粉煤灰吸附染料废水的处理方法毕业设计.doc

江苏科技大学毕业设计(论文)I摘要目前，粉煤灰吸附处理染料废水的研究已经引起了广泛的关注。用粉煤灰处理染料废水既能降低色度又能去除COD。本实验采用高温活化改性粉煤灰吸附处理碱性品红染料废水。实验研究了改性粉煤灰的投加量、搅拌速度、反应时间、温度对吸附效果的影响，测定了35温度下的吸附等温线，并对吸附动力学和热力学模式进行了探讨。实验结果表明，最佳活化温度为350,粉煤灰的最佳投加量为800mg；最佳搅拌速度值为250r/min；吸附反映的平衡时间约为30min,碱性品红的去除率达到98%；升温有利于吸附。粉煤灰对水中碱性品红的吸附规律可用Langmuir吸附等温式较好地描述。吸附动力学能用Bangham和Langmuir模式拟合，且吸附速度由内扩散过程控制。关键字：粉煤灰；吸附；碱性品红；动力学；热力学江苏科技大学毕业设计(论文)IIAbstractAtpresent,theflyashdyeadsorptiontreatmentofwastewaterhascausedwidespreadconcern.UsingflyashwastewatertreatmentcanreducethecolordyescanremoveCOD.Theexperimentalhightemperatureactivationflyashmagentadyeabsorptionalkalinewastewatertreatment.ExperimentalStudyofthedosageofflyash,mixingspeed,reactiontime,temperatureontheeffectsofabsorption,measuredthetemperatureof35adsorptionisothermsandadsorptiondynamicsandthermodynamicsmodelswerediscussed.Experimentalresultsshowthatactivationofthebesttemperaturefor350,thebestflyashdosageto800mg；bestvalueforthestirringspeed250r/min；adsorptionreflectthebalanceoftimeisabout30min,thebasicmagentaRemovalrateof98percent；warmingisconducivetoabsorption.ThewateralkalineflyashontheabsorptionofmagentaavailableLangmuiradsorptionisothermbetterdescription.AdsorptiondynamicscanBanghamandLangmuirmodelfitting,andtherateofabsorptionbythespreadofprocesscontrol.Keyword:flyash,adsorption,alkalinemagenta；dynamics；thermodynamic江苏科技大学毕业设计(论文)III目录第一章绪论-11.1粉煤灰吸附处理废水技术-11.1.2粉煤灰的概况-11.1.2粉煤灰吸附处理染料废水的机理-21.1.3粉煤灰吸附处理染料废水的优点及其影响因素-31.1.4粉煤灰吸附处理染料废水技术的现状-31.1.5粉煤灰吸附处理染料废水技术的展望-41.2粉煤灰的改性与应用-51.2.1粉煤灰的改性-51.2.2改性粉煤灰在处理染料废水上的应用-61.3染料和染料废水概述-61.4本课题主要研究目的、研究内容和研究意义-71.4.1研究目的及意义-71.4.2研究内容-7第二章实验部分-92.1实验试剂与仪器-92.2实验方法-92.2.1最佳波长的确定及标准曲线的绘制-92.2.2改性灰最佳活化温度的确定-92.2.3粉煤灰吸附碱性品红最佳条件的确定-102.2.4改性粉煤灰吸附碱性品红最佳条件的确定-102.2.5正交实验-112.2.5吸附动力学-11第三章实验结果与讨论-123.1最佳波长的确定及标准曲线的绘制-123.1.1最佳波长的确定-123.1.2标准曲线的绘制-12江苏科技大学毕业设计(论文)IV3.2改性粉煤灰最佳活化温度的确定-133.3粉煤灰吸附处理碱性品红最佳条件的确定-143.3.1最佳粉煤灰投加量的确定-143.3.2反应时间对处理效果的影响-153.3.3搅拌速度对处理效果的影响-163.3.4反应温度对处理效果的影响-173.4改性粉煤灰吸附处理碱性品红最佳条件的确定-183.4.1最佳粉煤灰投加量的确定-183.4.2反应时间对处理效果的影响-193.4.3搅拌速度对处理效果的影响-203.4.4反应温度对处理效果的影响-203.5正交试验-213.6吸附热力学-233.6.1吸附等温线的测定-233.6.2等温线吸附规律的数学模拟-243.7吸附动力学-253.7.1吸附速率常数的求取-253.7.2吸附速度控制步骤研究-27结论-28参考文献-29致谢-29江苏科技大学毕业设计(论文)1第一章绪论1.1粉煤灰吸附处理废水技术粉煤灰是煤炭燃烧后的废弃物，其主要成分为二氧化硅、三氧化二铝和氧化铁等，各种无机氧化物的含量因煤种和燃烧条件不同而异，但变化不大。粉煤灰具有发达的大孔，对染料分子具有一定的吸附能力。粉煤灰富含以活性氧化物SiO2和AI203为主的玻璃珠，少量金属氧化物及未燃尽炭，比表面积较大，表面能高，对废水中许多污染物质，尤其是有机物具有较强的吸附和絮凝共沉作用1。目前，在废水处理中，现有的吸附材料价格昂贵、操作繁杂，限制了吸附材料在废水处理中的广泛应用。粉煤灰对印染废水中有色物质的吸附是固体在溶液中的吸附,其吸附剂、溶质、溶剂三者极性不同对吸附量是有影响的。一般非极性的吸附剂易于吸附非极性强的物质。粉煤灰属非极性吸附剂，而印染废水中引起色度的物质，大多数为极性较差的有机物，易被吸附剂吸附。因此，粉煤灰能较好地吸附废水中的有色物质，具有较好的脱色效果,利用粉煤灰处理废水不仅成本低，节约资源，而且还能达到以废治废的目的。1.1.2粉煤灰的概况粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质的混合材料。早在1914年，美国Anon就发表了煤灰火山灰特性的研究，他首先发现粉煤灰中的氧化物具有火山灰的特性2。粉煤灰主要是燃煤电厂、冶炼、化工等行业排放的固体废物。燃煤电厂将煤磨成300um以下的煤粉，用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧，产生的高温烟气经收尘装置捕集而得到粉煤灰(或称飞灰)。少数煤粉燃烧时因碰撞而戮结成块沉积于炉底成为底灰。粉煤灰的理化性质主要是：(1)在光学显微镜下观察，粉煤灰含玻璃球体物50%-80%(在炉温1200-1450时，烟煤燃烧后的粉煤灰中含有玻璃球体，而无烟煤粉煤灰中未发现)，磁性氧化铁(Fe3O4)6%-16%，碳粒子3%-4%，石英3%-20%，莫来石5%-30%.(2)大部分粉煤灰所含的化学成分主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、CaO、FeS，个别煤种的粉煤灰中还含有少量锗、锅、汞、铬、钒、砷、铅、磷、锰、硼、铀等。其物理化学特性取决于煤种、制粉系统、锅炉炉型、除尘器类型、除尘方式、运行工况等多种因素，所以，不同电厂的粉煤灰性质差异很大。如表1-1所示。粉煤灰的综合利用价值取决于其品质。粉煤灰中活性氧化铝和活性二氧化硅的含江苏科技大学毕业设计(论文)2量越高，其活性就越高，品质也越好；CaO有利于提高粉煤灰的活性；而三氧化二铁能起溶剂的作用，促使玻璃体形成，有助于提高粉煤灰的活性。粉煤灰由结晶体、玻璃体和少量未燃炭组成，铝硅玻璃体(氧化硅与氧化铝总质量分数大于60%)是粉煤灰的主要成分，也是决定粉煤灰活性的主要因素。在相同条件下，玻璃体含量越高，粉煤灰的活性就越高。另外，玻璃体的形态、颗粒大小及表面状况与粉煤灰的品质也有密切关系。并且未燃尽炭也致使粉煤灰的品质下降。表1-1部分火力发电厂粉煤灰化学成分（%）Table1-1partofpowerplantflyashchemicalcomposition(%)厂名Si02Al203Fe203Ca0SO3烧失量南昌七里街电厂49.3821.6410.262.761.407.91北京石景山电厂50.9232.126.553.721.206.20江苏望亭电厂59.4229.065.405.96-4.00南京下关电厂49.2820.713.312.080.7012.32武汉青山电厂55.9425.926.153.540.366.12太原二热电厂44.7430.613.832.200.4614.74广州西村电厂60.1230.914.412.640.182.29湖南株洲电厂44.3515.163.521.530.8226.12鞍钢自备电厂57.8017.229.555.47-4.96陕西坝桥电厂44.7330.4410.514.610.874.80富拉尔基电厂54.1916.498.425.94-5.00唐山陡河电厂48.5936.103.014.42-6.811.1.2粉煤灰吸附处理染料废水的机理吸附性能从粉煤灰的理化性质看，粉煤灰处理废水的机理主要是吸附。粉煤灰具有多孔性结构(以大孔为主)、比表面积较大、表面能高，且表面存在着许多铝、硅等物质，具有较强的物理吸附和化学吸附能力2。物理吸附效果取决于粉煤灰的多孔性及比表面积，比表面积越大，吸附效果越好，未燃炭粒对物理吸附产生重要影响。化学吸附主要是其表面具有大量Si、Al等活性点，能与吸附质通过化学键结合。在酸性条件下，阴离子可与粉煤灰中带正电的硅酸铝、硅酸钙和硅酸铁之间形成离子交换或离子对的吸附。粉煤灰中的SiO2、Al2Si04、NaAlSi04与金属阳离子也可发生离子交换。粉煤灰颗粒表面的硅醇基及硅醚基有较强极性的偶极矩，对多环芳烃、氰化物有良好的去除能力。由于粉煤灰是多种颗粒的混合物，孔隙率较大，废水通过粉煤灰时，粉煤灰也能过滤截留一部分悬浮物,但粉煤灰的混凝沉淀和过滤只对吸附起补充作用,并不能替代吸附的主导地位。国内外研究表明，粉煤灰对水中吸附质的吸附包括3个江苏科技大学毕业设计(论文)3连续的过程：第一为颗粒的外部扩散(膜扩散)过程；第二为孔隙扩散过程，即扩散到吸附剂表面的吸附质向空洞的深处扩散；第三为吸附反应过程，吸附质被吸附在颗粒的内表面上3。国内外资料表明：温度越低，粉煤灰对废水中污染物去除率越高，升高温度不利于吸附；pH值的影响结果与吸附质的性质有关4。如用粉煤灰处理含氟废水，在酸性条件下效果好，而处理含磷废水在中性条件下磷的去除率最高；粉煤灰的粒径、比表面积、化学组成对其处理效果有着直接影响。一般比表面积大，含活性氧化铝、氧化硅及未燃尽炭高，污染物去除效果好；吸附质的溶解度、分子极性及分子量都对吸附有一定影响。与活性炭相似，粉煤灰对分子量大的污染物吸附效果较好，因为分子量大分子间引力强，物理吸附更易进行。因此，粉煤灰对以大分子污染物为主的废水表现出较好的吸附性能。1.1.3粉煤灰吸附处理染料废水的优点及其影响因素（1）比表面积较大，表面能高，对废水中许多污染物质，尤其是有机物具有较强的吸附和絮凝共沉作用。（2）粉煤灰处理废水不仅成本低，节约资源，而且还能达到以废治废的目的。（3）采用适当的改性剂对其进行改性，可大大提高其吸附能力，效率高，操作方便。（4）粉煤灰中含有的沸石、炭粒等具有无机离子交换特性和很强的吸附脱色作用。利用粉煤灰治理印染等有机废水不仅处理效果较好，而且还能达到以废治废的目标。（5）粒级较宽，密度小、容重较轻、比表面积大以及灰粒细、碳粒粗等特点。粉煤灰吸附处理染料废水的影响因素主要有：粉煤灰的投加量、溶液的pH值、反应时间、温度等。1.1.4粉煤灰吸附处理染料废水技术的现状我国是染料生产大国，已形成ll大类共600多个品种的规模，到2000年，年产量超过2×108t。对染料废水的处理方法比较多，如生化法、电渗析法、化学凝聚法、氧化法、电解浮上法及离子交换树脂法等，但是至今还没有一种既有效又经济的处理印染废水方法。煤炭是我国主要燃料，火力发电也以燃煤为主。在相当长的时期内，燃煤发电还将会是我国的主要电力能源，因而粉煤灰的产量将会持续地增加，预计到