\'粉煤灰在水处理中的作用\'

节能环保ChinaScience&TechnologyOverview382013年9月下第18期总第174期1前言粉煤灰是企业在生产时煤粉燃烧过程中排出灰渣的总称。据统计,随着大型燃煤电厂的建成投产,我国粉煤灰的产生量以平均每年15％的速度递增,占工业固体废弃物的比例已达到60％。目前我国粉煤灰主要用于建材制品、建筑工程、道路工程等方面,我国粉煤灰综合利用率由1994年的35%提高到2011年的68%,区域性较强。其余部分被堆积废弃,不仅占用了大量耕地,而且造成环境污染。芬兰、丹麦、日本等国粉煤灰利用率已达到80％以上。据预测“十二五”末粉煤灰年产生量将达到5.7亿吨,因此粉煤灰的综合利用是当今环境科学的重要研究课题。我国2013年1月出台了《粉煤灰综合利用管理办法》,对粉煤灰资源的合理、高效利用给予引导及鼓励。由于粉煤灰独特的物理化学特性以及低廉的价格,近年来其在水处理方面展现出新的应用前景。2粉煤灰的物理特性粉煤灰的理化性质与燃料中的矿物组成、燃烧方式及收尘方式等有关,不同电厂粉煤灰的物理性质、化学组成差异很大,取决于各种颗粒组成及其组合。粉煤灰以富铝玻璃体存在,其中以Si02和Al203,的含量为主,同时含有少量的Fe2O3、CuO、MgO、Na20等化合物,有时候还含有比较高的ca0,还含有未燃尽的碳、未发生变化的矿物(如石英等)和碎片等。由于其中含有许多不规则形状的玻璃状颗粒,而且这些颗粒中还含有不同数量的小气泡,因此粉煤灰表面呈多孔结构,密度1.9～2.9g/cm3,堆积密度0.531～1.261g/cm3,其空隙率一般为60～75％,氮吸附法测得比表面积为800～19500cm2/g左右,尺寸从几百微米到几微米,而且表面上的原子力都呈未饱和状态,使得粉煤灰有了一定的表面能。此外,粉煤灰中还含有少量具有交换特性的微粒,如沸石、活性炭等。这样就使得粉煤灰具有了很强的物理吸附和化学吸附性能。对废水中的重金属离子、有机物、悬浮物、油类和色度等都有很好的去除效果。但由于粉煤灰吸附容量不高,对其进行改性,使其更适于废水处理就显得非常必要。3粉煤灰在水处理中的应用粉煤灰由多种粒子构成,其中珠状颗粒包括空心玻珠(漂珠)、厚壁及实心微珠(沉珠)、铁珠(磁珠)、炭粒、不规则玻璃体和多孔玻璃体等五大品种。其中不规则玻璃体是粉煤灰中较多的颗粒之一,大多是由似球和非球形的各种浑圆度不同的粘连体颗粒组成。有的粘连体断开后,其外观和性质与各种玻璃球形体相同,其化学成分则略有不同。多孔玻璃体形似蜂窝,具有较大的表面积,易黏附其他碎屑,且灰中含有较多的活性氧化铝和氧化硅等,具有较强的吸附能力,所以粉煤灰在水处理中的主要作用机理为吸附,其中也包括接触絮凝、中和沉淀与过滤截留等协同作用。可应用于废水的处理,对含重金属离子废水、有机废水、含氨氮废水、染料废水和生活污水均有很好的处理效果。3.1吸附由于粉煤灰含有多孔玻璃体、多孔炭粒,呈多孔性蜂窝状组织,比表面积较大,同时还具有活性基团,吸附活性高,因此粉煤灰处理废水的机理主要有物理吸附和化学吸附。物理吸附是指粉煤灰与吸附质(污染物分子)间通过分子间引力产生吸附,这一作用由粉煤灰的多孔性及比表面积决定,比表面积越大,吸附效果越好,未燃炭粒对物理吸附产生重要影响。化学吸附主要是由于粉煤灰存在大量铝、铁、硅等活性点,对水中多数带负电的胶体微粒能进行强有力的吸附,产生絮凝作用。再加上粉煤灰中含有助凝剂成分,如Ni、C0、As、Na、Li、Ca等,能促进其沉降。化学吸附特点是选择性强,通常为不可逆。在通常情况下,物理吸附和化学吸附作用同时存在,但在不同条件(pH值、温度等)下体现出的优势不同,导致粉煤灰吸附性能变化。有研究表明,比表面积大的粉煤灰吸附性能较好,并且发现粉煤灰在吸附过程中存在离子交换作用。3.2接触絮凝粉煤灰中的一些成分如CaO等,能与废水中的有机物质形成吸附一絮凝沉淀,吸附效果受到废水温度、pH值、投放量以及搅拌强度和搅拌时间等因素影响。废水中微粒浓度低且粒径很小,水中大于l微米的颗粒物质少,水中微细颗粒缺少起粘附作用的“絮凝核”。不加入粉煤灰时,沉淀絮体的粒度主要分布在10μm附近。而加入粉煤灰后,粒度有较明显的提升,主要分布在30～40μm附近,能够为细小的絮体的快速长大提供“吸附絮凝核”,提高絮体的粒度及密度进而加速其沉降,起到较好的助凝作用。3.3中和沉淀粉煤灰存在大量的硅、铝、铁等活性物质,能与吸附质通过化学键发生结合,使其可与吸附质通过化学键或离子键结合发生化学吸附作用,粉煤灰中的碱性物质可中和酸性废水,形成铁氧絮凝体,吸附其它有害物并沉淀。其中的铝盐、铁盐遇水后形成Al(H20)3+、Fe(H20)3+,并能解离出Al3+、Fe3+,这些络合物与水化膜的水分子作用被OH-取代,提高