利用工業廢棄物處理含鋅廢水的試驗研究

摘 要：針對粉煤灰對含鋅廢水處理效果的四個影響因素：反應時間、粉煤灰加入量、pH、鐵屑與粉煤灰的比例，進行正交設計，分析結果表明，本處理實驗的最佳工藝條件為：反應時間60min、反應開始體系pH5.0、粉煤灰加入量8g/100ml（8%）、鐵屑與粉煤灰比例為3：1，此工藝條件下鋅去除率為99.50%。單因素影響試驗結果表明：隨著粉煤灰加入量的增加、反應時間的增大，鋅的去除率都將增大，酸堿性過強將降低去除率，鐵與粉煤灰的比例在一定范圍內對鋅去除效果影響不大。

關鍵詞：含鋅廢水；粉煤灰；鐵屑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.041 含鋅廢水具有持久性、毒性大、污染嚴重等特點，一旦進入環境后不能被生物降解，大多數參與食物鏈循環，最終在生物體內積累，影響生物體正常生理代謝[1]。

粉煤灰是火力發電的燃煤高溫燃燒后的殘留物，其結構具有多孔性、表面價鍵的不飽和性以及存在大量的含氧基團，使其表面有很強的吸附活性，是一種廉價的高濃度污水預處理吸附劑[2]。研究結果表明，粉煤灰對廢水中的重金屬有良好的去除能力[3-4]。王大軍等[5]實驗發現，煤粉灰對鋅具有較強的吸附能力，以氧化鈣為改性劑改性的粉煤灰對含鋅廢水具有良好的吸附性能。Alinnor[6]用粉煤灰處理了水中的Pb2+、Cu2+，獲得吸附過程的動力學方程式為一級方程式，并測定了速率常數。本研究利用兩種工業廢棄物處理人工配制含鋅廢水，重點討論了處理時間、pH、粉煤灰加入量等因素對處理效果的影響。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

實驗室用硫酸鋅配制含Zn2+濃度為500mg/L的人工廢水。處理用粉煤灰經烘干處理，鐵屑分別經堿液、酸液浸泡去除鐵屑表面的油、銹跡和氧化膜，兩種物質均過篩選取粒度20-40目。

1.2 試驗方法

分別取待處理廢水100ml于錐形瓶中，按照試驗條件，用10%NaOH或H2SO4溶液調節pH，室溫條件下攪拌，靜置分層后取上清液用雙硫腙分光光度法測定Zn2+，計算鋅去除率。

2 結果與討論

2.1 pH對處理效果的影響

分別調待處理含鋅廢水初始pH為3、5、7、9、11，按最佳工藝條件的其他工藝指標對廢水進行處理。

隨著起始處理濃度的逐漸升高，鋅的去除率也逐漸升高，在pH在5-9之間時，鋅去除率基本維持在98%左右，但當pH為11時，鋅去除率急劇下降。

鋅的氫氧化合物為兩性化合物，pH值過高或過低，均能使沉淀返溶而使出水超標[1]。因此，當pH為3及11時，均反應出較差的去除效果，其中pH為11時尤為明顯。

2.2 反應時間對處理效果的影響

按最佳工藝條件的其他工藝指標，分別振蕩20、40、60、80、100min，隨著反應時間的增加，鋅去除率迅速增大，在反應進行到60 min時，鋅的去除率最高，為98.1%，隨著反應時間的進一步增加，鋅去除率略有降低，但降低幅度不大。

試驗處理工藝對鋅的去除綜合了電解法、化學沉淀法、鐵氧體法、吸附法等方法的共同作用，隨著反應時間的增加，電解反應及吸附反應將深度進行，粉煤灰的吸附主要是物理吸附作用，吸附過程分為3個階段，分別是顆粒外擴散過程，顆粒內擴散過程及吸附反應過程，完成之后將會出現解吸作用，超過一定的時間會使去除率下降。

2.3 粉煤灰加入量對處理效果的影響

分別在100ml廢水中加入粉煤灰2、4、6、8、10g，按最佳工藝條件的其他工藝指標處理廢水。

隨著粉煤灰加入量的逐漸增加，鋅的去除率也在逐漸增加，在本實驗工藝條件下，在粉煤灰加入量為8g時，鋅去除率達到最高，為98.4%。但當粉煤灰加入量進一步增高時，鋅去除率略有下降。對反應過程實驗現象的觀察也發現，當粉煤灰投加量為8g/L時，停止攪拌后沉降速度最快，沉淀后上澄液清澈。當投加量為10g/L時，停止攪拌后沉降速度較慢，沉淀分離較難。

粉煤灰在絮凝過程中有協同效應，作為助凝劑，粉煤灰為絮凝提供了凝聚晶核，為絮凝的迅速長大創造了條件。又因粉煤灰本身密度大，當粉煤灰顆粒卷入礬花后，能增加絮體的密度，加速礬花的沉降速度。而且，增加粉煤灰的加入量，將增加接觸面積，擴大吸附容量。因此加入一定量的粉煤灰能夠起到去除廢水中的有機污染物的功能。

但由于粉煤灰為細小微粒，當粉煤灰投加量過多時，未凝聚的粉煤灰不僅不能起到絮凝的作用，反而影響了廢水的沉降性能，從而不容易形成絮凝體，泥水分離效果差，從而影響去除率。

2.4 粉煤灰與鐵屑的比例對處理效果的影響

按鐵：粉煤灰分別為3：1、2：1、1：1、1：2、1：3加入鐵及粉煤灰，按最佳工藝條件處理廢水。

在處理體系中，當粉煤灰加入量一定時，隨著鐵屑的加入量的逐漸減少，鋅去除率變化不大，基本在97.2-98.1%之間，但當體系中鐵含量為處理劑的1/4時，鋅去除率急劇下降，僅為94.7%。

3 結論

利用工業廢棄物粉煤灰與鐵屑，通過對含鋅廢水的處理，在適當的工藝條件下，對鋅離子有明顯的去除效果。

（1）酸堿性過強，將使處理體系鋅去除率下降，本工藝條件最佳處理pH范圍為5-9。

（2）粉煤灰加入量對處理效果有一定影響，隨著粉煤灰加入量的增加，鋅去除率將增大，但粉煤灰加入量過多時，將降低去除率。

（3）隨著處理時間的增加，鋅去除率也將增大，但處理時間過長，將使鋅去除效果變差。

（4）鐵屑與粉煤灰的比例對處理效果影響不大，建議在試驗允許的適宜比例條件下，盡可能減少鐵屑的加入量。

參考文獻：

[1]方艷，閔小波，唐寧等.含鋅廢水處理技術的研究進展[J].工業安全與環保，2006，32（07）：5-8.

[2]程愛華，姚改煥，路瑞.粉煤灰在水處理中的應用[J].中國資源綜合利用，2005，7（07）：20-21.

[3]王代芝，趙艷萍.粉煤灰處理含汞廢水的研究[J].化學與生物工程，2004（06）：4-50.

[4]王湖坤，龔文琪，衛苗苗.粉煤灰吸附處理銅冶煉廢水中Cu（Ⅱ）的試驗研究[J].冶金能源，2006，25（04）：50-52

[5]王大軍，許弟軍，單連斌等.改性粉煤灰處理含鋅廢水的研究[J].環境保護科學，2005，31（03）：19-21.

作者簡介：王甜（1996-），女，遼寧大連人，本科，研究方向：污水處理 氣候變化。