改性粉煤灰處理校園生活污水試驗(yàn)研究

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(嘉應(yīng)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 梅州 514015)

粉煤灰是燃煤電廠煤炭燃燒產(chǎn)生的大宗固體廢物之一，其不僅占用大量的土地，而且對(duì)環(huán)境造成污染[1-2]。因粉煤灰表面積大、多孔、具有一定的活性基團(tuán)，物理吸附和化學(xué)吸附能力較高，其對(duì)水中的氮、磷、重金屬離子、染料、表面活性劑等都可以較好的去除，近幾年來(lái)被廣泛應(yīng)用于廢水處理、空氣凈化等環(huán)境治理方面[3-5]。近年來(lái)，研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性可使其封閉的孔道打開，孔隙率增加，比表面積增大，可大大提高粉煤灰對(duì)廢水的處理效率，減少了污泥的產(chǎn)量[6-7]。

本研究探討了火電廠粉煤灰經(jīng)過不同類型的改性劑處理后，對(duì)校園生活污水中COD、TN和TP去除能力的影響，從而尋找一種最佳的改性方法，使粉煤灰達(dá)到以廢治廢的目的。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器

調(diào)速多用振蕩器(HZ-2)；電子天平(JA1003A)；紫外分光光度計(jì)(722)；真空干燥箱(DZF-6050)；立式壓力蒸汽滅菌器(LDZX-30KB)；燒杯；量筒；移液管；圓底燒瓶；錐形瓶；漏斗；玻璃棒、坩堝等。

1.2 試驗(yàn)藥劑

粉煤灰(廣東梅縣荷樹圓電廠，過200目篩子)；生活污水(嘉應(yīng)學(xué)院東區(qū)學(xué)生宿舍)；鉬酸銨；硫酸；鹽酸；碳酸鈉；碳酸鈣；氧化鈣；氫氧化鈣；蒸餾水等。

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)和方法

總磷：鉬酸銨分光光度法[8]；

總氮：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[9]；

COD：快速測(cè)定法[10]。

1.4 改性粉煤灰改性方法

(1)酸改法：分別用200mL的H2SO4(0.5mol/L)、HCl(0.5mol/L)、H2SO4(0.5mol/L)+HCl(0.5mol/L)(1∶1)溶液浸漬30g粉煤灰，用水平振蕩儀在固定轉(zhuǎn)速、室溫條件下振蕩2 h后用蒸餾水反復(fù)沖洗，105 ℃ 充分烘干，得到3種酸改性粉煤灰[11]。

(2)堿改法：分別用200mL的NaOH(0.5mol/L)、Ca(OH)2(0.5mol/L)、CaO(0.5mol/L)、Na2CO3(0.5mol/L)、CaCO3(0.5mol/L)溶液浸漬30g粉煤灰，用水平振蕩儀在固定轉(zhuǎn)速、室溫條件下振蕩2 h后用蒸餾水反復(fù)沖洗，105 ℃ 充分烘干，得到5種堿改性粉煤灰[11]。

稱取100g粉煤灰于坩堝中，分別加入1g的CaO固體、Ca(OH)2固體，混勻，在 700 ℃下焙燒兩小時(shí)，冷卻，得到兩種堿改性粉煤灰[7，12]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰改性劑的選擇

取1g粉煤灰采用水洗干燥方法和分別加入各種改性劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性試驗(yàn)。改性后取粉煤灰1g：100mL生活污水在常溫下振蕩30min，靜置30min后進(jìn)行過濾測(cè)定，并計(jì)算各指標(biāo)的去除率，其處理效果如表1所示。

由表1可知改性后粉煤灰對(duì)生活污水的吸附效率整體有所提升。綜合總磷、總氮、 COD的去除率和經(jīng)濟(jì)性，本研究認(rèn)為Ca(OH)2固體1g：100g粉煤灰改性處理后的處理效果最好。這主要是因?yàn)榉勖夯遗c石灰(Ca(OH)2固體)具有協(xié)同作用，更易將污水中的污染物去除。本研究采用石灰對(duì)粉煤灰進(jìn)行堿改性作為最佳的改性方法。

表1 不同改性粉煤灰對(duì)生活污水的處理效果

2.2 石灰不同投加量對(duì)粉煤灰改性效果的影響

采用1.4章節(jié)方法在100g粉煤灰中分別加入0.2g、0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、4.0g、6.0g石灰對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性。在原水中依次加入1g上述改性粉煤灰，置于振蕩器上振蕩30min，靜置30min后過濾測(cè)定TN、TP、COD，并計(jì)算去除率。石灰不同投加量與去除效果的關(guān)系見圖1。

圖1 石灰投加量與去除效果的關(guān)系

由圖1可見：TN，TP和COD的去除率都隨著石灰與粉煤灰比的增加而增大，到了石灰投加量2.0g/100g粉煤灰時(shí)，去除率增加幅度不再都明顯增大。因此，本研究認(rèn)為投加量為石灰2.0g/100g粉煤灰為最佳改性條件，此時(shí)出水TN去除率為77.60%，出水TP去除率為86.52%，COD去除率為58.78%。

2.3 改性粉煤灰投加量對(duì)吸附的影響

在8個(gè)錐形瓶中各放入100mL的生活污水原水樣，再分別加入0.25g、0.5g、0.75g、1g、1.25g、1.5g、1.75g、2g的改性粉煤灰(石灰2.0g/100g粉煤灰)，在常溫下，振蕩30min，靜置30min后過濾測(cè)定TN、TP、COD，并計(jì)算去除率。粉煤灰投加量與去除率的關(guān)系見圖2。

由圖2可看出，TN的去除率隨投加量的增加呈上升趨勢(shì)，在改性粉煤灰投加量大于1.75g時(shí)去除率可達(dá)90%以上；TP在改性粉煤灰投加量大于1.25g去除率達(dá)90%以上；COD在改性粉煤灰投加量為1.25g時(shí)雖去除率只有67.34%，但出水濃度為52.21mg/L可達(dá)GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮各指標(biāo)去除率和排水標(biāo)準(zhǔn)，考慮到改性粉煤灰用量不至于太大，本研究認(rèn)為改性粉煤灰的最佳投加量應(yīng)為1.25g/100mL生活污水，此時(shí)各個(gè)指標(biāo)都可達(dá)到GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 改性粉煤灰投加量與去除率的關(guān)系

3 結(jié)論

(1)粉煤灰無(wú)論是酸改性還是堿改性，都能提高粉煤灰的吸附效果。對(duì)于本研究的生活污水處理，堿改性處理的效果較好，最佳的堿改性條件為石灰投加量2.0g/100g粉煤灰。

(2)試驗(yàn)表明，堿改性后的粉煤灰對(duì)生活污水中TN，TP和COD都有明顯的處理效果，改性粉煤灰投加量為1.25g/100mL生活污水時(shí)各個(gè)污水指標(biāo)都可達(dá)到GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

(3)試驗(yàn)研究證實(shí)粉煤灰對(duì)于生活用水的處理效果還是比較理想的，再加上其原料易得，可以達(dá)到以廢治廢的效果，可推廣和利用到實(shí)際污水處理工程當(dāng)中。