利用粉煤灰的吸附作用处理焦化废水

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1、利用粉煤灰的吸附作用处理焦化废水摘要: 焦化废水是一种高浓度、多组分的难降解工业废水，其中含有大量有毒有害的物质。随着人们环保意识的提高，其治理越来越受到重视。但是也正因为其含有的难生物降解的有机物，使焦化废水的治理成为废水处理领域的一大难题。利用粉煤灰作吸附剂， 结合石灰对焦化废水进行深度处理， 考察了pH 值、药剂投加量、吸附时间等因素对处理效果的影响， 得出最佳处理条件为: 废水pH 值为5 左右时， 每100 mL 废水中加入粒径为100目以上的粉煤灰15 g， 生石灰0。25 g， 吸附时间为1 h。处理后焦化废水的COD 可达污水综合排放标准(GB8978- 96) 中一级排放标准

2、， NH3- N 可达污水综合排放标准(GB8978- 96) 中二级排放标准。关键词: 粉煤灰； 再利用； 焦化废水； 深度处理； 吸附1、前言焦化废水是在煤制焦炭、煤气净化和焦化产品回收的过程中所产生的含芳香族化合物与杂环化合物的典型废水。有机污染物以酚类化合物为主,占有机污染物的一半以上,另外还有多环芳香族化合物和含氮、氧、硫的杂环化合物等;无机污染物主要以氢化物、硫氢化物、硫化物、氨盐等为主,属有毒有害高浓度有机废水,处理难度很大,尤其是未经脱酚蒸氨除油处理的废水,酚、NH3一N、油含量都很高,处理工艺复杂.运行费用高,而且最终出水COD、NH3一N、油难以达标排放。因此,焦化废水的大

3、量排放,不仅对环境造成严重污染,而且会直接威胁到人类的健康。许多物质不但难以生物降解,通常还是直接或间接的致癌物质。目前,对焦化废水的治理方法很多,有混凝法、吸附法、污泥法、湿式催化氧化法,三维三相电极处理等方法。国内外处理焦化废水主要依靠活性污泥法， 但效果不太理想， 近几年由于环保要求的提高， 特别是对废水中氨氮排放浓度提出了更高的要求。因此， 找到一种廉价可行的深度处理方法显得尤其重要。综合利用我市的粉煤灰，变废为宝。对于节约能源和原材料，提高资源的综合利用率具有十分重要的意义。通过实验检测粉煤灰的吸附能力，为以后对其性能进行改良做准备。粉煤灰是冶炼厂、化工厂和燃煤电厂排放的硅铝酸盐残渣

4、， 我国每年排放的粉煤灰超过1 亿吨， 且逐年上升。据有关报道1， 2 ， 我国目前粉煤灰的利用率不到30%， 大多用于筑路和建筑等。本研究回收利用粉煤灰， 结合石灰对某焦化厂的废水进行了深度处理， 此工艺依据以废治废的原则， 实现了资源的综合利用。2、文献综述：粉煤灰的用途非常广阔，不仅可以利用其吸附性处理废水，还可以生产建材产品、用作路基混合料、修筑路堤，建筑工程中用于砂浆和混凝土中作掺合料，也可以用于回填、改良粘性土壤，甚至从粉煤灰中还可以提取高附加值产品等。目前，我市粉煤灰的综合利用还是供作水泥原材料、路基混合料等。据景德镇发电有限公司初步统计，每年综合利用粉煤灰17万吨（其中干灰10

5、万吨、湿灰、灰渣7万吨），粉煤灰利用率为年排废渣总量的31%左右。其中，7万吨用于制砖和建筑工程砂浆惨和料，10万吨主要用于锦溪水泥有限公司生产水泥。景德镇市煤矸石和粉煤灰的综合利用率按当年产生的废弃资源的综合利用情况来计算，虽然达31%，但与发达地区和我省先进地区50-60%甚至90%的综合利用率相比，差距相当大。因此，开展两煤的综合利用技术的研究就显意义重大。1 实验部分1.1 主要仪器和试剂( 1) 实验仪器: 数字式pH 计、磁力搅拌器、恒温振荡器、锥回流装置、凯氏定氮仪、50 mL 酸式滴定管、秒表等。( 2) 试剂: 10%NaOH 溶液， 10%HCl 溶液， 粉煤灰， 石灰，

6、焦化废水( 氨氮含量为77。67 mg/L， COD为145。91 mg/L) 。1.2 检测方法氨氮: 滴定法(GB7478- 87) ；COD: 重铬酸钾法(GB11914- 89) ；1.3 实验内容( 1) 取一定量的粉煤灰， 去除块状大颗粒， 洗去油污后过滤、烘干， 磨碎后分别用80、100、140、160、200 目的铜筛筛分。( 2) 20 时， 取焦化废水100 mL， 置于250 mL的锥形瓶中， 加入一定量的粉煤灰和生石灰， 恒温振荡(振荡频率200 次/min) 一定时间后抽滤， 取样测定废水中剩余氨氮和COD 的浓度。2 结果与讨论2.1 最佳粉煤灰粒径的选择室温下，

7、在100 mL 焦化废水水样分别投加15 g筛分目数为80 以下， 80 100， 100 140， 140 160，160200， 200 以上的粉煤灰， 待与水样混合后再加入0。25g 的石灰， 恒温振荡吸附1 h， 水样pH 值为7左右。图1 结果表明， 粉煤灰的颗粒越细， 吸附氨氮的效果越好。这是因为粉煤灰具有多孔性结构， 其物理吸附效果主要取决于粉煤灰的多孔性及其比表面积3， 4。粉煤灰的颗粒越细， 其比表面积越大， 吸附效果越好。但是， 粒径大于100 目之后， 粉煤灰对COD的去除率降低， 氨氮的去除效果也趋向稳定。在该实验范围内， 粉煤灰粒径为100140 目时， 氨氮和COD

8、 去除率达到最高， 吸附效果最佳。粒径( 目)2.2 pH 值对粉煤灰处理效果的影响室温下， 分别取100mL 焦化废水， 用盐酸和NaOH溶液调节至不同的pH 值后， 加入15 g 粒径为200目的粉煤灰和0。25 g 的石灰， 恒温振荡吸附1 h， 考察水样pH 值对粉煤灰处理效果的影响。由图2 看出， 水样pH 值对粉煤灰吸附效果影响很大， 偏酸性条件下可达到较好的去除氨氮和COD 的效果。这是因为在酸性条件下， 粉煤灰次生的带正电荷的硅酸铝、硅酸钙、硅酸铁之间， 可形成离子交换或离子对的化学吸附6 ， 这对氨氮和COD 的去除更有效。在pH 值为5 左右时， 氨氮的去除率最高达74。4

9、8%， 含量由77。67 mg/L 降至19。8 mg/L， 达到了国家工业废水二级排放标准(GB8978 - 1996)， 此时COD 的含量仅为49。8 mg/L， 可达到国家工业废水一级排放标准(GB8978 - 1996)。由于原水样pH 值约为7 左右，采用粉煤灰吸附处理废水时应调节pH 值至5 左右可以达到较好的处理效果。pH 值图2 pH 值对粉煤灰处理效果的影响2.3 粉煤灰最佳加入量的确定分别用不同量的粉煤灰吸附处理100 mL 的水样， 石灰加入量为0。25 g， 均在室温下， 恒温振荡1 h，抽滤， 测定水样中剩余氨氮和COD 的浓度。实验表明， 粉煤灰的加入量对吸附效果

10、有明显影响。由图3看出， 随着粉煤灰加入量的增加， 氨氮和COD 的去除率趋于增大。但当粉煤灰加入量大于15 g 时， 氨氮去除率开始降低。在投加量为15 g 时， 氨氮去除率达到最高， 含量可降为35。62 mg/L， 此时， COD 的含量降为85。57 mg/L， 已达到国家工业废水一级排放标准(GB8978 - 1996)。考虑到粉煤灰量过大会造成反应池体积大， 土建成本较高， 同时淤泥量大。因此， 试验选择100 mL 水样中粉煤灰的最佳加入量为15 g。粉煤灰的加入量( g)图3 粉煤灰的加入量对废水处理效果的影响2.4 吸附时间对粉煤灰处理效果的影响室温下， 分别用15 g 粉煤

11、灰和0。25 g 石灰在恒温振荡器上吸附处理100 mL 废水水样， 用30、60、90、120、150 min6 个时间段， 均不调节水样pH 值，抽滤后测定水样中剩余氨氮和COD 浓度。粉煤灰基本以大孔径为主， 在持续振荡条件下， 污染物能较快地在大孔隙内扩散； 随时间的增加， 污染物可由大孔径扩散进入小孔径的孔隙。图4 所示的实验结果表明， 随着吸附时间增加， 氨氮去除率趋于增大， COD去除率逐渐下降， 而处理后COD 的含量均降在100mg/L 以下， 达到了国家工业废水一级排放标准(GB8978- 1996) 。吸附处理60 min 后， 氨氮即可降低至40 mg/L 以下， 达到

12、了国家工业废水三级排放标准(GB8978- 1996) 。由于随着吸附时间继续增加，COD 去除率不断下降， 故选择吸附时间为60 min。吸附时间(min)2.5 生石灰加入量的确定取焦化废水100 mL， 加入15 g 粉煤灰， 再分别加入0。05、0。15、0。25、0。35、0。45、0。5 g 的石灰， 在室温下恒温振荡吸附60 min 后， 静置， 测得水样中氨氮和COD 的含量如图5 所示。由图可以看出， 石灰加入量为0。25 时， 氨氮的去除率最高， 其含量可降低至37。18 mg/L， 达到了国家工业废水三级排放标准(GB8978- 1996) 。随着石灰加入量的增加， 氨氮

13、去除率降低， COD 的去除率趋于稳定。因此， 试验选择100 mL 水样中石灰的最佳加入量为0。25 g。3 结论( 1) 粉煤灰生石灰组合工艺对废水中的氨氮具有较强的吸附作用。在100 mL 焦化废水中， 粉煤灰的最佳用量为15 g， 生石灰的最佳用量为0。25 g，粒径范围在100 目以上的粉煤灰对氨氮的去除率最高， 由于粉煤灰中100 目以上的颗粒占70%以上，出于经济目的， 可以直接用未筛选的粉煤灰作为吸附剂。pH 值在5 左右， 氨氮去除效率在70%以上。振荡时间以1 小时为宜。( 2) 此工艺可有效处理焦化废水， 废水经该工艺处理后， 水样中氨氮浓度由77。67 mg/L 降至2

14、5 mg/L 以下， 可以达到国家工业废水二级排放标准(GB8978 - 1996) ， COD 的含量均降至100 mg/L 以下， 达到了国家工业废水一级排放标准(GB8978 -1996) 。可见， 粉煤灰具有相当大的吸附能力， 将其回收利用于废水处理方面具有广阔的应用前景， 少量石灰的加入可以减少粉煤灰的用量， 调节废水的酸性处理环境， 使得出水pH 值为8 左右， 而且加强了氨氮的去除效果。4、结果与讨论以及建议通过一周的实验，我感觉自己学到不少东西，焦化线各种废水的水质取决于焦化工艺，故应深入调查，在对污染源做细致分析的基础上精心地设计。设计时应注意以下几个问题：焦化废水水量和水质

15、变化大，有的废水处理工程在设计时对水量、水质均衡和分质预处理重视不够，造成系统运行不稳定甚至不能正常运行。焦化废水可生化性差，生化宜采用水解酸化生物接触氧化法或SBR法，应保证足够的生化时间。应从清洁生产的角度出发，协助生产技术人员改进生产工艺、改良焦化材料配方、强化生产管理，以减少污染物排放。这次实验，使我更深刻地了解到了实验的重要性，通过自己动手我更加体会到了“学以致用”这句话的道理，同时也希望学院多给我们一些这样实验的机会。有感思，就有收获，有感思就意味着有提高，我从心里感到无比的快乐，因为我付出了，我得到了。 实验恰恰是提高我们动手能力的最好途径，也为们今后走上社会打下基础。在这一次综

16、合性实验结束后，我真正感觉到这次设计性实验对我的帮助，我深深体会到科技知识的重要性，我也感到所学的知识不是很深，动手的能力不是很强，面对问题解决问题的能力还有待加强。总的来说，这次设计对于我以后学习，工作的影响是很大的，让我对以后的学业充满了信心。5、参考文献：1环境工程设计手册（修订版），主编：魏先勋 湖南科学技术出版社 2002。6 2粉煤灰在废水处理中的应用，刘希波。环境工程， 1993( 6) 。3粉煤灰处理废水的理论与实践，李亚峰， 杨辉， 赵红，工业用水与废水， 1999( 3) 。4粉煤灰在工业废水处理上的研究与应用，郭永龙， 王焰新， 蔡鹤生。工业水处理， 2001( 12) 。5粉煤灰吸附性能的研究刘国光， 刘兴旺， 侯杰， 等。中国环境科学， 1994， 5( 1) 。