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）

0 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。

表1 粉煤灰基本物理性质

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。

表2 实验仪器与实验试剂

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。

3 实验结果分析

3.1 吸附平衡时间确定

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 吸附量随吸附时间的变化

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。

3.2 有机废水静态吸附实验研究

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。

3.2.1 粉煤灰投加量实验分析

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 投加量与吸附效果之间的关系

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1∶10，由此得出结论，粉煤灰投加量最佳值为0.1 g/mL。

3.2.2 pH 值对吸附效果的影响

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 pH 值与吸光度去除率之间的关系

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。