī)物，重金屬離子、懸浮物(ss)、酸性物、色度有良好的吸附和中和能力。本試驗(yàn)采用爐渣基透水材料(透水磚)以爐渣為骨料，水泥為粘合劑制成固態(tài)透水材料，有效避免了粉體、渣體材料在水處理中產(chǎn)生較高濁度的問題；減少了后續(xù)沉淀分離工序。研制出的爐渣基透水材料保持了良好的吸附能力：在處理甲基橙和酸性鉻藍(lán)K時(shí)，有明顯的脫色效果，測(cè)得一次性透過的去除率分別達(dá)到70．5％和75％。同時(shí)也可應(yīng)用于其他工業(yè)廢水的前處理和深度處理，并可在一定程度上代替活性炭，因而不僅使資源得到充分利用，而且降低了工業(yè)廢水處理的成本費(fèi)用。吸附飽和后的爐渣可進(jìn)焚燒爐焚燒，可以消除對(duì)環(huán)境的二次污染。但透水磚也存在一些問題：其基本原料一爐渣和水泥都具有堿性，特別是水泥的堿性很強(qiáng)，對(duì)于處理酸性廢水是有利的，可以起到中和作用，也可以有效地去除重金屬陽離子，但是對(duì)于弱酸性水體或者中堿性水體來說，使用初期的出水pH往往會(huì)比較高，需要后續(xù)pH調(diào)節(jié)工序；當(dāng)提高透水磚的透水能力會(huì)導(dǎo)致截留效果的降低，污染物的去除率也降低。所以，在實(shí)際應(yīng)用中必須綜合考慮這些因素，根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度、污染物去除率等要求來調(diào)整透水材料的原料配比和制備工藝。參考文獻(xiàn)[1]楚素珍，李德喜．煤灰渣吸附法處理磷化生產(chǎn)線廢水中COD、zn2+[J]．污染防治技術(shù)，1995，8(4)：276．(2] 閻存仙，周紅，李世雄．粉煤灰對(duì)染料廢水的脫色研究[J]．環(huán)境污染與防治，2000，22(5)：3—6．[3] 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