廢水處理絮凝劑與粉煤灰綜合開發利用

張聰力 李少冬 馬瑞強

摘 要：本論文以低分子化合物合成技術為基礎，進行以內蒙古西部高鋁粉煤灰為原料生產中性無機絮凝固化劑工藝過程的研究。對實驗室所研制成功的絮凝固化劑的絮凝效果考察結果表明，在現有廢水處理設備中的使用效果及處理工藝過程得以優化，以中性無機絮凝劑替代現用的高成本有機絮凝劑成為可能，完全符合國家規定的排放標準。利用絮凝固化劑所得到的處理物進行綜合處理后沉淀泥，基本達到安全農田回填增肥、工程基礎建筑等行業標準。

關鍵詞：粉煤灰；廢水處理；絮凝固化劑；開發利用

1 前言

目前，國家政策約定的重點推廣的粉煤灰應用技術有以下幾個方面：粉煤灰粘土燒結磚、粉煤灰用于筑路材料、粉煤灰在工程中的使用、粉煤灰混凝土和砂漿材料應用于建筑施工、粉煤灰作為生產水泥的原料、選取飄珠和飄珠制品、粉煤灰加氣混凝土、粉煤灰改良土攘、純灰植樹等[1]。這些技術相對簡單，且用灰量也大，不僅便于推廣使用，而且可以在近期內帶來一定的經濟效益和環境效益。此類手段大多是對粉煤灰的低級開發利用，從環境保護意義上來講，對粉煤灰開發有積極作用，但是，對于粉煤灰開發利用的附加值較小，且造成一定的二次環境污染。在當今能源緊缺的時代，深度開發利用粉煤灰意義重大。

2 國際現狀

歐美、日本等發達國家的粉煤灰資源化利用比例已經達到了60%以上，這些國家或地區已經基本上實現了粉煤灰資源循環再利用；此外，廢水處理硬件設備相當完善，只是在衛生改良、水環境改良、湖泊及河流沉積泥漿改良等方面仍在做進一步的研究。

中國目前粉煤灰仍以工程用途為主；廢水處理物大部分被風干處理、掩埋或流放。此類處理手段都會對環境產生二次污染。對于粉煤灰總體利用率不足30%的中國，粗放開發利用對環境已經造成了二次污染，同時回收利用附加值也比較低。伴有相當數量的重金屬離子的粉煤灰的逐年排放與堆積，對有限耕地的保護、地表水資源的威脅、沙塵的形成等帶來了隱患。

粉煤灰的處理與環境保護休戚相關。雖然國家大力發展水電、核電，但是燃煤發電仍占主導地位，而且在今后相當長的時間內仍為主要能源。只有將污染防治、廢物處理與資源開發緊密結合，才能使排放粉煤灰的電力工業擺脫面臨環保法越來越嚴、粉煤灰處置費用越來越高的困境。這也是本專項立項的基礎。

加之，目前國內絮凝法廢水處理主要采用水溶性高分子聚合物-聚丙烯酰胺，但存在成本高、環境壓力大等缺陷。而日本等發達國家對于中性無機絮凝劑的研究成果，可以使處理后的污泥物符合其國家排放標準。以此為切入點，研發出粉煤灰為原材料的絮凝固化劑。這樣，既高效利用了粉煤灰，又為廢水處理提供了優良絮凝固化劑，且處理物可安全回田。

3 粉煤灰組分與絮凝固化特性

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰中大量Si、Al活性氧化物為主的玻璃微珠具有較好的吸附性能；此外，粉煤灰中還含有許多不規則形狀的玻璃狀顆粒（圖1），這些顆粒中還含有不同數量的微小氣泡和微小活性通道，因此粉煤灰表面成多孔結構，其比表面積較大，使得粉煤灰具有較好的表面活性。Si、Al元素，使得粉煤灰具有很強的物理、化學吸附性能，特別是重金屬離子[2]。

絮凝固化劑中，除聚鋁、聚鐵外，還有聚活性硅膠及其改性品，如聚硅鋁（鐵）、聚磷鋁（鐵）。改性的目的是引入某些高電荷離子以提高電荷的中和能力，引入羥基、磷酸根等以增加配位絡合能力，從而改變絮凝效果，其可能的原因是：某些陰離子或陽離子可以改變聚合物的形態結構及分布，或者是兩種以上聚合物之間具有協同增效作用[3]。粉煤灰中的SiO2和具有弱酸性的A12O3及Fe2O3可以與有機物羥基氧上的孤對電于形成很強的化學鍵，發生物理化學吸附。

加之，粉煤灰具有較大的比表面積和靜電吸附作用，以及顯著的去除COD和脫色效果，這為印染類廢水處理提供了先天優越條件。

可見，粉煤灰中氧化物成分也是廢水處理用絮凝固化劑基本元素，利用粉煤灰，研開制造絮凝固化劑是一捷徑。而且，粉煤灰結構特性決定了其本身對廢水處理某些指標具有控制作用，故以粉煤灰為原料研發廢水處理用絮凝固化劑是成本低、效率高的有效途徑。實驗證明，此絮凝固化劑具有優良的絮凝、使固液分離效果。

4 實驗

本項目是與日本某科研機構合作研發課題，日方提供其的工業公害防止技術、廢水處理效率提高辦法。并以內蒙古西部豐富的富鋁粉煤灰為主要原料，加入適當輔料，研發出了廉價高效的新型絮凝固化劑，此藥劑為中性無機絮凝劑，在絮凝速度、脫水率、中水物COD值等指標及脫水性等指標明顯優于現用有機絮凝劑（圖2）。在現有絮凝法廢水處理設備無須更換的前提下，替代昂貴的有機高分子絮凝藥劑，且廢水處理后泥土符合國家有關有機肥無害化回田標準，實現了循環經濟。

此成果應用，擬高效利用粉煤灰、提高廢水處理廠所用絮凝劑性能，并做為樣本工程在業內推廣。廢水處理土壤回田，既改良了農耕土地，又減少了灰塵；擬將研發絮凝固化劑，大面積地應用到沙漠流沙固化、保濕綠化事業，可最終使來自黃土高原以及黃河流域的沙塵的減少能起到一定作用。治沙是一個國際課題，應用于鄂爾多斯沿黃一級高速公路邊坡做固沙保濕種草試驗，花草成活率優于現采用的遠山正英“四角插柳法”，為我區的防風治沙提供一新的手段。具體實驗室試樣測定，砂餅強度等各項數據指標比較理想（圖3）。

5 結束語

粉煤灰高效利用，符合循環經濟模式中的廢物“零排放”理念。如果中性無機絮凝劑以高鋁粉煤灰為主要原料的技術實現產業化，則標志著中國大宗利用粉煤灰的瓶頸將被打破。使中西部地區，特別是偏遠地區的火力發電廠排放的大量高鋁粉煤灰的消耗成為可能。預計成果的產業化推廣和商業化普及意味著二氧化碳排放量的減少，既保護了有限的耕地，又減少了沙塵暴的形成，更有意義地是為廢水處理提供了廉價、高效的絮凝固化劑。從而也避免了粉煤灰的粗放開發利用，以減少其對環境的二次污染，使以煤炭為主要能源的內蒙古自治區的產業結構得到進一步的優化。并創造出更大的經濟效益和社會效益。

在此基礎上，利用內蒙古西部的高鋁粉煤灰，研發適合我區的廢水處理技術，以達到我國環境保護標準。而且使處理后污泥可穩定、無害化回田；廢水處理后的中水可作為低成本工業用水或農田灌溉用水等方式再利用，以緩減地下水源不足的矛盾。

參考文獻

[1]王振山，等.粉煤灰開發再利用對節能減排的影響[J].神華科技，2011，9（3）：93～95.

[2]許玉國，劉玉言.深度開發利用粉煤灰淺探[J].煤炭科技，2010，2：21～22.

[3]耿春，香路帥.粉煤灰的環境污染與綜合利用[J].上海環境科學，2004，23（4）：182～184.

作者簡介：張聰力（1971-），女，內蒙古人，歸僑，工程師，主要從事電廠能源評估工作。