脫硫灰改性后作混凝劑處理磷化廢水

　　脫硫灰是一種硅鋁酸鹽物質(zhì)，屬于燃煤火力發(fā)電廠產(chǎn)生的固體廢棄物，由火電廠產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過脫硫而得，其主要成分為氧化鋁和二氧化硅。從微觀結(jié)構(gòu)上來看，脫硫灰內(nèi)部呈現(xiàn)多孔蜂窩結(jié)構(gòu)，因此脫硫灰可以通過吸附作用除去水中雜質(zhì)。從化學(xué)反應(yīng)方面來看，由于脫硫灰內(nèi)主要成分為氧化鋁和二氧化硅，以及鈣和鐵的氧化物，例如CaO，因而脫硫灰的化學(xué)反應(yīng)活性較強(qiáng)，其遇酸后可以產(chǎn)生Al3+，Ca2+等陽離子，并與液體中的陰離子結(jié)合生成不溶性鹽而析出，進(jìn)而凈化廢水。綜合來說，脫硫灰可通過物理化學(xué)吸附處理廢水。然而，將脫硫灰直接作為水處理混凝劑投入應(yīng)用時，處理的效果尚未達(dá)到理想狀況。為進(jìn)一步提高脫硫灰在廢水處理中的處理效率，本研究以電廠脫硫灰為原料，并使用硫酸與鹽酸對其進(jìn)行改性處理，最后通過試驗驗證改性后的脫硫灰處理磷化廢水的能力。

　　1、試驗過程及方法

　　1.1 試驗用材料

　　1.1.1 試驗用脫硫灰

　　取自電廠粉煤灰經(jīng)增添加劑配比后作為電廠煙氣凈化后的脫硫劑，即脫硫灰，其化學(xué)組成見下表1。

　　從上表可看出，該脫硫灰中，SiO2與Al2O3的總含量大于60%，這兩種物質(zhì)是水處理中混凝劑的主要成份。

　　1.1.2 改性脫硫灰的制備

　　改性用試劑A：硫酸，1mol/L;試劑B：鹽酸，1mol/L;分別將100g粒狀脫硫灰磨細(xì)至200目后加入到500mL各類酸溶液中，然后在室溫下以200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，將過濾后的脫硫灰烘干作為水處理藥劑。

　　1.1.3 試驗用水樣

　　取自某公司磷化廢水，其水質(zhì)如表2所示。

　　1.2 試驗方法

　　向磷化廢水中投加一定量的改性脫硫灰，調(diào)節(jié)pH值，先快速攪(200r/min)10min，再慢速攪(100r/min)15min，然后靜置30min，取上清液測定在700nm波長處的吸光度值，并得出磷酸鹽濃度。

　　2、除磷效果試驗結(jié)果

　　2.1 硫酸改性脫硫灰除磷試驗

　　試驗中分別向六只燒杯中投加不同量的粉狀硫酸改性脫硫灰，以相同攪拌強(qiáng)度在六聯(lián)定時攪拌器上攪拌、反應(yīng)，其結(jié)果見下表3和圖1所示。

　　從上試驗結(jié)果可以看出，用硫酸改性后的脫硫灰對磷化廢水除磷效果顯著，隨著脫硫灰投加量的增加，磷酸鹽的去除率隨之提高。當(dāng)投加量達(dá)到10g/L時，其去除率達(dá)到94%以上，出水磷酸根濃度為0.72mg/L，當(dāng)再增加投加量時，去除效果提升幅度較小。因此，脫硫灰投加量取10g/L為宜。

　　2.2 鹽酸改性脫硫灰除磷試驗

　　采用鹽酸改性后的脫硫灰作混凝劑，其他試驗過程同上，試驗結(jié)果見表4和圖2。

　　從上圖表中試驗數(shù)據(jù)可見，采用鹽酸改性后的脫硫灰作混凝劑，其凈水趨勢與硫酸不同，隨著脫硫灰投加量的增加，開始反應(yīng)效果較好，去除率呈升高態(tài)勢，當(dāng)投加量為15g/L時，處理出水中的PO43-濃度為0.65mg/L，去除率為95%。當(dāng)投加量處于15～50g/L時，出水PO43-濃度隨投加量變化不明顯。當(dāng)投加量達(dá)到50g/L以上時，隨投加量增加，出水PO43-濃度反而有所升高。綜上所述，最佳投量在15g/L較合適。

　　2.3 對色度的去除效果試驗

　　試驗中分別采用硫酸和鹽酸改性后的脫硫灰作混凝劑進(jìn)行脫色試驗研究，其試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果見圖3所示。其中A代表硫酸改性脫硫灰，B代表鹽酸改性后脫硫灰。

　　水樣pH值為8時不同改性后的脫硫灰對磷化廢水色度的試驗結(jié)果表明，兩種改性脫硫灰均具有較高的脫色效率。上圖3結(jié)果表明，兩種脫硫灰對色度的去除效率都隨其投加量的變化而變化，當(dāng)脫硫灰投量較少(≤10g/L)時，脫色效率隨脫硫灰投量增加迅速提高;A型在投加量為20g/L時，其脫色效率可接近90%，而B型脫色效率達(dá)到90%時，其投加量至少要達(dá)到40g/L，隨后當(dāng)再增加投藥量時對色度去除貢獻(xiàn)不大。由此可見，A型脫色效果優(yōu)于B型，故脫硫灰投量以20～40g/L為宜。對于其他類水質(zhì)，需做現(xiàn)場試驗以確定其投加量。

　　3、試驗結(jié)果分析

　　上述試驗顯示，改性后的脫硫灰對磷化廢水的除磷、脫色具有較好的效果，其作用機(jī)理主要有以下幾個方面：

　　(1)脫硫灰產(chǎn)生及制作過程與活性炭相似，故其比表面積較大、表面能高，且存在著許多鋁、硅等活性點(diǎn)，如Si-O-Si鍵、Al-O-Al鍵與具有一定極性的有害分子產(chǎn)生偶極-偶極鍵的吸附，脫硫灰中次生的帶正電荷的硅酸鋁、硅酸鈣和硅酸鐵與PO43-和發(fā)色基團(tuán)等陰離子之間可形成離子交換或離子對的吸附，因此具有較強(qiáng)的吸附能力。

　　(2)脫硫灰中(SiO2+Al2O3)總含量大于60%，其中的硅鋁成分能與廢水中的有害物質(zhì)作用使其絮凝沉淀，與脫硫灰構(gòu)成吸附-絮凝沉淀協(xié)同作用。

　　(3)改性脫硫灰是在酸性條件下制備的，故溶出的Ca2+離子能夠與PO43-生成沉淀。此外，用酸性活化后的脫硫灰中還含有Al2(SO4)3、FeCl3、AlCl3、Fe2(SO4)3、H2SiO3等成分，其中Al3+、Fe3+等都能形成多核羥基絡(luò)合離子，它對PO43-離子有吸附和絡(luò)合作用，對水中的懸浮物具有一定的脫穩(wěn)作用，而聚硅酸的橋連網(wǎng)捕可將細(xì)小的膠粒聚集成大的絮團(tuán)或礬花而迅速沉降。

　　綜上所述，改性脫硫灰的除磷、脫色是電解質(zhì)的脫穩(wěn)凝聚作用、硅酸凝膠等高聚物的助凝作用以及脫硫灰顆粒的吸附、沉淀作用等協(xié)同作用結(jié)果。

　　4、結(jié)論

　　本研究使用硫酸與鹽酸對脫硫灰進(jìn)行改性處理，并通過試驗驗證了改性后的脫硫灰處理磷化廢水的能力。試驗結(jié)果表明，向磷化廢水中添加10g/L經(jīng)過硫酸改性處理后的脫硫灰，廢水中磷酸鹽的去除率即達(dá)到94%以上，出水PO43-濃度為0.72mg/L，向磷化廢水中添加15g/L鹽酸改性處理后的脫硫灰，廢水中磷酸鹽的去除率即達(dá)到95%以上，處理后的廢水中PO43-濃度為0.65mg/L。兩種改性方法得到的改性脫硫灰均對磷化廢水中的磷酸鹽有較強(qiáng)的處理能力。同時，由于脫硫灰為燃煤火電廠產(chǎn)生的固體廢棄物，獲取成本較低，因此，該種改性脫硫灰在處理磷化廢水中，有較大的工程應(yīng)用價值。(來源：煤科集團(tuán)杭州環(huán)保研究院有限公司)