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《胶体与表明化学》之固体吸附剂作业-1-粉煤灰在环境污染处理中的应用陈敬燕（华南师范大学化学与环境学院环境科学系，广东广州，510006）摘要随着中国电力工业的迅速发展，粉煤灰的产生量越来越多，对环境造成了污染。本文介绍了粉煤灰在污染治理中的应用，着重阐述了粉煤灰作为吸附剂、絮凝剂、助凝剂在废水处理中的应用现状，提出了粉煤灰的应用前景。关键字粉煤灰处理应用TheApplicationofcoalashinpollutiontreatmentChenJingyan(SouthChinanormalUniversity,Guangdong,510006,China)AbstractElectricpowerdevelopedveryquicklyinChina,moreandmorecoalashwasproduced,anditpollutedenvironment.Theapplicationofcoalashinpollutiontreatmentwasintroduced,andpresentapplicationofcoalashassorbent,flocculateandaid-flocculateandthepresentingproblemswereexpounded,researchdevelopmentofcoalinpollutiontreatmentwereputforward.Keywordscoalashtreatmentapplication前言粉煤灰是燃煤过程中产生的一种固体废弃物,随着能源需求量的增加,粉煤灰产量也与日俱增，其产生量一般占到燃煤量的10%～50%。其主要危害有:①污染大气环境：堆存及回填用的粉煤灰虽然用管道输送,并利用冲灰水、回收水进行喷洒以防止灰尘二次飞扬,但还是对周围大气环境产生污染,特别是春、秋季节,气候干燥,降尘量增大。②水体污染：一部分冲灰水溢流外排至江河,经监测,外排水中悬浮物质量浓度较大,对江河水质造成一定的污染。③污染土壤。堆存粉煤灰要占用土地,因雨水淋溶和渗透作用,会对地下水和土壤造成污染。④耗资大。一般要投资安装正压气力输灰系统,将粉煤灰输送到灰场；投资铺设管道对灰场喷洒水；每天用卡车将灰运至灰场；配备管理人员等[1]。1粉煤灰的物理化学性质粉煤灰是从发电厂等煤燃烧的烟气中收集下来的细灰，是一种大小不等，形状不规则的粒状体，一般为银灰色和灰色，颜色较黑的粉煤灰含碳量较高，粗颗粒所占的比例较大。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5～300μm，属于火山类物质,能发生火山类反应。其化学成分因燃料种类、燃烧方式以及燃烧温度的不同而异,主要为二氧化硅和三氧化二铝,约占75%以上,其余为氧化铁、氧化钙、微量的镁、硫、磷、钾、钠、钛的氧化物以及稀有金属氧化物和有毒物质。它具有一定的吸附能力,其物理性能包括颗粒组成、干密度、含水量、透水性、抗剪性等,都有具体表现和具体参数[2](见表1、表2)。《胶体与表明化学》之固体吸附剂作业-2-粉煤灰具有较大的比表面积，具有固体吸附剂性能，因此，可以利用粉煤灰的吸附性能，广泛使用于环境污染治理中，达到变废为宝的目的。2利用粉煤灰吸附烟气中低浓度SO2经济的发展和能源的消耗,使大气中的SO2与日俱增,对环境和人体健康带来了严重危害。据国家环保总局2004年3月25日公布的全国环境质量状况,在2003年度监测的487个市、县中,出现酸雨的城市有265个,占54.4%,湖南省怀化和吉首、浙江省温州、江西省抚州4个城市酸雨频率超过95%。因此,应该合理地研究和选择烟气脱硫方法和工艺,利用一些废弃物作为脱硫剂是脱硫、以废治废和可持续发展的重要课题。近年来,许多人相继研究和报道了用粉煤灰作吸附剂进行烟气脱硫,但脱硫效果不是很理想。湖南大学环境科学与工程系在总结前人经验的基础上,利用粉煤灰吸附烟气中低浓度SO2,获得成功。他们把粉煤灰用煅烧碱溶—消化法制成改性粉煤灰,以提高它的活性、增加其比表面积、使可溶出的硅铝含量增加,同时增加它的吸附能力。其物理参数与原状粉煤灰、市售一级活性炭物理参数的比较见表1。改性后的粉煤灰的比表面积介于原状粉煤灰与市售活性炭之间,其真密度达到1.67g/mL,而假密度却只有0.36g/mL,这就充分说明了改性后的粉煤灰的空隙率很高,从表3中也可以看出改性粉煤灰的孔隙率达到78.22%,是一种良好的吸附材料。表3改性粉煤灰、原状粉煤灰、市售一级活性炭物理参数比较[1]3粉煤灰在废水处理中的应用一些专家的研究成果表明,在废水处理中应用粉煤灰,是一种以废治废,综合利用的好手段。废水的吸附处理是利用多孔性固体(吸附剂)吸附废水中某种或几种污染物,从而使废水得到净化。同时,废水中的某些污染物往往以胶体的形式存在于水体中,通过投加混凝剂消除或降低水体颗粒的相互排斥作用,使水中胶体颗粒易于互相碰撞和附聚搭接而成为较大的颗粒或絮体,进而从水体中分离出来,这是一种很有效的处理方法。粉煤灰作为一种松散多孔且比表面积较大的固体颗粒,具有较大的比表面积和静电吸附作用，用作废水处理中的吸附剂或混凝剂净化废水，对COD、BOD5、色度重金属等都有较好的去除作用，它富含铝、铁等元素，经过化学浸取能够从粉煤灰中浸取铝和铁元素，并能在粉煤灰颗粒表面产生更多的活性通道。浸取的活性Al3+、Fe2+和活性硅酸，经相应的聚合复配处理后，可代替传统的聚合铁、铝等混凝剂而成为一种新型高效的絮凝剂；此外，粉煤灰在絮凝过程中有协同效应，作为助凝剂，粉煤灰为絮凝提供了凝聚晶核，为絮体的迅速长大创造了条件。又因粉煤灰本身密度大，当粉煤灰颗粒卷入矾花后，能增加絮体的密度，加速矾花的沉降速度。因此，粉煤灰作为吸附剂、絮凝剂、助凝剂在水处理中有着广泛的用途。《胶体与表明化学》之固体吸附剂作业-3-3.1粉煤灰处理城市生活污水利用粉煤灰处理城市生活污水，COD去除30%～50％，BOD可更高一些，色度90％~98%，重金属30%～90％（视重金属种类而异），对无机磷、有机磷也有相当的去除作用。如哈尔滨马家沟粉煤灰处理城市生活污水示范工程，投资300元/m3，投资仅为二级生物处理法的1/3，运行费用仅为其1/5。3.2粉煤灰处理重金属废水据报道[3]：粉煤灰对于Hg(Ⅱ)的吸附效果甚至比活性炭好，去除率可达99.99%,处理费用约为0.4元/t左右。废水达标后，可直接排放，无二次污染，达到以废治废的目的。此外，粉煤灰在适宜条件下对Gu（Ⅱ）的去除率十分有效。利用改性粉煤灰作吸附剂对淀粉、含油、制革、染色、重金属废水处理效果很好，且处理成本低廉。用盐酸浸泡粉煤灰联合亚铁离子处理电镀废水中的重金属离子，平均去除率较高。日本利用粉煤灰的凝硬特性和吸附特性，将其制成新中和剂处理含铁、锰、锌等重金属的矿山废水。试验表明，与消石灰相比，其用量较少，达到预定pH值的时间少2倍以上，产生的中和沉淀物的数量减少12％。对粉煤灰进行表面处理或与其他药剂复配后将具有更好和更广的适用性。3.3粉煤灰处理染色废水隋智慧[4]研究发现粉煤灰基混凝剂投加量在60～80mg/L时pH值为6～9，脱色率可达85%以上，在适宜pH范围内，粉煤灰基混凝剂的混凝脱色效果明显优于Al2(SO4）3和FeCl3混凝剂。哈尔滨已建成4000t/d规模的印染废水粉煤灰脱色工业装置（采用固定床吸附过滤运行方式）。3.4粉煤灰处理造纸、化纤废水造纸工业废水净化试验表明,利用粉煤灰的吸附特性处理造纸废水,COD去除率可达85%,色度去除率95%,悬浮物去除率97%，BOD5、SS、pH、色度（经合适的工艺处理）等指标均能达到国家一级排放的要求。利用塔式吸附装置,以不同比例的粉煤灰、工业煤渣和泥炭混合组成的半煤渣吸附剂对造纸黑液进行吸附处理,得出的结论是:半煤渣吸附剂对造纸黑液中的污染物具有较强的吸附性,且处理工艺简单实用。对于瓦楞纸生产废水可采用粉煤灰、聚合硫酸铁为水处理剂,经过处理的废水可全部回用。我国保定地区建立了粉煤灰处理造纸、化纤废水的示范工程，对废水中COD、BOD5、色度的去除率分别为74%、85%、94%[5]。3.5粉煤灰处理含氟废水实验发现,含氟废水浓度为100～400mg/L，粉煤灰对氟的吸附去除率为50％～60％，除氟后的饱和灰烧制成砖块,对环境不会造成二次污染，故可用于高氟水的预处理。又研究发现1kg粉煤灰处理含氟190mg/L的污水，氟去除率可达80％以上。3.6粉煤灰处理含油废水郝志涛等[6]利用粉煤灰吸附去除采油废水中的石油类和COD，去除率分别为70～80％和20％左右。用粉煤灰处理废乳化液、电厂含油污水，除油率可达99％以上，取得了良好的经济效益、环境效益和社会效益。3.7含铬废水处理电镀生产工艺中产生的含氰、含铬电镀废水对环境的危害很大,利用粉煤灰的吸附特性可以对其进行很好地处理。研究表明,可行的处理方法有硫酸亚铁—粉煤灰法、采用腐蚀电池原理的铁屑—粉煤灰法、直接粉煤灰法。另外,用粉煤灰的浮选炭制得颗粒活性炭,对六价铬废水进行净化处理,效果也很好。3.8其它废水处理利用粉煤灰的吸附作用,可以有效地进行其它废水的治理,如富营养化废水、中药废水、含二价铁离子的酸性矿井水、含砷废水、酚醛树脂生产中的含酚废水等。4粉煤灰应用前景《胶体与表明化学》之固体吸附剂作业-4-综合利用粉煤灰可减少堆灰场占地，防止对水体、大气环境造成污染，又可作为一项原料来利用，创造明显的经济效益。据初步估算，每利用1万t粉煤灰，可为火力发电厂节约征地200m2，减少灰场投资运行费2～8万元，节约运灰费2～5万元[7]。经加工处理后的分选灰或磨细灰可作为商品出售，可得赢利。利用粉煤灰还可降低用灰单位的生产成本，增加利润。粉煤灰来源广泛,价格低廉,制备工艺简单,根据粉煤灰的物理化学特性来处理废水,达到了以废治废的目的，这也是粉煤灰资源化的途径之一。提高粉煤灰的吸附能力,考虑灰水分离后的再利用和处理问题,防止二次污染,开发综合处理方案,使粉煤灰和其它废物同时进行处理,提高产业的附加值已成为现在研究的重点。随着广大科研人员对粉煤灰研究的深入,粉煤灰在污水处理中的应用将上一个新台阶。当前我国能源仍以燃煤为主,粉煤灰的排放量越来越大,利用改性粉煤灰处理废气和废水,符合我国的可持续发展方针,具有良好的社会效益和经济、生态效益。可以预见,粉煤灰在污水处理中的应用必将有着更为广阔的前景。参考文献：[1]欧阳培.粉煤灰的综合利用研究.再生资源研究.2004年第5期[2]刘兴德,牛福生,倪文.粉煤灰的资源化利用现状与研究进展.建材技术与应用.2005.1[3]王代芝,赵艳萍.粉煤灰处理含汞废水的研究［J］.化学与生物工程,2004(6)：49～50[4]隋智慧.粉煤灰基混凝剂处理印染废水［J］.印染,2004（20）:11～13[5]程爱华,姚改焕,路瑞.粉煤灰在水处理中的应用.中国资源综合利用.2005.7（7）[6]郝志涛,吴静,陆正禹等.粉煤灰对采油废水中污染物质的吸附研究［J］.化工环保,2004,24（增刊）：341～344[7]耿春香,路帅.粉煤灰的环境污染与综合利用.上海环境科学.2004,9
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