粉煤灰处理印染废水技术研究

介绍了粉煤灰处理废水的机理及其在处理印染废水中的应用情况。指出粉煤灰作为1种新型水处理剂处理印染废水，具有效果好、原料来源广泛、价格低廉、运行管理简单、占地少、以废治废、节约资源等优点。
粉煤灰为1种工业固体废弃物，具有表面疏松多孔、比表面积大等特性，包括有活性基团和吸附性能的化学成分以及矿物成分(SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3和未燃炭，少量K、P、S、Mg等化合物和Cu?Zn等微量元素)，比重211～214，容重500～1000 kg/m3，粒度4900孔/cm2，余量3% ～20%，比表面积2000～4000 cm2/g。据资料统计，目前发达国家的粉煤灰利用率较高，其中德国利用率为65%，法国为75%，英国为46.2%，日本为100%。现在我国每年排放粉煤灰量超过1亿t，大量粉煤灰堆积于灰场，不仅占用了大量的土地资源，而且对环境造成了严重污染，如不加处理，会成为扬尘而污染大气，排入水系会使河流堵塞，其中某些化学物质还会对人体和生物造成为害。若把粉煤灰看成1种资源开展综合利用，可变废为宝，达到经济、社会、环境的协调发展。应用粉煤灰处理废水，是1种以废治废、综合利用的好方式。
1 粉煤灰处理废水的机理
粉煤灰颗粒分为2类，一类是多孔碳粒，另一类是熔融的多孔玻璃体。后者富集了灰中的硅和铝，在形成过程中，由于部分气体逸出而具有开放性孔穴，表面呈蜂窝状；部分气体未逸出被裹在颗粒内形成封闭性孔穴，内部也呈蜂窝状。前者由于孔穴暴露在表面，具有吸附性能；后者的吸附性能则很小，需用物理或化学方法打开封闭的孔穴，以提高其孔隙率及比表面积。化学活化不但能打开孔穴，还能通过酸碱的作用使之生成大量新的微细小孔，增加比表面积和孔隙率。酸性或碱性激发剂可以破坏粉煤灰颗粒表面的坚硬外壳，使玻璃体表面可溶性物质与碱性氧化物反应生成胶凝物质，并使粉煤灰中的莫来石及非晶状玻璃相熔融，从而提高活性。因此，改性后的粉煤灰具有以下作用：
(1)混凝作用：高价正电荷的Al3+及Fe3+在适宜pH值条件下形成Al (OH)3及Fe (OH)3絮状沉淀，从而降低废水中的污染物；
(2)物理吸附作用：粉煤灰在较高温度下浸提后，表面更加粗糙，比表面积显著增加，表面价键的不饱和性加上所存在的大量含氧基团，使其对污染物有较强的吸附能力；
(3)助凝作用：粉煤灰本身呈碱性，对Fe (OH)3和Al (OH)3胶体形成有利。另外，其中的聚硅酸大分子具有较强的吸附架桥和网捕能力，能使难溶化合物及细小颗粒从水中分离出来。
2 粉煤灰处理印染废水技术
国内外对含染料污水的脱色方法进行了大量研究，但由于含染料污水类别复杂，造成了治理技术上的困难。近年来研究证明，利用粉煤灰可以对印染废水进行有效处理。肖羽堂等利用电厂粉煤灰与锅炉烟道灰作为吸附剂，代替活性炭对染料中间体二硝基氯化苯污水(CODCr451～986mg/L、色度400～850倍)进行处理。结果表明：在最佳静态条件下，取污水调pH值为2.0，投加烟道灰8%，处理时间为10min，污水CODCr为78～199mg/L、色度为50 ～110倍，CODCr去除率为79.8% ～82.7%、脱色率为87% ～89%。姜照原等报道了佳木斯纺织印染厂用粉煤灰治理废水的情况。该厂年用新水3.10×107t，排放废水1.02×107t，废水总排口COD为900mg/L、BOD为300mg/L、硫化物为2mg/L、pH值为11。吸附时间约4 h，每24 h换1次粉煤灰，两吸附池交替使用。处理后的废水水质COD为51mg/L、BOD为4mg/L、硫化物为0.1mg/L、pH值为7，去色率达100%。李长春将印染纺织废水以及该厂锅炉水膜除尘器所除下的粉煤灰和水的混合物混在一起进行污水处理，COD去除率基本稳定在85%左右，色度去除率高达95%，对悬浮物的去除效果最好为96.8%，3项指标去除效果都比较令人满意。隋智慧研究发现粉煤灰基混凝剂投加量在60～80mg/L、pH值为6～9时，脱色率可达85%以上；在适宜的pH值范围内，粉煤灰基混凝剂的混凝脱色效果明显优于A12(SO4)3和FeC13混凝剂。阎存仙等研究了粉煤灰对活性染料、酸性染料、直接染料、阳离子染料、硫化染料和还原染料的脱色能力，确定了脱色为91% ～99%时的工艺条件：加灰量0.04～0.08 g/mL，振荡吸附时间3 h，pH值2～10，废水浓度10～600mg/L。朱红涛等利用粉煤灰和过氧化氢联合处理印染废水，结果表明，该方法对印染废水脱色率达90%、COD去除率达70%，是1种良好的印染废水预处理剂。印度G SGupta等对去除水溶液中铬黄染料进行了试验研究，结果表明，低吸附浓度、小粒径粉煤灰吸附剂在酸性条件下有利于从溶液中去除铬黄染料。哈尔滨已建成处理规模4000 t/d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)。王金梅等采用浓度均为0.5mol/L的硫酸、双氧水、石灰、食盐作为改性剂，分别按1∶10的固液质量体积比与粉煤灰混合，制得4种不同的改性粉煤灰。pH值(11、改性粉煤灰加入量20 g/L时，相同条件下，双氧水改性粉煤灰处理染料废水效果最好，其次为石灰、食盐改性粉煤灰，硫酸改性粉煤灰的处理效果相对较差。经石灰改性的粉煤灰对染料废水中COD的去除率可达95%以上。朱洪涛用加熟石灰并升温活化法对粉煤灰进行改性，熟石灰与粉煤灰的质量配比为1∶9、活化温度500℃，改性后的粉煤灰对活性艳蓝染料废水的脱色率达98%以上，脱色率随吸附温度的升高而有所下降，说明低温有利于改性粉煤灰对活性艳蓝染料废水吸附脱色。闫雷等以改性粉煤灰HYL为混凝剂，投加量3.50～4.00 g/L，常温下沉降反应1 h，可使COD为850mg/L的印染废水中的COD降到170mg/L，色度降到4倍以下，达到国家行业排放标准。
3 结语
粉煤灰在处理印染废水中具有效果好、原料来源广泛、价格低廉、运行管理简单、占地少、以废治废、节约资源等优点。但目前用粉煤灰处理废水的研究大多局限于实验室研究阶段，而实际应用中工艺、设备和运行方式等还不成熟。还有几个关键问题亟待解决。
(1)进一步重视粉煤灰处理废水的过程机理及反应动力学等理论问题的研究。通过对粉煤灰中各种颗粒、各种矿物(炭粒)表面沉淀—溶解、吸附—解吸、氧化—还原以及磁致效应的研究，确定水处理工业应用的最佳工艺条件及应用范围，进一步提高产品的净水效果。
(2)提高粉煤灰吸附容量。通过各种方法提高粉煤灰的吸附容量一直是研究者关注的焦点，但至今仍未能很好解决，限制了粉煤灰在废水处理中的应用。粉煤灰改性以及与其他方法联合使用，可能是有效途径。
(3)研究和开发复合高效混凝剂。粉煤灰本身的吸附容量有限，需要改进其改性条件，制成高效粉煤灰混凝剂。但目前的研究面还较窄，一般是用酸处理或和硫铁矿烧渣复合，有待加强这方面研制开发的力度，提高其附加值，进一步扩大利用范围。
(4)吸附饱和灰的最终处置。一般人们只重视粉煤灰对废水的处理效果，对吸附饱和灰的最终处置未给予足够重视，饱和灰处置不当可能由于雨水淋溶而造成二次污染。加强对粉煤灰水处理药剂净水固体废弃物(污泥)综合利用研究，只有很好地解决这一问题，才能真正实现粉煤灰水处理剂的大规模工业应用。
(5)处理工艺的工业化技术问题，主要是灰水分离技术。目前除过滤法易实现灰水分离外，其他一些方法进行灰水分离都有一定困难，在某种程度上阻碍了该项技术的推广应用。
(6)处理后产生大量的污泥，而其中可能含有一些有毒有害物质如重金属离子，如不能很好地解决污泥的出路，将必然产生二次污染问题。