粉煤灰处理冶金工业中蒸氨废水中苯酚的应用研究

王 俊，罗 巍

（1.广西化工研究院，广西 南宁 530001；2.湖北省荆门市环境保护局，湖北 荆门 448001）

1 引言

冶金企业在生产过程中会产生大量的蒸氨废水，其中含有的大量苯酚经直接排放会对周边环境造成极大的污染。目前广泛采用的处理含酚废水的方法包括萃取法、液膜法、吸附法、生物处理法、化学沉淀法等［1，2］，然而上述处理方法存在诸多缺点不易于实际应用。比如萃取法和液膜法处理含酚废水难以达到国家要求的排水标准，而生化法较适合于处理低浓度的含酚废水，高浓度的含酚废水容易造成微生物菌落的退化，活性炭处理含酚废水虽然去除率较高，但是吸附后的活性炭难以回收，易于造成二次污染等［3～5］。

本文主要研究采用冶金企业焦化过程中产生的粉煤灰吸附处理蒸氨废水中的苯酚，其优点在于操作简单，吸附剂自给自足，经济适用等。用粉煤灰处理含酚蒸氨废水的原理为:粉煤灰中含有大量的三价铁离子和三价Al离子，具有较强的正电荷，能有效地改变废水中悬浮胶粒的Zata电位即势能，使废水中的悬浮胶粒失稳沉降；另外，这些物质水解后可形成许多复杂的多核络合物，随着聚合反应的进行，有机物的电荷升高，废水中悬浮的胶体杂质被吸附，显示出较好的絮凝作用。另外，粉煤灰含有较多的炭，其具有类似于活性炭吸附的功能，通过高温活化处理后，其表面和微孔内变得更粗糙，比表面积显著增加，有利于去除废水中的有机物杂质。所以，粉煤灰是一种类似于活性炭的无机混凝吸附材料，对生物大分子，重金属离子，有机化合物均有一定的吸附效应，且该材料作为生产过程的副产品，价廉易得，所以采用粉煤灰处理含酚的蒸氨废水，具有“以废治废”的现实意义。

2 材料与方法

2.1 吸附剂和模拟废水

吸附剂采用某钢铁公司焦化厂提供的粉煤灰，全部过200目筛网，并在100℃下干燥6h备用。含酚废水取自某钢铁公司蒸氨工段。

2.2 仪器与试剂

SUV－2120型紫外分光光度计，Metter－Toledo电子分析天平，THZ－82型恒温振动器，PHS－3C型pH计，SKFG－10型真空干燥箱。煤油采用普通市售煤油。

2.3 吸附试验过程

称取一定量的粉煤灰放入锥形瓶中，加入一定体积的含酚废水在自然pH值下，在THZ－82型恒温振荡器中震荡一定时间，取出锥形瓶进行过滤分离，获得的上层清液用紫外分光光度计进行分析。

3 结果与讨论

3.1 废水原始挥发酚含量的测定

采用中华人民共和国国家环境保护标准HJ 502－2009提供的方法对采集自昆钢的蒸氨废水和尾气冷却后水中的原始挥发酚含量进行了测定，测定结果见表1。

表1 废水原始挥发酚含量

可以很明显地观察到，来自冶金企业的蒸氨废水中较高的苯酚含量直接排放会对周边环境造成较显著的污染，其挥发酚需要进行有效的脱除才能达到我国相关排放标准。

3.2 粉煤灰吸附脱酚实验

本实验使用的废水为某钢铁公司的蒸氨废水，粉煤灰采集自某钢铁公司焦化厂，因粉煤灰水分含量太高，影响吸附效果，故使用前对其进行加热活化。在一定体积的废水中加入适量粉煤灰，震荡适当时间，过滤分离，取滤液，对其中的挥发酚含量进行测定，实验结果表2。

由以上吸附脱除实验结果可知（图1），通过粉煤灰一次吸附，废水中挥发酚的脱除率最高可达到38.13%。此外当粉煤灰用量超过10g时，酚的脱除率已变化不大。在从采用的粉煤灰的剂量从2g到10g的递增过程中发现，随着粉煤灰使用量的增加，蒸氨废水中苯酚的含量有一个明显的下降过程，即其脱出率从13.75%到38.13%呈现出升高的趋势。说明在这个阶段，粉煤灰的吸附及絮凝作用对苯酚的去除起到了实质性的作用。

表2 粉煤灰吸附脱酚实验结果

图1 粉煤灰吸附脱酚实验结果

3.3 萃取脱酚实验

本实验使用的废水为昆钢蒸氨废水，萃取剂为市售煤油。取150mL经一次处理的含酚废水，加入10g粉煤灰，震荡一定时间，过滤，取滤液。按一定比例往滤液中加入萃取剂，搅拌适当时间。静置分层，取下层水相，对其中的挥发酚含量进行测定实验结果见表3。

表3 萃取脱酚实验结果

由表3的结果可得，对二次吸附后的含酚废水进行萃取脱酚实验，单次的脱出率可达到59.60%。通过吸附和萃取这两个步骤，总脱酚率可达到75.00%，处理后的污水挥发酚含量从1505.28mg／L减少到376.32mg／L。

3.4 温度对吸附效果的影响

在5个锥形瓶中，分别加入10g的粉煤灰于待处理的150mL含酚废水中，按照上述两步法进行废水中苯酚的去除实验，在采用一定搅拌速度的情况下，调节整个吸附温度为20、30、40、50、60、70、80℃的条件下使吸附进行2h，最后经过过滤分离上层清液，并通过紫外可见分光光度计分析待测样的苯酚含量，结果见图2。

图2 不同温度下进行两步法脱除蒸氨废水中苯酚的实验

从上述的实验结果（图2）分析，可以发现在20～50℃的情况下，采用两步法脱除蒸氨废水中苯酚的效率较高，其脱出效率均达到了75%左右。尤其是在40℃的情况下，苯酚的脱除率为78%。然而，在温度超过40℃的情况下，苯酚的脱除率随着温度的上升呈现下降的趋势，到试验温度为80℃的时候，苯酚的脱除率已经下降到55%左右了，说明温度的变化对含酚废水中苯酚的去除会造成一定的影响。

4 实验结论

粉煤灰具有物理吸附和和化学混凝的双重作用，有利于吸附冶金企业中蒸氨废水中的苯酚。对于处理150mL的焦化废水，改性粉煤灰的最佳用量为10g，经过30min的振荡吸附达到平衡，溶液的体系pH值宜控制在自然范围内，升高温度不利于增强吸附能力即粉煤灰去除苯酚的效率。采用两步法脱除苯酚发现，经过一次粉煤灰吸附后，将含酚废水与粉煤灰混合通过煤油萃取的方式，可以进一步提高蒸氨废水中苯酚的去除率，在常温下，其总的去除率为75%。改性粉煤灰的原料来源丰富，制备工艺简单，生产成本低，处理费用低，且同时实现了“以废治废”的目的，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益。

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