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粉煤灰处理含铜废水的试验研究

文档作者：林立君1 贺君2 文档来源： 1．大庆石油学院秦皇岛分院 2．燕山大学环境与化学工程学院		点击数：	更新时间： 2025年04月26日
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粉煤灰综合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTILIZATIoN 2010 NO．4粉煤灰处理含铜废水的试验研究 Study on treating Copper—Containing Wastewater by fly ash林立君1，贺君2(1．大庆石油学院秦皇岛分院，河北秦皇岛066004；2．燕山大学环境与化学工程学院，河北秦皇岛066004)摘要：对粉煤灰处理含铜废水的各种因素进行了研究，结果表明：振荡时间为2h、粉煤灰投加量为39、废水pH值为中性或偏碱性等条件下，可使含Cu2+废水的去除率达到98．38％，且工艺简单，操作方便，成本低廉。关键词：粉煤灰；含铜废水；吸附中图分类号：X703．1 文献标识码：B 文章编号：1005-8249(2010)04-0025-03含铜废水主要来自冶炼、金属净化、电镀、印染、造纸等工业生产，其中离子态、络合态的铜，都无法生物降解，大量含铜工业废水如果不经处理直接排入河流、湖泊中不仅严重危害水生生物的生存，也会通过食物链积累进而威胁人类的生存，严重破坏生态系统。因此为了防止大量含铜工业废水危害生态系统，就必须在其排放前降低废水中铜的浓度。目前，国内外废水中铜的去除方法主要有化学法、离子交换法、膜分离法、吸附法、生物法等，使铜离子沉淀而去除达标。这些方法虽然有效，但成本很高。粉煤灰表面疏松多孔，比表面积大，表面能高，且存在着许多铝、硅等活性点，所以粉煤灰具有较强的吸附性能，其在污水处理中有着广阔的应用，如处理含He、H92+、Cr3+、印染等废水，方法简单，成本低廉¨qJ。本文主要研究在改变各种影响因素的条件下，粉煤灰对溶液中cu2+的去除效率。l粉煤灰处理含铜废水机理粉煤灰具有物理、化学吸附特性。物理吸附取决于粉煤灰的多孑L性和比表面积，比表面积越大，吸附能力越强。化学吸附主要是由于其表面具有大量Si．0一Si和A1—0一A1键与有一定极性的分子产生偶极一偶极吸附，或是阴离子与粉煤灰中次生的带正电荷的硅酸铝、硅收稿日期：2010-03-23第一作者：林立君{1976一)．女。讲师。主要从事固体废物资源化研究。酸钙、硅酸铁之间形成离子交换或离子对吸附。粉煤灰去除废水中有害物质主要是通过吸附，但在一定条件下，也有一定的絮凝沉淀和过滤作用"J。另外，粉煤灰是多种颗粒的机械混合物，孔隙率较大，因此，废水通过粉煤灰时，粉煤灰也能够过滤截留一部分悬浮物，但是粉煤灰的沉淀和过滤只能对吸附起补充作用。2 试验2．1试验材料(1)分析纯硝酸、柠檬酸铵、乙醇、双环己酮革酰二腙、硼酸、硫酸、盐酸、氢氧化钠、五水硫酸铜(用于配制含Cu“模拟废水)、中性红指示剂。(2)粉煤灰：取自于燕山大学燃煤锅炉的麻石水膜除尘器后(小于100目的占80％)，使用前，过筛去杂后烘干待用。其主要化学成分是SiO：，A1：0，，还含有一定量的CaO，Fe：0，等，这些成分具有吸附性。同时，粉煤灰呈多孑L性蜂窝组织，具有很大的比表面积，可作为一种固体吸附剂。2．2试验方法在250mL的锥形瓶中，加入150mL含铜废水和一定量的粉煤灰，改变振荡时间、粉煤灰投加量、含铜废水的浓度、溶液pH值、试验温度等参数进行试验，最后分别用0．45Ixm的滤膜将两相分离，取滤液2mL，采用双环己酮草酰二腙分光光度法(BCO比色法)进行Cu2+浓度的测定。·25·万方数据2010 NO．4粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION3结果与讨论3．1振荡时间与去除率的关系在室温为20。C，控制溶液pH值为5．5，分别称取19粉煤灰，投入到150mL含Cu2+分别为10mg／L、30mg／L、61 mg／L的若干烧杯中，并将其放在六联搅拌器上震荡。在震荡0．5，1．0，1．5，2．0，2．5，3．0h后，依次取出烧杯，用0．45Izm的滤膜将两相分离，测定结果如图l。由图1可见，当震荡时间达2 h，反应基本上达到平衡，原因是粉煤灰。吸附主要是物理吸附，吸篷附一定时期后，渐趋于饱和，吸附速度变慢，因此确定实验反应时间为2 h。3．2粉煤灰投加量与去除率的关系—{O骘，L．10哪／曲百l呻／L时间／lin图1震荡时间对去除率的影响在室内温度为20。C，控制溶液pH为5．5，分别将0．6，1．5，2．0，3．0，4．0，5．0，6．09粉煤灰投加到150 mL浓度为30 mg／L、61 mg／L的铜离子溶液中。在六联搅拌器上震荡，震荡2 h后停止震荡，用0．45斗m的滤膜将两相分离，测定结果如图2。从图2可知，粉煤灰对Cu2+的去除率随粉煤灰。的投加量的增加而增加。芒而当粉煤灰投加量达39篓时，去除率达到80％，以粕后去除率渐渐趋于平缓，由此确定粉煤灰投加量图2粉煤灰投加量对去除率的影响为39。3．3舍铜废水的浓度与去除率的关系分别配制浓度为1．95，3．91，7．81，15．63，31．25，62．5，125．O，250．0，500 mg／L的Cu2+溶液。分别取39粉煤灰投入到150 ml的上述溶液中，于pH为5．5时在六联搅拌器上震荡2 h(室温20℃)，用O．45¨m的滤膜将两相分离，测定结果如图3。·26·浓度／mg／L图3废水浓度对去除率影响由图3可知，随浓度的降低，去除率增高，说明低浓度有利于Cu2+的吸附。3．4 pH值与去除率的关系在锥形瓶中分别加入pH值为1．5，2．7，5．0，7．0，8．0，9．0，10．5，浓度为61 mg／L的模拟废水150 mL，加入粉煤灰3 g，振荡2 h，用0．45¨m的滤膜将两相分离，测定结果如图4。由图4可知，去除率随溶液pH值升高而增1器大，当溶液pH值达到，哿7．0，去除率较高，且当溶蓊液pH值的继续升高时去2t。0除率变化不大，而当溶液pH值超过10．5时，去除 图4 pH值对去除率的影响率有下降趋势。原因是粉煤灰中的活性成分主要是一些碱性物质，在强酸性环境中，溶液中H+会使这些碱性氧化物失活，从而使粉煤灰对cu2+的吸附能力降低，pH值过高，会形成沉淀物，也不利于吸附，因此pH值应控制在中性偏碱性范围。3．5温度与去除率的关系在6个锥形瓶中分别加入浓度为61 mg／L的模拟废水150 mL，在pH为5．5的条件下，在温度分别为IO。C，20"12，30。C，40"12，50。C时，加入粉煤灰3 g，振荡2h，用0．45肛m的滤膜将两相分离，测定结果如图5。由图5可知，去除率随温度升高而增大，并且当温度为室温时，去除率可达到90％左右；考虑到实际操作方便，因此温度确定为室温。3．6粉煤灰吸附等温式的测定温度／℃图5温度对去除率的影响在室温20℃下，将3．0粉煤灰加入150 mL不同浓度的废水中，进行振荡吸附，测得平衡吸附量Qe和平衡浓度Ce。以Ce／Qe为纵坐标，Ce为横坐标作图，得到吸附等温 Ce／ag／L线，如图6。 图6粉煤灰吸附Cu2+的吸附等温线(下转第30页)万方数据2010 NO．4粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATloN除甲基橙的效果略好，在较短的时间内能够达到较高的去除率。2．4 透水砖脱色作用的机理探讨透水砖含有炉渣和水泥材料，去除工业废水中污染物的过程较复杂，与其物理结构、化学成分，废水性质(pH值、有机物组成等)等因素有关。根据目前的有关资料H]，主要是炉渣的作用：吸附、中和及絮凝沉降作用，水泥也存在一定作用，但相当复杂。炉渣具有多孔结构，孔隙率达50％～60％，比表面积较大，炉渣中含有的残炭10％一30％，这些残炭具有活性炭的性质，即具有较强的物理和化学吸附作用。而中和、絮凝作用是由于炉渣中含有的CaO、MgO、Fe203、A1203、K20、Na20等碱性氧化物，溶解进入废水中，提高废水的碱度，可中和酸性废水的酸度；炉渣在被中性水浸泡35—65min后，被溶出的铝达到22．5—53 mg／L，铝在水中形的氢氧化物絮凝剂，能对废水中有机物、重金属、悬浮物起絮凝作用，加强其澄清沉降效果，此外炉渣中的部分无机粉尘对废水也有混凝作用。一般认为炉渣基透水材料(透水砖)对染料废水的脱色作用主要是吸附作用。3结论炉渣是一种良好的吸附介质，对工业废水中的有机物，重金属离子、悬浮物(ss)、酸性物、色度有良好的吸附和中和能力。本试验采用炉渣基透水材料(透水砖)以炉渣为骨料，水泥为粘合剂制成固态透水材料，有效避免了粉体、渣体材料在水处理中产生较高浊度的问题；减少了后续沉淀分离工序。研制出的炉渣基透水材料保持了良好的吸附能力：在处理甲基橙和酸性铬蓝K时，有明显的脱色效果，测得一次性透过的去除率分别达到70．5％和75％。同时也可应用于其他工业废水的前处理和深度处理，并可在一定程度上代替活性炭，因而不仅使资源得到充分利用，而且降低了工业废水处理的成本费用。吸附饱和后的炉渣可进焚烧炉焚烧，可以消除对环境的二次污染。但透水砖也存在一些问题：其基本原料一炉渣和水泥都具有碱性，特别是水泥的碱性很强，对于处理酸性废水是有利的，可以起到中和作用，也可以有效地去除重金属阳离子，但是对于弱酸性水体或者中碱性水体来说，使用初期的出水pH往往会比较高，需要后续pH调节工序；当提高透水砖的透水能力会导致截留效果的降低，污染物的去除率也降低。所以，在实际应用中必须综合考虑这些因素，根据机械强度、污染物去除率等要求来调整透水材料的原料配比和制备工艺。参考文献[1]楚素珍，李德喜．煤灰渣吸附法处理磷化生产线废水中COD、zn2+[J]．污染防治技术，1995，8(4)：276．(2] 阎存仙，周红，李世雄．粉煤灰对染料废水的脱色研究[J]．环境污染与防治，2000，22(5)：3—6．[3] 卢声，炉渣对3种染料的脱色作用[J]．辽宁化工，2009，38(4)：246—247．[4] 邓书平．正交方法研究改性粉煤灰吸附处理造纸废水[J]．粉煤灰综合利用，2009(5)：41—43．(上接第26页)由图6可知，在试验浓度范围内，Ce／Qe与Ce有良好 (5)粉煤灰对Cu2+的吸附符合Langmiur模型。的线性关系，表明粉煤灰对cu2+的吸附符合Langmiur参考文献俣-／42"型。1。‘ ’一4结论(1)震荡时间为达到2h，去除率达到较高水平，随着震荡时间的增加，去除率变化不大。(2)Cu2+的去除效果受投加粉煤灰的量的影响，当投加量达到39后去除效率趋于稳定。(3)粉煤灰对cu2+的去除效果受到溶液pH值的影响，在pH达到7时去除率已经达到很高，当溶液pH值超过10以后，Cu2+的去除率有所下降。(4)溶液温度的变化对cu2+的去除率影响不大。．30·[1] 胡巧开．含铜废水的吸附处理研究[J]．冶金能源．2005，24(2)：59_62[2] 于立竟．粉煤灰的火法改性及其在废水处理中的应用[J]．矿物岩石地球化学通报，2006，4(25)：344—347[3] 塞汉胡尔，姚婕．粉煤灰的处理与综合利用[J]．内蒙古环境保护，2004．16(4)：21—23[4] 王小高，冯有利。何德海．改性粉煤灰在废水处理中的应用[J]．桂林工学院学报，2007，27(2)：245—248[5] 曾芳，朱洪涛，张慧敏．粉煤灰处理含铜废水的正交实验[J]．华北电力大学学报，2003，30(6)：94—96

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