煤粉灰在废水处理中的应用实验研究

2022-04-26陈炜恒

资源节约与环保 2022年3期

陈炜恒

（佛山市顺德区顺环市政工程设备有限公司广东佛山 528300）

引言

煤粉灰如果没有得到合理利用，不但会对生态环境造成严重污染，甚至还会占据大面积耕地，电厂也需要支付相应的管理费用和灰厂建设费用。在电力产业持续发展背景下，容易导致该种矛盾不断恶化，为此可以将煤粉灰当成某种重要资源，并对其进行充分利用，实现资源化转换，有助于整个社会实现持续发展目标。

1 煤粉灰在废水处理中操作原理分析

煤粉灰是在煤燃烧形成烟气收集的细灰，也是某些燃煤电厂固体排放废物，煤粉灰对应氧化物组成包括氧化钙、三氧化二铁、氧化铁、氧化铝以及氧化硅等。随着社会持续发展，煤粉灰产量相继增加，如果没有针对大量煤粉灰实施有效处理，便会产生严重的扬尘问题，造成严重的大气污染。如果直接将煤粉灰排入水系，容易造成河道淤塞问题，甚至其中某些有毒化学物质会严重威胁生物和人体健康。通过煤粉灰的资源化利用，可以促进废物资源充分利用。而煤粉灰利用也受到各个国家重视，我国政府也相继推出各种关于煤粉灰利用政策制度，促进了煤粉灰充分利用相关产业的发展。当前关于废水中应用煤粉灰的研究内容相对较少，该种以废治废的方法从环保层面分析，迎合了新时期绿色产业发展趋势，拥有广阔发展前景。

联系煤粉灰具体物理化学性质分析，煤粉灰表层主要呈现出多孔疏松形式，表面性能比较强、具有较大的比表面积，同时存在各种硅、铝活性点，由此可以看出煤粉灰的物理性较强和良好的化学吸附特征。物理吸附功能主要是由煤粉灰对应比表面积以及多孔特性所决定的，随着比表面积的扩展，对应溶剂吸附能力持续增强。而化学吸附剂则是因为表层形成大量铝、氧、铝键以及硅、氧、硅键和带有某种极性分子之间形成相应的偶记极-偶极吸附，或者煤粉灰和阴离子次附带正电荷的硅酸铁、硅酸钙以及硅酸铝间产生离子对吸附以及离子交换现象。在废水处理中应用煤粉灰是通过其自身吸附作用进行处理，但在特定的条件下，还是会形成有效过滤和絮凝沉淀[1]。

煤粉灰在废水处理中主要借助煤粉灰的过滤功能以及絮凝沉淀作用，煤粉灰相关吸附功能可以分为化学吸附和物理吸附两种形式，其中物理吸附主要是煤粉灰和污染分子之间利用分子间吸引力发挥出相应的吸附效果，该种处理效用主要会受到煤粉灰的比表面积以及多孔性等因素影响。化学吸附则是因为煤粉灰中各种硅、铁和铝分子的活性特征，能够有效吸附水中携带负电的胶体微粒，发挥出良好的絮凝功能。同时因为煤粉灰内拥有某种助凝剂成分，包括钙、锂、钠等元素，可以促进沉降。化学吸附主要特征是具有较强的选择性，普遍是不可逆的，大部分条件下，化学吸附以及物理吸附为同时作用的，但在温度和pH 值不同的条件下所呈现出来的优势特征也各不相同，使煤粉灰自身吸附性能产生明显改变。

除此之外，因为煤粉灰属于多种形式颗粒的机械混合物，具有较大孔隙率，所以在废水流经煤粉灰中，粉煤灰可以有效截留过滤部分悬浮杂质。粉煤灰的过滤和沉淀功能仅可以发挥出一种补充作用，无法取代吸附地位。

2 煤粉灰在废水处理中的具体应用措施

2.1 陶化废水处理

厂内已建有废水处理站，废水处理工艺简要为：物化混凝沉淀→气浮→回调→机械过滤器→达标排放。

本文探究，可在混凝沉淀前加入煤粉灰先作预处理，该工艺技术充分发挥出煤粉灰强大的吸附功能以及废水处理的分散性特征，可以产生大量絮凝核，进一步优化絮凝剂整体絮凝效果，促进絮体快速形成，促进絮凝体和煤粉灰共同组成某种高浓度活性泥渣层。而处于该种泥渣层内，活性絮凝体、煤粉灰和内部污染物质实施全面接触，产生良好的滞留、絮凝以及吸附功能[2]。

2.2 实验条件选择

用该厂内废水处理站陶化废水为试验，选取5天同时间的原水为试验目标，以检测废水中的CODCr浓度为例。

将水样编号①～⑤，原始CODCr浓度分别为：420mg/L、450mg/L、397mg/L、474mg/L、421mg/L；原水pH 值均在6-9。

实验模拟废水厂的：调节池-反应槽-斜管斜管沉淀槽工艺。

在进行混凝沉淀前加入煤粉灰，模拟在调节池处投加煤粉灰进行预处理，磁力搅拌器缓慢搅拌模拟调节池的曝气搅拌。

加药步骤模拟三级反应槽，反应时间取约20min。混凝沉淀后静置100min，模拟斜管斜管沉淀槽，沉淀时间约100min。

2.3 实验方法及结果

分别取水样500ml 于烧杯中，搅拌至均质均量后按25:1 的比例加入经干燥的煤粉灰粉末；用磁力搅拌器低速均速搅拌100min。调节pH 值在7～8 后按100:2 的比例加入15%聚合氯化铝水溶液，后用玻璃棒缓慢搅拌10min。最后按照1000:1 的比例加入0.5%聚丙烯酰胺水溶液，边滴入聚丙烯酰胺水溶液边缓慢搅拌，直至水样形成大颗粒帆花并迅速沉淀。计算出5 个水样经混凝沉淀后的CODCr浓度及去除率见图1。

图1

由图1 可见：常规的混凝沉淀法对废水CODCr的去除率平均为58.93%，加入煤粉灰后去除率为72.87%，加入煤粉灰后去除率提升约20%。在工艺应用时，在调节池定量投加煤粉灰并充分搅拌，能有效增加在混凝混凝沉淀阶段的COD 去除率。能为后续的处理工艺减轻进水COD 浓度负荷，或者能搭配其他后续处理工艺，能减少投资成本。

2.4 进一步实验及结果

为进一步研究煤粉灰对陶化废水的，需对上述水样再进行一次对比实验。实验中，仅将聚合氯化铝和煤粉灰的加药量改为第一次实验的0.75 倍，其余反应条件不变。通过减少煤粉灰及聚合氯化铝的加药量，通过COD 去除率的变化，以研究在混凝沉淀前加入减量煤粉灰后能否减少聚合氯化铝的用药量。并在试验后烘干法测出MLSS。

去除率与MLSS 的线性关系见图2。

图2

由图2 可见，去除率、加药量与MLSS 成正比例关系；欲得到更高去除率，需添加更多药剂，但是产泥量亦对应增大。MLSS 被加药量直接影响，加药越多产生泥量越多，去除率越高。在实际应用时，可找出煤粉灰加药量的平衡点，再依据平衡点调节加药量从而控制产泥量。

3 造纸废水处理

在新时期环保要求下，可以对煤粉灰进行充分利用，发挥出煤粉灰的剩余价值。煤粉灰是高温处理后的高硅铝制玻璃态物质，在迅速冷却后会形成各种细小球状颗粒，对应比表面积较大，煤粉灰内各种活性点能够和吸附质形成物理吸附和化学吸附反应，因此煤粉灰自身吸附能力较强。某一城市中的环保机构借助储灰场系统以及煤粉灰实施了造纸废水生产性试验。

此次试验可以把整个废水治理过程细分成自净、沉淀以及混合三种环节。率先把废水传送到电厂的储灰场中，随后和电厂内冲灰水携带煤粉灰进行全面融合，而处于混合区域内借助煤粉灰的絮凝作用以及吸附功能对造纸废水实施有效处理，把废水引入沉降环节内，废水流速进一步降低，基于重力元素影响下，煤粉灰吸附作用后形成的絮凝体以及污染物出现快速沉降现象，在上清液流入自净澄清环节中，废水内剩余悬浮物出现下沉现象，还可以对各种残留有机物实施合理降解处理。按照1.48:1 的比例对废水和冲灰水进行合理调配，按照30:1 的比例对废水和煤粉灰实施合理配置，按照每天37 万吨的废水处理规模进行127 天运行处理。结合最终结果可以发现相关处理工艺在废水内污染物质处理方面能够发挥出良好效果，借助实践运行监测，可以发现系统状态较为稳定[3]。

从环保层面分析，为了充分迎合新时期的环保要求，实现绿色持续发展目标，需要对生产废物煤粉灰进行充分利用，实现废物重复利用，比如借助煤粉灰对造纸废水进行综合处理。结合当前研究分析，废水处理中应用煤粉灰主要是以其吸附机理为主，除此之外，还存在一定过滤和絮凝沉淀功能。煤粉灰为多孔性结构，整体比表面积较大，表面能高，同时表层存在各种硅、铝等物质。所以拥有强大的吸附能力。吸附分为化学吸附和物理吸附，其中物理吸附效果主要是由煤粉灰比表面积和多孔性所决定。

煤粉灰除了可以对废水内的各种有害物质进行吸附之外，同时还可以和各种有害物质形成反应，促进其产生絮凝沉淀现象和煤粉灰形成吸附、絮凝沉淀之间协同效应。

除此之外，煤粉灰属于多种颗粒融合机械混合物，对应空隙率维持在60%到70%之间，所以通过煤粉灰处理废水，煤粉灰能够截留过滤其中的某些悬浮物。

4 城市污水处理中的煤粉灰

为了实现新时期的环保发展目标，促进废物充分利用，可以将煤粉灰应用于城市污水治理中。煤粉灰在城市污水中的应用处理，能够对城市污水内的重金属、有机物和磷等污染物质实施合理去除，具有良好的环保效果。在某一城市中的污水处理过程中，应用煤粉灰实施处理，相关SS 去除率是90.8%，BOD5去除率是52.4%，COD 去除率是67.6%，核心重金属相关去除率超出80%，特别是对臭味和色度拥有良好去除效果，对应运行费用和投资仅占二级生物处理法的五分之一和三分之一。将煤粉灰充当吸附剂，借助间歇吸附研究生活污水中煤粉灰对COD吸附规律，同时和活性炭相关吸附性能实施综合比较分析，发现，煤粉灰对生活无数内的COD 拥有良好吸附效果。

从环保角度分析，借助煤粉灰可以有效制作分子筛、吸附剂以及环保材料等，同时煤粉灰还可以对电镀废水、含氟废水、含油废水以及重金属离子废水实施有效处理，煤粉灰内同时存在氧化钙和氧化铝等活性组分，可以和氟作用形成配合物，或形成有利于氟絮凝的胶体离子，此外还涵盖硅胶、莫来石以及沸石等，拥有脱色吸附功能，可以进行无机离子交换。总而言之煤粉灰用途十分多样，但在实际应用中需要改善其中的污染问题，提高环保效果。

含煤废水新型处理工艺涵盖废水清洁、煤泥回收利用以及清水回收利用等内容。

含煤废水相关清洁工作涉及各种提升水泵以及净化器，该部分对于含煤废水而言属于一种初级阶段，经过大致清洁，便可以借助该程序彻底清洗大部分煤泥。煤泥回收利用中涉及各种压缩器装置，不同于传统的含煤废水处理工作，传统模式下的含煤技术是直接倒掉煤泥，没有进行重复利用，从而造成严重的资源浪费，使环境污染进一步恶化。清水回收利用涉及各种水泵装置，相关装置可以将净化后水资源实施回收利用，提升资源利用率。含煤废水全新处理工艺主要是以机器自动化操纵为主，能够减轻人力资源负担。

5 改性煤粉灰具体应用

国内外相关研究试验证明，直接添加煤粉灰对各种废水废气实施处理容易出现耗灰量增加、产生大量污泥以及利用率较低等现象，进一步增加后期处理复杂度。

为此可以实施改性处理，强化煤粉灰综合吸附性能。借助硫铁矿渣、碱元素、酸性物质的改性能力以及含铁、含铝溶液的改性功能帮助全面优化提升煤粉灰综合吸附性能，借助酸浸取，对煤粉灰实施改性处理，可以提升颗粒表层比表面积、粗糙度，提高颗粒的物理吸附性能。通过含铁元素以及内含铝元素溶液实施煤粉灰的改性处理，最终所形成的复合性混凝剂内存在大量铝元素和铁元素，对于相关物质实施水解处理，可以诞生各种较为复杂的聚合物以及多核络合物，有助于优化废水中煤粉灰的处理效果。

立足于环保层面分析，煤粉灰和对应制备混凝剂可以对各种含重金属废水、含磷废水、含酚废水等实施有效处理。除此之外，煤粉灰还可以应用到造纸厂废水以及燃料和印染废水处理中，具有良好处理效果。

据报道，按照每升8mol 比例硫酸对煤粉灰实施预处理，可以进一步强化煤粉灰的燃料吸附力，扩大饱和吸附量，将整体脱色率提高到96%之多。对煤粉灰采取沸石化、干法碱活化、干法酸活化以及加热活化等方法实施有效处理，能够针对相关印染废水实施有效处理，分析煤粉灰脱色水平，可以进一步了解到，随着活化温度提升，对应煤粉灰脱色率进一步扩大。当处理温度达到300 度后，使处理脱色率达到最高值，为74.2%，继续提升温度，脱色率降低，在活化温度提升至550 度后，对应脱色率反应低于室温状态下降的原灰状态。

干法酸活化灰的处理脱色率主要是由酸物质添加量所影响，如果根据1:0.4 标准比例添加酸，则能够达到最佳脱色率，即实现85.8%的脱色处理。在废水内添加沸石化灰，无需继续搅拌，便能够达到99.4%的脱色率[4]。