粉煤灰處理冶金工業中蒸氨廢水中苯酚的應用研究

王 俊，羅 巍

（1.廣西化工研究院，廣西 南寧 530001；2.湖北省荊門市環境保護局，湖北 荊門 448001）

1 引言

冶金企業在生產過程中會產生大量的蒸氨廢水，其中含有的大量苯酚經直接排放會對周邊環境造成極大的污染。目前廣泛采用的處理含酚廢水的方法包括萃取法、液膜法、吸附法、生物處理法、化學沉淀法等［1，2］，然而上述處理方法存在諸多缺點不易于實際應用。比如萃取法和液膜法處理含酚廢水難以達到國家要求的排水標準，而生化法較適合于處理低濃度的含酚廢水，高濃度的含酚廢水容易造成微生物菌落的退化，活性炭處理含酚廢水雖然去除率較高，但是吸附后的活性炭難以回收，易于造成二次污染等［3～5］。

本文主要研究采用冶金企業焦化過程中產生的粉煤灰吸附處理蒸氨廢水中的苯酚，其優點在于操作簡單，吸附劑自給自足，經濟適用等。用粉煤灰處理含酚蒸氨廢水的原理為:粉煤灰中含有大量的三價鐵離子和三價Al離子，具有較強的正電荷，能有效地改變廢水中懸浮膠粒的Zata電位即勢能，使廢水中的懸浮膠粒失穩沉降；另外，這些物質水解后可形成許多復雜的多核絡合物，隨著聚合反應的進行，有機物的電荷升高，廢水中懸浮的膠體雜質被吸附，顯示出較好的絮凝作用。另外，粉煤灰含有較多的炭，其具有類似于活性炭吸附的功能，通過高溫活化處理后，其表面和微孔內變得更粗糙，比表面積顯著增加，有利于去除廢水中的有機物雜質。所以，粉煤灰是一種類似于活性炭的無機混凝吸附材料，對生物大分子，重金屬離子，有機化合物均有一定的吸附效應，且該材料作為生產過程的副產品，價廉易得，所以采用粉煤灰處理含酚的蒸氨廢水，具有“以廢治廢”的現實意義。

2 材料與方法

2.1 吸附劑和模擬廢水

吸附劑采用某鋼鐵公司焦化廠提供的粉煤灰，全部過200目篩網，并在100℃下干燥6h備用。含酚廢水取自某鋼鐵公司蒸氨工段。

2.2 儀器與試劑

SUV－2120型紫外分光光度計，Metter－Toledo電子分析天平，THZ－82型恒溫振動器，PHS－3C型pH計，SKFG－10型真空干燥箱。煤油采用普通市售煤油。

2.3 吸附試驗過程

稱取一定量的粉煤灰放入錐形瓶中，加入一定體積的含酚廢水在自然pH值下，在THZ－82型恒溫振蕩器中震蕩一定時間，取出錐形瓶進行過濾分離，獲得的上層清液用紫外分光光度計進行分析。

3 結果與討論

3.1 廢水原始揮發酚含量的測定

采用中華人民共和國國家環境保護標準HJ 502－2009提供的方法對采集自昆鋼的蒸氨廢水和尾氣冷卻后水中的原始揮發酚含量進行了測定，測定結果見表1。

表1 廢水原始揮發酚含量

可以很明顯地觀察到，來自冶金企業的蒸氨廢水中較高的苯酚含量直接排放會對周邊環境造成較顯著的污染，其揮發酚需要進行有效的脫除才能達到我國相關排放標準。

3.2 粉煤灰吸附脫酚實驗

本實驗使用的廢水為某鋼鐵公司的蒸氨廢水，粉煤灰采集自某鋼鐵公司焦化廠，因粉煤灰水分含量太高，影響吸附效果，故使用前對其進行加熱活化。在一定體積的廢水中加入適量粉煤灰，震蕩適當時間，過濾分離，取濾液，對其中的揮發酚含量進行測定，實驗結果表2。

由以上吸附脫除實驗結果可知（圖1），通過粉煤灰一次吸附，廢水中揮發酚的脫除率最高可達到38.13%。此外當粉煤灰用量超過10g時，酚的脫除率已變化不大。在從采用的粉煤灰的劑量從2g到10g的遞增過程中發現，隨著粉煤灰使用量的增加，蒸氨廢水中苯酚的含量有一個明顯的下降過程，即其脫出率從13.75%到38.13%呈現出升高的趨勢。說明在這個階段，粉煤灰的吸附及絮凝作用對苯酚的去除起到了實質性的作用。

表2 粉煤灰吸附脫酚實驗結果

圖1 粉煤灰吸附脫酚實驗結果

3.3 萃取脫酚實驗

本實驗使用的廢水為昆鋼蒸氨廢水，萃取劑為市售煤油。取150mL經一次處理的含酚廢水，加入10g粉煤灰，震蕩一定時間，過濾，取濾液。按一定比例往濾液中加入萃取劑，攪拌適當時間。靜置分層，取下層水相，對其中的揮發酚含量進行測定實驗結果見表3。

表3 萃取脫酚實驗結果

由表3的結果可得，對二次吸附后的含酚廢水進行萃取脫酚實驗，單次的脫出率可達到59.60%。通過吸附和萃取這兩個步驟，總脫酚率可達到75.00%，處理后的污水揮發酚含量從1505.28mg／L減少到376.32mg／L。

3.4 溫度對吸附效果的影響

在5個錐形瓶中，分別加入10g的粉煤灰于待處理的150mL含酚廢水中，按照上述兩步法進行廢水中苯酚的去除實驗，在采用一定攪拌速度的情況下，調節整個吸附溫度為20、30、40、50、60、70、80℃的條件下使吸附進行2h，最后經過過濾分離上層清液，并通過紫外可見分光光度計分析待測樣的苯酚含量，結果見圖2。

圖2 不同溫度下進行兩步法脫除蒸氨廢水中苯酚的實驗

從上述的實驗結果（圖2）分析，可以發現在20～50℃的情況下，采用兩步法脫除蒸氨廢水中苯酚的效率較高，其脫出效率均達到了75%左右。尤其是在40℃的情況下，苯酚的脫除率為78%。然而，在溫度超過40℃的情況下，苯酚的脫除率隨著溫度的上升呈現下降的趨勢，到試驗溫度為80℃的時候，苯酚的脫除率已經下降到55%左右了，說明溫度的變化對含酚廢水中苯酚的去除會造成一定的影響。

4 實驗結論

粉煤灰具有物理吸附和和化學混凝的雙重作用，有利于吸附冶金企業中蒸氨廢水中的苯酚。對于處理150mL的焦化廢水，改性粉煤灰的最佳用量為10g，經過30min的振蕩吸附達到平衡，溶液的體系pH值宜控制在自然范圍內，升高溫度不利于增強吸附能力即粉煤灰去除苯酚的效率。采用兩步法脫除苯酚發現，經過一次粉煤灰吸附后，將含酚廢水與粉煤灰混合通過煤油萃取的方式，可以進一步提高蒸氨廢水中苯酚的去除率，在常溫下，其總的去除率為75%。改性粉煤灰的原料來源豐富，制備工藝簡單，生產成本低，處理費用低，且同時實現了“以廢治廢”的目的，具有較好的經濟效益、社會效益和環境效益。

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