粉煤灰處理含磷廢水工藝特性初探

溫丙奎，吳禮濱，劉 莊，林嘉立，潘巧敏，張豐如

(嘉應(yīng)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東梅州 514015)

粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤粉鍋爐排出的固體廢棄物，目前大批量處理主要是通過回填，其不僅占用大量的土地，還會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此我國把粉煤灰的綜合利用作為固體廢物利用的重點(diǎn)，但目前粉煤灰綜合利用率低，主要用于土建工程基料、土壤改良劑等低附加值利用領(lǐng)域，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，粉煤灰在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用研究也已成為環(huán)境科學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)［1－4］。粉煤灰因比表面積大，呈多孔性蜂窩狀組織，因而具有良好的吸附性能，近幾年來被廣泛應(yīng)用于廢水處理、空氣凈化等環(huán)境治理方面，如作為吸附劑吸附廢水中的磷［5－6］。

本文以火電廠粉煤灰作為吸附劑對含磷廢水進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)研究，探討含磷廢水的初始濃度、粉煤灰投加量、吸附時(shí)間、吸附溫度、振蕩速度等參數(shù)對含磷廢水吸附效果的影響，找出最佳吸附處理?xiàng)l件，使粉煤灰達(dá)到以廢治廢的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 實(shí)驗(yàn)儀器

調(diào)速多用振蕩器(HZ－2);電子天平(JA1003A);紫外分光光度計(jì)(722);真空干燥箱(DZF－6050);立式壓力蒸汽滅菌器(LDZX－30KB);燒杯;量筒;移液管;圓底燒瓶;錐形瓶;漏斗;玻璃棒、坩堝等。

1．2 實(shí)驗(yàn)藥劑

粉煤灰(廣東梅縣某電廠，過200目篩子);KH2PO4標(biāo)準(zhǔn)儲備液;鉬酸銨;硫酸;鹽酸;抗壞血酸;硫酸鉀;蒸餾水等。

1．3 監(jiān)測指標(biāo)和方法

總磷:鉬酸銨分光光度法［7］。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1 磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別吸取 0．0，0．50，1．00，3．00，5．00，10．0，15．0 m L 的KH2PO4標(biāo)準(zhǔn)儲備液(5 mg/L)于7支50 mL的比色管中，加水稀釋至50 mL。顯色后用鉬酸銨分光光度法測定，以吸光度為縱坐標(biāo)，以磷的濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線［8］。線性回歸方程:Y=0．0059X+0．0001，R2=0．9997，廢水溶液的磷濃度與吸光度成正比例關(guān)系，見圖1。

磷去除率 η=(C－C1)/C ×100%

式中:η為粉煤灰對磷的去除率;

C為吸附前的濃度(mg/L);

C1為吸附后的濃度(mg/L)。

圖1 磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

2．2 初始濃度的影響

取 6 個(gè)錐形瓶，分別加入 20．0、30．0、40．0、50．0、60．0、70 mg/L的含磷廢水50 mL。再分別加入3．0 g的粉煤灰搖勻，在常溫條件下，振蕩轉(zhuǎn)速為40 r/min，振蕩50 min，取其上清液，測量吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖2。

圖2 磷初始濃度對粉煤灰吸附的影響

由圖2可以看出，磷去除率隨著磷的初始濃度的增加而逐漸降低，這是因?yàn)楫?dāng)含磷廢水的初始濃度高到一定程度時(shí)，3．0 g的粉煤灰的吸附已達(dá)到飽和。當(dāng)磷初始濃度大于50 mg/L時(shí)，磷的去除率下降較快，綜合考慮選定本實(shí)驗(yàn)的最佳磷初始濃度為50 mg/L。

2．3 粉煤灰投加量的影響

分別在7個(gè)錐形瓶加入含磷量為50 mg/L的含磷廢水50 mL，分別在各個(gè)錐形瓶投加 1．0、1．5、2．0、2．5、3．0、4．0、5．0 g的粉煤灰，搖勻，在常溫條件下，振蕩轉(zhuǎn)速為40 r/min，振蕩50 min，取其上清液，測量吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖3。

圖3 粉煤灰投加量對吸附效果的影響

由圖3可以看出，磷的去除率隨著粉煤灰的投加量的增加而增大，粉煤灰投加量在3．0 g時(shí)磷去除率能達(dá)到46．54%。粉煤灰的投加量為4．0、5．0 g磷的去除率相比于投加量為3．0 g的磷的去除率提升效果不太明顯，曲線趨勢逐漸趨于平緩，由此選定最佳投加量為3．0 g。

2．4 吸附時(shí)間的影響

圖4 吸附時(shí)間對粉煤灰吸附效果的影響

分別在7個(gè)錐形瓶中分別加入含磷量50mg/L的含磷廢水50 mL，投加3．0 g的粉煤灰在25℃常溫條件下，轉(zhuǎn)速為40 r/min。振蕩時(shí)間分別 30、45、60、75、90、105、120 min，取出過濾取其上清液，測定吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，一開始吸附效率隨著時(shí)間的增加而上升。經(jīng)過60 min后粉煤灰的去除率能達(dá)到46．78%，但是隨著吸附時(shí)間的繼續(xù)增加，趨勢線變平緩，說明吸附時(shí)間在60 min之后磷的去除效果提升不大，這是因?yàn)榉勖夯?0 min時(shí)已基本達(dá)到吸附飽和。因此實(shí)驗(yàn)選擇的最佳吸附時(shí)間為60 min。

2．5 振蕩速度的影響

取6個(gè)錐形瓶中分別加入50 mg/L的含磷廢水50 mL，投加3．0 g的粉煤灰在25℃常溫條件下，分別在轉(zhuǎn)速為40、50、60、70、80、90 r/min的轉(zhuǎn)速下振蕩，振蕩時(shí)間為60 min。過濾取其上清液，測定吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖5。

圖5的曲線可見，吸附效率隨著振蕩速度的增加而緩慢上升。振蕩速度為70 r/min時(shí)粉煤灰的去除率能達(dá)到47．78%。超過70 r/min的振蕩轉(zhuǎn)速，磷的去除率變化基本趨于平緩。故選定本實(shí)驗(yàn)的最佳振蕩速度為70 r/min。

圖5 振蕩速度對粉煤灰的吸附影響

2．6 反應(yīng)溫度的影響

在6個(gè)錐形瓶分別加入50 mg/L的含磷廢水50 mL，各投加 3．0 g 的粉煤灰，分別在放在溫度為 25、30、35、40、45、50℃的恒溫水浴鍋中用振蕩速度70 r/min振蕩60 min，過濾取其上清液，測定吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖6。

圖6 溫度對粉煤灰吸附效果的影響

由圖6可以看出，磷的去除率隨溫度升高而增加，但升高幅度不大，當(dāng)溫度大于35℃時(shí)去除率基本沒多大變化，分析其原因可能出現(xiàn)解吸現(xiàn)象。因此用粉煤灰處理含磷廢水一般在室溫條件下進(jìn)行即可，綜合考慮本實(shí)驗(yàn)采用25℃作為粉煤灰處理含磷廢水的最佳溫度。

2．7 粉煤灰實(shí)際應(yīng)用處理含磷廢水

在上述的最佳條件下，用3．0 g粉煤灰吸附稀釋后的高濃度含磷廢水，結(jié)果見表1。

結(jié)果表明，實(shí)際應(yīng)用中，在最佳工藝條件下對稀釋后磷肥廠出水進(jìn)行除磷實(shí)驗(yàn)，廢水含磷量從初始含量67．8 mg/L降低到出水含量39．2 mg/L，去除率可達(dá)42．1%。

表1 某磷肥廠廢水處理結(jié)果

3 結(jié)論

本研究以火電廠粉煤灰作為吸附劑對含磷廢水進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)研究，討論各因素對含磷廢水吸附效果的影響。結(jié)論總結(jié)如下:

(1)磷初始濃度對粉煤灰的吸附效果有較大影響，當(dāng)投加的粉煤灰的量不變時(shí)，磷初始濃度越高，磷去除率就越低。在投加粉煤灰的量為3．0 g時(shí)，最佳磷初始濃度為50 mg/L。

(2)在磷初始濃度為50 mg/L時(shí)，磷的去除率與粉煤灰的投加量成正比，但粉煤灰量超過3．0 g后，吸附效果提升不明顯，說明3．0 g的粉煤灰已經(jīng)接近吸附飽和，因此確定實(shí)驗(yàn)粉煤灰的最佳投加量為3．0 g。

(3)粉煤灰在振蕩時(shí)間為60 min時(shí)基本達(dá)到吸附飽和，選擇振蕩時(shí)間為60 min。

(4)磷的去除率隨振蕩轉(zhuǎn)速增大而增大，但轉(zhuǎn)速超過70 r/min后吸附效果提升不太明顯，因此以70 r/min為最佳振蕩速度。

(5)粉煤灰吸附除磷效果隨溫度變化影響不明顯，溫度超過35℃時(shí)開始會出現(xiàn)解吸現(xiàn)象，選定吸附溫度為常溫25℃即可。

(6)在上述最佳吸附條件下利用粉煤灰對某磷肥廠稀釋后出水進(jìn)行除磷實(shí)驗(yàn)，廢水含磷量從初始含量67．8 mg/L降低到出水含量39．2 mg/L，去除率為42．1%。處理后出水雖然未能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但粉煤灰吸附除磷可以作為高濃度磷廢水的預(yù)處理，使粉煤灰達(dá)到以廢治廢的目的。