改性粉煤灰混凝剂处理工业混合废水的试验研究

齐萌,徐承杰

(1.华北电力大学科技学院动力工程系,河北保定 071003; 2.国电阳宗海发电有限公司,云南昆明 652103)

改性粉煤灰混凝剂处理工业混合废水的试验研究

Experimental investigation on treatment of industrial combined wastewater by activation fly ash coagulant

齐萌1,徐承杰2

(1.华北电力大学科技学院动力工程系,河北保定 071003; 2.国电阳宗海发电有限公司,云南昆明 652103)

通过混合酸、氯化钠制备改性粉煤灰混凝剂,探讨粉煤灰粒度、酸用量、加热时间、反应温度等对废水处理效果的影响,得出制备混凝剂最佳工艺方案。通过正交试验,用最佳混凝剂处理工业混合废水,找出混凝剂投量、废水pH值、搅拌时间及静置时间等最佳参数,探索一条以废治废的可行方法。

粉煤灰;混凝剂;工业混合废水;正交试验

粉煤灰作为发电厂排放的主要废物,全国每年有1亿t之多。粉煤灰不仅占用大量农田用于堆放,而且严重污染环境。目前,粉煤灰综合利用方面,只有小部分用于建筑、交通、土壤改良等,利用率在30%～40%,仍然有较大的量需要开发利用[1-3]。粉煤灰的主要化学成分为SiO2,Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃炭,另含有少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。粉煤灰具有较大的比表面积,大量活性点可与吸附质发生化学吸附和物理吸附,所以,粉煤灰有很强的吸附能力,因此,可被应用于水处理领域中。

本文用NaCl、HC1、H2SO4及其混合酸等试剂对粉煤灰进行改性,制得粉煤灰吸附混凝剂,并通过正交试验对其吸附混凝性能、作用机理及在工业综合废水的处理方面的应用进行了研究,取得废水处理的最佳试验条件和结果。

1 改性粉煤灰混凝剂的制备

1.1 粉煤灰的化学成分

改性粉煤灰混凝剂是用粉煤灰、混合酸及氯化钠经加热搅拌制得的复盐型无机物。粉煤灰的主要成分为S iO2、Al2O3,其中的Al主要存在于莫来石中,而莫来石在形成过程被玻璃体包裹,玻璃体的聚合度很高,结构致密,表面稳定,酸溶性较差,需加入少量氯化钠打开Si-Al键。与此同时,稀酸将粉煤灰致密体中的铝、铁等具备絮凝效果的元素浸出[4-5]。

试验所用粉煤灰取自保定热电厂的除尘干灰,其主要化学组成见表1。

表1 粉煤灰主要化学组成

1.2 粉煤灰混凝剂的作用机理

粉煤灰混凝剂的主要成分为Al3+、Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+及SO24-。其处理废水的机理[6-7]主要包括以下几点:

(1)混凝作用。高价正电荷的Al3+及Fe(OH)3在适宜pH值条件下形成Al(OH)3及Fe(OH)3絮状沉淀,能将废水中的染料分子交联沉积从而降低废水的COD和色度。

(2)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,使其对有机物有较强的吸附能力,能吸附去除染料分子。

(3)助凝作用。粉煤灰本身呈碱性,对氢氧化铁和氢氧化铝胶体形成有利。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。

1.3 改性粉煤灰混凝剂的制备

1.3.1 试剂

试验采用NaCl、HCl、H2SO4及其混合酸等试剂对粉煤灰进行改性,其中混酸为HCl∶H2SO4按体积比为1∶3制得。

1.3.2 制作工艺

活性粉煤灰吸附材料的制作工艺为:焙烧→磨细→硫酸活化→洗涤过滤→烘干磨细→成型→蒸压→成品。取20 g样品粉煤灰加1 g NaCl和20ml混酸,在常温条件下搅拌反应60min,反应后的粉煤灰与浸取液一起置于烘箱中以100～105℃烘干,烘干后碾碎制得成品改性粉煤灰。

2 用改性粉煤灰混凝剂处理工业废水

2.1 废水水质

试验所用工业废水取自大寨渠,工业废水中COD浓度为1404mg/L,硫化物为105.2mg/L,pH为4.98,BOD为490mg/L,总锌为6.25mg/L。其水质分析结果与国家排放标准[8]的对比见表2。

表2 原水水质与三级排放标准的比较

通过对废水中水质指标的分析,主要严重超标污染物是COD、BOD、硫化物等。

2.2 废水处理

试验选用效果最好的混凝剂处理工业综合废水。工业废水100mL,分别考察混凝剂投加量为2、 5、8、10、15 g时,废水pH值为3、5、7、9、11,不同粒度即粒径大于200目,200～180目,180～160目, 160目对废水处理效果的影响。用L9(34)正交试验并作了极差分析,正交试验结果见表3。

表3 正交试验结果

2.3 结果分析

粉煤灰混凝剂处理工业废水的正交试验结果极差分析见表4。表中A因素混凝剂投加量,B因素为pH值,C因素为粒度。

表4 极差分析

由表4可知,影响CODCr去除率的各因素的重要性顺序为C>B>A,即粒度>pH值>混凝剂投加量。因此,本试验最佳反应条件为100mL工业废水中加入混凝剂15 g,pH值为9,粒度为小于200目,CODCr的去除率达到82.56%。

3 结语

(1)通过对废水中水质指标的分析,主要严重超标污染物是COD、硫化物、总锌等。

(2)最佳混凝剂制备条件为:每20 g粉煤灰加1 g NaCl和20ml混酸,常温条件下搅拌反应60min,反应后的粉煤灰与浸取液一起在烘箱中以100～105℃烘干后碾碎。

(3)通过正交试验得出,混凝试验最佳反应条件为混凝剂加入量15 g/100ml,pH值为9,粒度为小于200目。

(4)在最佳反应条件下,废水中CODCr的去除率可达到82.56%。

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X703.1

B

1674-8069(2010)03-029-03

2010-02-17;

2010-03-04

齐萌(1982-),女,华北电力大学科技学院教师,主要从事工业废水处理技术研究。E-mail:qiqi-mengmeng@163.com

Abstract:The modificated fly ash coagulant was prepared by m ixed acid and sodium ch lo ride.The effect of fly ash granularity,m ixed acid dosage,pH value and tem nperature on treatm ent results were reviewed.The best technics to preparate the coagulantwere p roduced.By orthogonalexper iments,using best coagulant to dealw ith industrial combined wastewater,the best param eters,such as coagulant dosage,pH value of wastewater,churning t ime and depositing t im e.were found.The feasible way to controlpollution by waste was discussed.

Key words:fly ash;coagulant;industrial com bined wastewater;orthogonal exper iments