环境科学学报
ACTA　SCIENTIAE　CIRCUMSTANTIAE
1998年4月第18卷第4期科技期刊
粉煤灰混凝剂的性能研究
于衍真　李国忠　傅兴华　戴宝刚
(山东建筑材料工业学院，济南　250022)

关键词　混凝；粉煤灰；工业废水.
PROPERTIES OF FLY ASH COAGULANT

Yu Yanzhen, Li Guozhong, Fu Xinghua, Dai Baogang
(Shandong Institute of Building Materials, Jinan 250022)

ABSTRACT　The surfacer microstructure of fly ash coagulant, which was converted from fly ash by treatment of acid, was studied using SEM. The adsorption property of the coagulant and the coagulation mechanism of fly ash coagulant from industrial wastewater were investigated.

Keywords　coagulation, fly ash, industrial wastewater.
　　当前水污染问题已遍及世界各地，特别是城市和工业区附近的水体污染尤为严重.造成这种现象的原因除城市人口密度大、生活废水多以外，主要是来自工业废水的污染.一般城市的工业废水排放量占整个废水量的30%—60%，随着各类工业的发展，工业废水排放量还将不断上升.
　　粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排出的废渣.我国电力以燃煤为主，每年约有近亿t粉煤灰排放，其中少部分(20%—30%)用于建筑、交通、土壤改良等方面，其余的大部分堆积废弃，这不仅占用了大量土地，而且严重污染了环境.如何将粉煤灰综合利用，是当今环境科学的重要研究课题.
表1　粉煤灰化学组成
Table 1 Chemical of composition of fly ash

化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3烧失量
质量分数，%57.9025.207.152.681.330.405.83

表2　废水水质
Table 2 Quality of the wastewater

　COD,mg/LSS,mg/L透光率(T400nm)，%pH
造纸废水1310.5704.30.0410.0
制革废水964.31168.50.79.1

粉煤灰是具有一定活性的球状细小颗粒，对于水中杂质具有较好的吸附性能.利用粉煤灰对工业废水进行处理可谓以废治废，且处理废水费用低、效果好，这已得到有关科技界的广泛重视.利用粉煤灰对废水处理已有大量的研究工作，取得了可喜的成绩［1—4］.本文对粉煤灰进行处理后，进行了表面特征、吸附性能及对工业废水处理效果的初步研究.

1　实验
1.1　实验用材料
　　实验用粉煤灰取自济南电厂，其主要化学组成如表1.实验用废水分别取自济南造纸总厂和济南制革厂，废水水质状况如表2.实验用盐酸、硫酸、FeCl3,Al2(SO4)3购自化工商店.
1.2　实验方法
　　将粉煤灰在烘箱内烘干，过325目、170目和80目筛，对废水进行吸附性能实验.实验方法是取废水400mL，加入经筛分的粉煤灰20g，搅拌4h，测定粉煤灰对废水中杂质的吸附量.
　　将100g干粉煤灰分别加入到400mL的盐酸(浓度为2mol/L)、硫酸(浓度为2mol/L)及硫酸(浓度1mol/L)与盐酸(浓度1mol/L)混合液中，在室温下搅拌20min,滤出液体并对滤出液中铁、铝、硅含量进行分析.将滤出的粉煤灰烘干，并用HIACHIs-2500电子显微镜进行颗粒表面观察.
　　用酸处理粉煤灰得到的混合物即粉煤灰混凝剂对工业废水进行处理，处理方法是取500mL废水放入烧杯内，加入适量混凝剂并使pH值调至中性，搅拌5min，倒入800mL量筒静置30min，观察上清液高度.测定废水的固体悬浮物除去率、COD除去率、色度除去率等.并与FeCl3混凝剂、Al2(SO4)3混凝剂的处理结果相对比.

2　实验结果及分析
2.1　对粉煤灰的处理结果与分析
　　利用不同细度的粉煤灰对工业废水中杂质进行吸附，吸附性能实验结果如表3.
表3　粉煤灰细度对吸附性能的影响
Table 3 Effect of size of fly ash on its adsorption property

粉煤灰细度过325目筛过170目筛过80目筛原状粉煤灰
吸附量，mg/g29211622

表4　铁、铝、硅在酸中的浸出率
Table 4 Rate of draw-off Fe,Al,Si in the acids

质量分数2mol/L盐酸2mol/L硫酸1mol/L硫酸+1mol/L盐酸
浸出铁，%1.360.561.18
浸出铝，%1.962.632.44
浸出硅，%1.180.821.08

　　实验表明，颗粒较小的粉煤灰对工业废水中杂质的吸附能力较强，325目粉煤灰的吸附能力比80目粉煤灰的吸附能力高出81.3%.因此粉煤灰做废水混凝剂时应尽量选用粒度较小的细灰.
　　粉煤灰在盐酸、硫酸及硫酸与盐酸混合液中的铁、铝、硅浸出量测定结果见表4.


图1　未经处理的粉煤灰颗粒表面
Fig.1 Surface of fly ash
particulate without acid treatment is not treated


图2　经酸处理后的粉煤灰颗粒表面
Fig.2 Surface of fly ash particulate withacid treatment
实验表明，盐酸对粉煤灰中铁的浸出效果较好，硫酸对粉煤灰中铝的浸出效果较好.因此我们采用1mol/L盐酸与1mol/L硫酸混合处理粉煤灰.制得的混凝剂，铁、铝、硅均有较高的含量.
　　酸处理后的粉煤灰，表面状况有比较大的变化，电子显微镜照片说明了这一点.未经酸处理的粉煤灰颗粒，其表面比较光滑致密(图1).经酸处理后的粉煤灰颗粒表面变得粗糙，许多颗粒表面出现了孔洞(图2).从废水处理的吸附理论来讲，吸附剂的比表面积越大，吸附效果越好.酸处理的结果增加了颗粒的比表面积，因此可增加粉煤灰颗粒的吸附能力.
2.2　对废水的处理结果与分析
　　用酸处理粉煤灰制得的混凝剂分别对造纸废水及制革废水进行混凝实验，处理结果见表5.粉煤灰混凝剂与Al2(SO4)3,FeCl3混凝剂的混凝结果对比见表6.

表5　粉煤灰混凝剂对工业废水的处理效果
Table 5 Effect of fly ash coagulant on the industrial wastewater

　SS去除率，%COD去除率，%色度去除率，%
ABCABCABC
造纸废水88.989.390.263.664.369.796.296.598.6
制革废水90.290.291.064.264.969.996.397.098.9

　　注：A表示用2mol/L盐酸处理粉煤灰得到的混凝剂；B表示用2mol/L硫酸处理粉煤灰得到的混凝剂；C表示用1mol/L盐酸、1mol/L硫酸共同处理粉煤灰得到的混凝剂

表6　各种混凝剂对废水的处理结果
Table 6 Effect of various kinds of coagulant on the wastewater

　SS去除率，%COD去除率，%色度去除率，%
abcabcabc
造纸废水75.372.490.262.261.869.794.393.598.6
制革废水84.481.291.063.362.869.995.493.698.9

　　注：a表示Al2(SO4)3混凝剂，b表示FeCl3混凝剂，c表示粉煤灰混凝剂C.
在处理同一种废水时，应保证起混凝作用的主要成份Al,Fe的当量一致


图3　上清液高度测定结果
1.Al2(SO4)3混凝剂
2.FeCl3混凝剂3.酸处理的粉煤灰混凝剂C
Fig.3 Determination of supernatant altitude
　　由表5看出，混凝剂C对废水的处理效果明显优于混凝剂A和混凝剂B的处理效果.单一硫酸浸渍的粉煤灰，铝浸出量较高；单一盐酸浸渍的粉煤灰铁、硅浸出量较高.二种酸混合后浸渍的粉煤灰铝、铁、硅浸出量均较高(表4).在混凝过程中更易形成高聚络合物.特别从粉煤灰中溶出的活性硅酸，对混凝过程的助凝起较大的作用.
　　由表6可以看出粉煤灰混凝剂的效果明显优于单一硫酸铝混凝剂和单一氯化铁混凝剂.与Al2(SO4)3混凝剂和FeCl3混凝剂相比，粉煤灰混凝剂有以下几个方面的特点.第一、粉煤灰混凝剂可以释放出大量的Al3+,Fe3+正离子.有效降低或消除水中悬浮胶粒的ζ电位，使其脱稳.同时，粉煤灰颗粒经酸处理后，表面形成了许多凹槽和孔洞，能吸附这些脱稳胶粒.第二、粉煤灰混凝剂中含有Al2(SO4)3,FeCl3,AlCl3,Fe2(SO4)3,FeSO4,H2SiO3等多种成分的混凝物质.特别硅酸凝胶的存在，对悬浮颗粒能进行网捕，起到了有利于混凝的吸附架桥作用.另外，粉煤灰混凝剂中的水解物质水解可形成许多复杂的多核络合物，这些络合物不断缩聚反应，逐渐形成了高分子聚合物，随着缩聚反应的不断进行，聚合物的电荷不断升高，这更有利于吸附废水中悬浮的胶体杂质.第三、在混凝搅拌过程中，粉煤灰悬浮于不断产生络合物的废水当中，由于粉煤灰的吸附性，使许多络合物和高分子聚合物将粉煤灰颗粒包裹在中间，形成了一个较大的悬浮体.当停止搅拌时，这些包含有粉煤灰颗粒的悬浮体由于容重较大会迅速的沉降，因而提高了混凝的速度.废水处理的上清液高度测量结果如图3.
　　
3　废水处理工艺流程
　　利用酸处理的粉煤灰作为混凝剂对工业废水进行处理，其处理工艺流程如图4.


图4　工业废水处理工艺流程
Fig.4 Technological process of industrial wastewater treatment
此工艺流程中主要设备是粉煤灰酸处理设备、搅拌混凝设备与沉淀池，工艺比较简单，设备投资少.
参考文献
　1　吕瑶姣等.粉煤灰表面改性的研究.环境科学，1992，13(4)：45
　2　刘国光等.粉煤灰吸附性能的研究.环境科学研究,1994，7(5)：62
　3 马艳然等.粉煤灰处理含氟废水.水处理技术，1993，19(6)：355
　4 黄彩海等.粉煤灰基混凝剂的制备及应用研究.环境科学，1995，16(2)：47
　5 王宝贞等.水污染控制工程.北京：高等教育出版社，1990
