（矿物加工工程专业论文）利用粉煤灰处理生活污水.pdf

摘要 摘要 借助光学显微镜、扫描电子显微镜、x 衍射仪分析等方法对粉煤灰矿物组成及理 化特性进行了系统研究。从实验结果可以看出，陡河发电厂粉煤灰粒度较细，而且粉 煤灰申含有大量氧化硅、氧化铝，能提供大量s i 、a i 等活性点，有利于化学吸附的顺 利进行。说明，粉煤灰是一种性能良好的水处理剂。 为了进一步了解粉煤灰的吸附性能及对生活污水中c o d 的去除效果，分别进行了 静态吸附实验和动态吸附实验，对粉煤灰的粒度、投加量、温度等因素进行了分析， 确定粉煤灰处理生活污水时静态吸附平衡时问为2 5 b ，化学耗氧物质在粉煤灰上的吸 附等温式为：q = 0 4 3 5 c o5 ”。最佳工艺条件为：进水速度为4 m l m i n ，粉煤灰粒度为 0 0 4 8 r a m 一0 0 5 6 m m ，粉煤灰与生活污水体积比为1 ：1 2 5 ，此时c o d 的去除率为9 7 左右。按照有关国标规定，处理后的出水可作为绿化、洗车、冲厕等用水再次加以利 用。 利用粉煤灰处理生活污水，既可以有效地利用粉煤灰，还可以缓解城市用水紧张 的局面，并能达到资源综合利用、以废治废的目的。既具有环境意义，又具有经济效 益。 图1 6 表2 9 参4 6 关键词：粉煤灰；生活污水；吸附 分类号：t q 5 3 6 4 河北理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es t u d ya n a l y s i st h ec h e m i c a la n dp h y s i c a lc h a r a c t e ro ff l ya s h t h ee x p e r i m e n t so ft h i s s t u d yc o n s i s to fs t a t i ca b s o r p t i o ne x p e r i m e n t sa n dd y n a m i ca b s o r p t i o ne x p e r i m e n t s t h et i m e o fs a t u r a t i o na b s o r p t i o no ff l ya s hi s2 5 h a n dt h ea b s o r p t i o ni s o t h e r m a lf o r m u l a w h i c ho f t h ef l ya s ht r e a t i n gm u n i c i p a lw a s t ew a t e r i sq = 0 4 3 5 c o 5 7 6 i nt h ep r o c e s so fs t a t i ca b s o r p t i o n ，t h ec o dr e m o v a lr a t ei sm a r k e d l yi n f l u e n c e db yt h e c o n c e n t r a t i o no fw a s t ew a t e ra n dt h eg r a i ns i z eo ff l ya s h a n dt h eq u a n t i t yo ff l ya s ha l s o i n f l u e n c e st h er e m o v a lr a t e ，b u tn o tm a r k e d l y t h eb e s tc o n d i t i o no fs t a t i ca b s o r p t i o ni s ：t h e c o n c e n t r a t i o no fw a s t ew a t e ri s8 7 6 3 m o d l ，t h eg r a i ns i z eo ff l ya s hi so 0 5 6 0 ，0 7 4 m m ，t h e q u a n t i t yo ff l ya s hi s4 9 5 0 m 1 i nt h i sc o n d i t i o nt h ec o d r e m o v a lr a t ei s8 9 1 i nt h ep r o c e s so fd y n a m i ca b s o r p t i o n ，t h ec o dr e m o v a lr a t ei si n f l u e n c e db yt h ec u r r e n t v e l o c i t yo fw a s t ew a t e ri sv e r ym a r k e d l y a n dt h ei n f l u e n c eo fg r a i ns i z ei sm a r k e d ，b u tt h e i n f l u e n c eo fv o l u m er a t i o ，w h i c hi sb e t w e e nf l ya s ha n dw a s t ew a t e r ，i sn o tm a r k e d t h eb e s t c o n d i t i o no fd y n a m i ca b s o r p t i o na sf o l l o w s ：t h ec u r r e n tv e l o c i t yi s4 m l m i n ，t h eg r a i ns i z ei s 0 0 4 8 m m 一0 0 5 6 m m ，t h ev o l u m er a t i oi s1 ：1 2 5 i nt h i sc o n d i t i o n 。t h ec o dr e m o v a lr a t ei s 9 6 5 i nt h eb e s tt e c h n i c a lc o n d i t i o n ，w h i c hi sc h o i c e db ye x p e r i m e n t s ，t h ec o dr e m o v a lr a t e i sn e a r l y9 6 5 t h i sk i n do fw o r k e dw a t e rc a nb eu s e dt oa sv i r e s c e n c ew a t e r w a s hc a ra n d w a t e rc l o s e t f i g u r e16t a b l e2 9r e f e r e n c e4 6 k e y w o r d s ：f l ya s h ，m u n i c i p a lw a s t ew a t e r , a b s o r p t i o n c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t q 5 3 6 4 一 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：趁筵：日期：立正年兰月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：茁整。导师签名：场：基：西日期：迸年互月么日 引言 引言 水是人类生产的重要资料之一，随着世界人口的急剧增加和工业生产的迅猛发 展，用水量急剧增加，与之相辅的废水排放量也相应增加，对环境污染也日趋严重， 严重危害了人类的生存，阻碍了工业的发展。研究废水处理新技术、新方法，提高废 水处理效果和废水回收循环使用率，已引起全社会广泛关注。 粉煤灰是燃煤电厂的主要废弃物，同时也是一种既廉价又用途广泛的二次资源。 目前，从国内外综合利用情况来看，粉煤灰在建材、建工、道路、填筑和农业等领域 的应用技术已经较为成熟，粉煤灰在污水处理中的应用则是近几年研究的新热点。 由于粉煤灰的化学组成和多孔性结构，使其具有一定的吸附性能。用粉煤灰处理 废水可有效地脱色除臭，去除重金属离子及氟、磷等，而且列c o d 、b o d 、s s 也有 较高去除率。此外，粉煤灰作活性剂与活性炭相比具有造价低、来源广、用后无需再 生的特点。 唐山市境内现有已经建成并使用的电厂5 座，筹建中的电厂1 座，均为火力发电 厂。其中陡河发电厂为唐山市境内最大的火力发电厂也是华北电网的骨干企业，其装 机容量为1 5 5 万k w h ，每天排放粉煤灰4 5 0 0 t 。1 9 8 6 年该厂耗资一亿元人民币建立了一 座占地4 6 0 0 多亩，使用年限为5 0 年的李家峪灰场。该厂通过电除尘后从烟道系统收 集到的粉煤灰基本达到国家i 、级粉煤灰标准，以出售给水泥厂作原料为主。从锅 炉底部排放的粉煤灰经浓缩由输灰管排人灰场，灰场中含有一定水分的粉煤灰基本未 被利用。 目前，唐山市有二级污水处理厂3 座，污水集中处理率已达到6 0 左右，居全省 首位，在全国也处于先进水平。但作为唐山支柱产业的水泥、钢铁、造纸、煤炭等行 业既是用水大户又是污水排放大户；加之近年来陡河、滦河等河流水位不稳定，且总 体水位呈下降趋势，唐山市仍属一个缺水城市。如何解决水供求矛盾，已成为唐山市 走可持续发展道路，建设小康城市，实现走在全省前列这一目标所面临的重大困难之 一。 在对陡河发电厂粉煤灰的物质组成、物理性质、化学成分以及吸附特性等进行系 统研究，确定了粉煤灰处理生活污水的最佳工艺条件。既可以有效地利用粉煤灰，还 可以缓解城市用水紧张的局面，并能达到资源综合利用、以废治废的目的。既具有环 境意义，又具有经济效益。 河北理工大学硕士学位论文 1 1 粉煤灰综合利用现状 1 1 1 国外粉煤灰综合利用现状 1 文献综述 国外粉煤灰的综合利用，最早可以追溯到二十世纪二十年代，当时一些发达国家 就开始对粉煤灰进行研究。二战后，随着电力工业的发展，出现了大规模的粉煤灰商 品化。目前在国外，粉煤灰已被广泛应用于建材、建工、交通、农业、化工和冶金等 。行业。其中利用量大，经济效益好的应属生产水泥和拌制混凝土。美国利用量的 3 9 ，日本的7 6 ，荷兰的5 9 都用于这一方面。如今，在比利时、丹麦、德国、挪 威、瑞典等国，通常的波特兰水泥已部分或全部被粉煤灰水泥所取代，不仅创造出较 好的经济效益，节约了大量水泥，还极大地改善了混凝土的质量。 国外粉煤灰产品、品种不断增加，技术也有了较大提高，利用量逐年增加，主要 表现在以下几个方面： 一从消极存储为主，转化为积极进行综合利用。一些国家的综合利用率达到 1 0 0 。 从填充、筑路等低级用途转化为把粉煤灰作为原材料生成建材、化肥和提取金 属、微量元素。 从收集到加工、销售有一套完整的设施，自动化程度较高，从过去的自用，转 向部分出口。如荷兰的粉煤灰向比利时出口等。 一综合利用企业的经济效益，从过去的亏损或微利企业，转向经济效益较高的专 业化、大规模企业。 总之，国外对粉煤灰综合利用非常重视，已经把粉煤灰作为一种新的资源，加以 充分利用。 1 1 2 国内粉煤灰综合利用现状 早在二十世纪5 0 年代我国粉煤灰已开始在建筑工程中用作混凝土、砂浆的掺合 料，在建材工业中用来生产砖，在道路工程中作路面基层材料等，尤其在水电建设大 坝工程中使用最多；但利用量较少。 2 1 文献综述 6 0 年代开始粉煤灰利用重点转向墙体材料，研制生j “粉煤灰密实砌块、墙板、粉 煤灰烧结陶粒和粉煤灰粘土烧结砖等，先后在上海、北京、天津、吉林建成示范性工 厂，同时引进前苏联、东欧国家利用粉煤灰生产蒸养建筑材料技术。 直到7 0 年代，国家为建材工业中利用粉煤灰投资5 7 亿元，总设计用灰量为 1 0 6 4 8 9 万t ，设计生产线2 6 1 条。但由于种种原因，投入正常生产的只有1 7 6 条，在 建的还有2 l 条，已经关、停、并、转的6 4 条。而正在生产的1 7 6 条生产线利用粉煤 灰仅4 4 5 6 万t ，利用率仅为1 4 。虽然投资大，但并没有解决好粉煤灰的利用问题。 针对这些问题，国家主管部门指出：电厂灰渣综合利用，应当积极提倡，因地制宜， 广开门路，采用多种途径，讲究经济实效。 到8 0 年代，随着改革开放政策的深入发展，国家把资源综合利用作为经济建设中 的一项重大经济技术政策。1 9 8 7 年9 月在芜湖召开的第二次全国资源综合利用工作会 议上，确定把粉煤灰作为全国资源综合利用突破口。1 9 8 7 年1 1 月原水利电力部在江苏 连云港市召开全国粉煤灰综合利用工作会议，在电力系统动员各方面力量，总结经 验，制定管理办法，积极推动粉煤灰综合利用。粉煤灰的处置和利用在指导思想上不 断发展深化，从“以储为主”改为“储用结合，积极利用”，再进一步明确为“以用 为主”，使粉煤灰综合利用得到蓬勃的发展。特别在“七五”期间，全国粉煤灰利用 量以每年2 0 0 万t 左右的速度增加，综合利用率已摆脱多年徘徊在2 0 的局面，1 9 9 5 年已经达到4 1 7 。这说明1 0 多年来粉煤灰综合利用工作取得显著成绩，尤其是上 海、南通、南昌、南京等先进城市，其利用率都远远高于全国平均水平。上海和南通 近几年粉煤灰利用率都在1 0 0 ，取得了十分明显的社会、经济和环境效益1 3 】。 在我国，粉煤灰在建材、建工、道路、填筑的应用技术已经较为成熟。在建材方 面，主要用作水泥原料、水泥混合料、建筑砌块、加工砼制品、烧结粉煤灰砖等；在 建工方面，主要用于砼和砂浆，其中包括大体积砼、泵送砼、高标号砼、低标号砼、 砌筑砂浆、抹灰砂浆等；在道路建设方面，主要用于路面基层、路堤、路面及用作回 填、矿井回填水坝填筑等。此外，粉煤灰还被应用于农业( 种植) 方面，用来改良土 壤、制作农肥、农药载体。还可以从粉煤灰中提取漂( 微) 珠、碳、铁、铝等。 粉煤灰在高速公路中应用，一次用灰量大，其社会效益、环境效益、经济效益十 分可观。如1 9 9 2 年完成的山东济南到青岛高速公路粉煤灰路堤试点工程，采用纯粉煤 灰筑路堤近4 k m ，填方平均高度2 7 m ，利用粉煤灰4 0 万t ，节省电厂排污费3 2 5 万 元，节省灰场和原筑路取土场面积3 3 8 亩。1 9 9 0 年浙江杭州钱江二桥北岸公路接线工 程用粉煤灰筑路堤1 7 k i n ，路堤平均高度4 2 m ，路面四车道宽2 6 m ，共计用灰2 l 万 3 河北理工大学硕士学位论文 t ，节约建灰场用土地1 6 0 亩，节约征地费3 0 0 万元。京沈高速公路石家庄到安阳段及 石太高速公路石家庄到申后段，利用粉煤灰作路堤，用掉石家庄、邯郸等地四个电厂 的1 0 0 0 万t 粉煤灰，其中两个电厂的四个灰场全部腾空，节省再建灰场投资和筑路取 土费用近l o 亿元。 建材行业是我国最早利用粉煤灰的行业。虽然建材行业用灰没有筑路用灰一次量 大，但就全国来讲，建材行业的利用量居各行业之首，建材利废企业分布最广，数量 最多，已成为粉煤灰综合利用稳定而持久的行业。目前，我国粉煤灰在建材方面的应 用大体可归纳为三个系统( 粘土一粉煤灰系统，石灰一粉煤灰系统，水泥一粉煤灰系 统) 四种制品( 烧结制品、蒸养制品、压蒸制品、常温制品) 。 随着对粉煤灰研究的不断深入，其综合利用途径也在不断拓展，近些年随着人们 环保意识的增强，它在环保领域的应用研究已成为环境科学的一个热点，目前的应用 研究主要集中在利用粉煤灰处理废水、废气以及治理噪声污染三个方面。 1 2 生活污水的特性及处理现状 1 2 1 生活污水的特性 生活污水是指居民在日常生活活动中所产生的废水，主要是生活废液、废料和人 的排泄物，其中包括厨房洗涤、沐浴、洗衣等的废水以及冲洗厕所等的污水。这类废 水的成分及其变化取决于居民的生活状况、生活水平与生活习惯，其中污染物的浓度 与用水量有关。生活污水的特性是：水质较稳定，污染成分复杂，浑浊、色深且具有 恶臭，呈微碱性，一般不含有毒物质【4 ) 。生活污水所含固体物质约占其总量的0 1 一 o 2 ，其中溶解固体约占固体总量的3 5 2 3 ，主要是各种无机盐类和可溶性的有机 物质。生活污水很适宜于各种微生物的繁殖，常含有大量的细菌、病毒、寄生虫卵。 生活污水的污染特性通常用一些特定的指标表示，它反映水在使用过程中被污染 的程度，也是水污染控制的判断标准。生活污水中的污染物主要是有机物，通常提到 的有机物主要指碳氢化合物及其衍生物。由于有机物的种类多，组成复杂，难以直接 测定，一般采用生化需氧量( b o d ) 或化学需氧量( c o d ) 两指标进行衡量。生化需 氧量是用以表示污水中可被生物降解的有机物，在异氧型微生物群作用下进行氧化分 解所需要的氧量。因此，b o d 既是生化需氧量的直接指标，又是可生物降解的有机物 的l 司接指标。化学需氧量直接反映污水中有机污染物的含量。通过测定c o d ，可对废 水的性质作进一步的分析。组成污水的有机物可大致分为容易降解的、难以降解的和 4 1 文献综述 不能降解的三大类幅j 。一般可用b o d 与c o d 的比值来表示废水的可生化降解性。城 市生活t 亏水的生化降解性强，其b o d c o d 在o 3 o 6 之间旧】。城市生活污水中也有 一些有机化合物根本不能被降解，它们被称为“惰性有机化合物”。 反映生活污水污染特性的指标还有悬浮固体( s s ) 与溶解性固体( d s ) 、p h 值、n h 3 州、n 0 3 一n 、色、臭、温度、细菌、有毒物质( 如汞、镉、砷、酚、氰化 物等) 。这些都是生活污水生化处理工艺的设计中必须参考的指标，其中以p h 尤为重 要。一般城市污水p h 值在6 8 之间1 4 ，如果超过这一范围，则表明有大量的工业废 水排入。典型的生活污水，其水质变化大体有一定范围，可参见表1 。 表l 典型的生活污水水质示例 t a b l e1t h ee x a m p l eo f q u a l i t yo ft y p i c a lm u n i c i p a lw a t e r 指标f 鱼等螋_ r同卜ri 蛾 1 2 2 生活污水处理现状及发展趋势 城市污水处理是水环境污染控制的一个重要内容。发达国家的城市二级污水处理 厂相当普及，处理率可达9 0 或更高埔1 。由于经济的原因，发展中国家的城市污水处 理率较低，由此引起的城市水环境污染也较为严重。 我国2 0 0 2 年全国废水排放总量为4 3 9 5 亿t ，其中工业废水排放量2 0 7 2 亿t ，生 活污水排放量2 3 2 3 亿t ，废水中c o d c r 排放总量1 3 6 6 9 万t ”1 。我国地表水体污染主 要来自于工业和城镇，其中5 0 以上来自于城市。城市污水污染控制已成为我国水环 境质量改善的制约因素。国家为有效地防治城市污水污染，十分重视发展城市污水处 理设施建设。到2 0 0 0 年底，我国已建成城市污水处理设施4 2 7 座，其中二级处理设施 河北理工大学硕士学位论文 2 8 2 座，二级处理率仅为1 5 。为使我国水环境质量得到根本改善，从整体上控制城 市污水污染，国家规划到2 0 1 0 年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于 5 0 ，设市城市的污水处理率不低于6 0 ，重点城市的污水处理率不低于7 0 “。可 见，我国城市污水还处于较低的处理水平，大量的污水未经处理直接外排，严重影响 我们周围的水体环境，提高城市污水处理率已成为当务之急。 水处理按技术可分为物理处理、化学处理( 包括物理化学处理和生物化学处 理) 、生物处理。目前国内外城市生活污水处理厂大多采用活性污泥一曝气池二级生 物处理技术。由于其能耗大，运行费用高，相当数量的污水处理厂没有正常运行，实 际处理能力远低于设计能力。生活污水的产生及其污染控制与工业污水不同：对工业 污水，可以实行统一管理，可通过改革生产工艺，减少废物排放量，尽量不用水或少 用水，尽量不用或少用易产生污染的原料、设备及生产方法；可以尽量采用重复用水 和循环用水系统，使废水及污染物的排放量减至最少。但对于生活污水，至今还没有 找到源头治理措施，并且生活污水的人均日产量随着居民居住条件的改善和生活水平 的提高而不断增多。尤其是近年来，随着旅游及房地产在我国的发展，大批旅游景 点、疗养院、别墅、居民区兴建起来，但是这些设施在解决了供水问题之后，由于距 离、地形等种种原因，往往未能将其下水道与市政排水系统相连接，大量生活污水排 入附近河道，造成严重的环境污染，如土壤、农作物、浅表地下水污染。污水中的病 原菌、寄生虫卵随着污水扩散，甚至威胁到水源地的安全，使肝炎、腹泻等肠道疾病 增多。因此必须采取工程措施来解决此类水污染的问题。 近二十年来，城市生活污水处理技术发展迅速，主要有以下三个发展趋势： 1 ) 由传统的二级处理向能脱氮除磷的深度处理转变。 目前，水体的富营养化问题日益突出，我国的一些湖泊，如昆明滇池、江苏太湖 等都出现了较为严重的富营养化现象。氮磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生 物，是引起水体富营养化的主要因素。因此欲对富营养化加以控制，就必须限制氮、 磷的排放。 2 ) 开展污水资源化研究。 将生活污水资源化主要有两种类型。其一是只将日常生活中用于盥洗、沐浴和洗 涤的水集中起来，经过净化处理后回用于冲洗厕所、清洗车辆和庭院绿化，这种方式 由于自来水中的污染物质较少，处理过程比较简单，多用于单独的办公楼和宾馆等公 共建筑；其二是将包括厕所冲洗水在内的所有用过的水都集中起来，经过净化处理之 1 文献综述 后，除作为以上用途外，还可以用于浇灌街心公园，大型的公共绿地以及清扫街道等 方面。这种方式的服务面积大，多用于不同规格的届民住宅区l 。 3 ) 努力探索经济、高效、节能、技术先进的符合我国国情的城市污水处理新工艺 和新技术。 有人计算我国城市污水处理的造价为1 5 0 0 元卜2 0 0 0 元t ，运行费用为0 6 元 卜一1 0 元t 。这与我国的经济发展水平是不相称的，因此，应尽早开发低投资、低 费用、低管理水平的生活污永处理的新工艺、新技术。 1 3 粉煤灰在水处理中的应用现状 随着世界人口城市化进程的加快以及人类生活水平的提高，城市需水量在逐年增 加，城市的水资源短缺和水质污染问题已引起各国的广泛关注和不安。我国多年平均 水资源量为2 8 万亿m 3 ，居世界第六位，但人均占有水资源量只有2 4 0 0 m 3 从年，约 占世界人均水资源的1 ，4 ，是水资源量较低的国家之一。1 9 9 8 年联合国已将中国列为全 球1 3 个最缺水的国家之一。到本世纪中期，全国总用水量将从过去的5 0 0 0 多亿一增 加到8 0 0 0 亿m 3 左右，占我国可利用水资源总量的2 8 以上。按国际上经验，一个国 家用水量超过其水资源可利用量的2 0 ，就很可能发生水危机。据统计，全国6 6 8 个 城市中有4 0 0 多个城市缺水，5 0 多个城市经常闹水荒。特别是北方城市水资源短缺已 直接影响到城市居民的正常生活和工作，影响到城市的正常生产和发展。目前我国废 水每年排放约1 0 0 0 亿m 3 ，8 0 左右的废水未经处理就直接排入水体，造成水体的严重 污染( 1 2 i ，( 1 3 】。 在我国，沉淀法、生物接触氧化法、混凝法、吸附法、活性污泥法、膜分离法等 都是处理城市污水常用的方法。粉煤灰在污水处理中的应用主要是利用其吸附特性， 吸附污水中的有机物、重金属离子、f 一、p 0 4 鼻等阴离子、细菌等微生物、悬浮的胶体 杂质等，以及净化水体。粉煤灰既可单独用于污水处理也可与其它处理污水的方法联 合使用。粉煤灰单独用于污水处理的方式有直接投入法、滤柱法和废水管道进入灰场 法( 废水进入灰场法) 。 1 3 。l 处理生活污水 董树军等人利用直接投入法采取静态间歇吸附操作进行了用粉煤灰处理生活污水 的实验。实验结果表明，粉煤灰对生活污水中有机物有较强的吸附作用。在对p h 值、 粉煤灰粒径、粉煤灰投加量三个因素分别进行实验分析后认为，从经济方面考虑，生 7 河北理工大学硕士学位论文 活污水以不调p h 值，直接进行处理为宜；含碳量高的粗粒粉煤灰表面更接近活性炭， 对c o d c ，去除效果好；当投灰量为5 9 5 0 m l 进行处理为宜，吸附去除率可达8 6 “。 刘安涟采用恒温静态搅拌法测定粉煤灰对生活污水中有机物( 用c o d 表示相对含量) 的吸附容量。实验结果表明，粉煤灰适合低浓度的有机物的吸附，最佳灰水比为 1 ：1 5 ，而且，粉煤灰含碳量越大、颗粒粒径越大其吸附容量值也越大u ”。山西神头电 厂采用废水进入灰场法来处理生活污水，即生活污水不经生物处理直接用于冲灰的现 场实验。结果c o d c ，去除率为6 7 3 7 ，b o d 5 去除率为6 9 8 3 ，效果好于生物氧化接 触法。 1 3 2 处理印染、染料废水 大量实验研究证明粉煤灰对印染废水具有较好的脱色效果，脱色率为9 0 一 9 9 。p h 值对粉煤灰的脱色效果有一定影响，一般在酸性条件下脱色效果较好。 阎存仙等采用直接投入法对活性艳兰x b r 、活性艳红x 一3 b 、活性艳红1 0 2 g 、酸性红b 、酸性藏青c g r 、直接兰2 b 、阳离子红紫r 、硫化艳绿、还原深兰 v b r 等9 种染料进行了脱色实验，并分析了各因素对实验的影响。结果表明，当粉煤 灰投入量为0 0 4 m g g - - 0 0 8 m g g ，振荡时间3 h ，p h - 2 1 0 ，废水浓度1 0 m g ，l 一 6 0 0 m g l 时，脱色率可达9 1 一9 9 。此外，他们还用粉煤灰对上海某染料化学品公 司的色度为6 0 0 0 倍一8 0 0 0 倍，c o d c ，为1 5 0 0 m g m 的染料厂实际废水进行了处理。结 果表明，灰水比和原废水稀释倍数对脱色效果影响较大，而p h 值在一定范围内影响不 大，可以不加以控制。当投灰量为1 6 0 9 m ，原废水稀释一倍，p h 值在5 9 时，处理 后色度可达1 0 0 倍以下，c o d c ，去除率6 0 以上“。 陆海燕通过滤柱法利用粉煤灰对印染废水和洗涤废水进行处理。实验结果表明， 印染厂实际废水经一次处理后，色度和c o d 均达到排放标准。洗涤剂厂废水中a b s 含量高，一次处理后去除率达7 7 ，若经多次处理或增大灰水比，同样也可达到排放 标准。用后的粉煤灰仍可作墙体材料或填筑路基【l 。 肖羽堂等利用电厂粉煤灰通过静态吸附实验( 直接投入法) 和动态吸附实验( 滤 柱法) 处理难降解的染料中间体二硝基氯化苯废水。通过实验得到静态最佳处理条 件：p h = 2 ，时间1 0 m i n ，投灰量为8 ；在此条件下废水c o d c r 去除率达7 9 8 一 8 2 7 ，脱色率达8 7 一8 9 ，出水无色透明。动态吸附实验结果表明，废水流速慢， 吸附反应时间长，c o d c ，去除率高。当控制为3 0 m l m i n 以下时，c o d c ，去除率达9 0 一8 1 文献综述 以上，脱色率更高。动态处理效果好于静态处理效果，出水无色透明，可达标排放。 饱和吸附后的粉煤灰与煤粉容易掺合燃烧，实现有害有机物彻底无害化处理1 1 9 1 。 1 3 3 处理焦化污水 生化一粉煤灰深度处理焦化厂废水的工艺技术已经在工厂实施，并达到了长期稳 定运转，效果良好。该处理方法的系统投资省，运转费用低，且有良好的经济和环保 效益。 许革联等用生物一粉煤灰联合法处理焦化废水。实验研究结果表明随粉煤灰粒度 减小，其吸附能力增强，焦化废水c o d 的值也显著降低，联合处理后污染物比单独用 生化法降低了6 9 ，为保证有较高的污染物脱除率，选定2 0 0 目粉煤灰。同时随粉煤 灰用量增加废水c o d 的值显著降低，当粉煤灰用量大于7 5 k g m 3 时，污染物下降值比 单纯生化法降低5 0 以上，达到国家排放标准。实验还表明，粉煤灰的加入有良好脱 色除臭效果，随粉煤灰粒径减小和粉煤灰用量增加，脱色除臭效果增加1 2 0 1 。 张昌呜等以粉煤灰为吸附剂在线处理来自生化的焦化废水。处理量1 0 0 t h ，粉煤灰 用量1 7 4 7 t l l ，由焦化厂锅炉连续供给。生化出水1 2 1 废水经粉煤灰处理后，c o d c r 、挥 发酚、氰化物、硫化物、油、氨氮、b o d 5 、色度平均去除率5 7 4 1 ，处理后，水中除 氨氮略高外，其余污染物均达到我国一级焦化新厂排放标准。处理后的水6 0 回用， 用过的粉煤灰可制作建筑材料【2 ”。 1 3 4 处理含重金属污水 粉煤灰及其制备的混凝剂可用于有效地去除污水中重金属离子，吸附去除率可达 4 0 一9 0 。p h 值对粉煤灰吸附重金属离子的效果有一定影响，适宜的p h 值在4 7 之闯。 p a n d a y 等直接应用粉煤灰处理含c u 2 + 污水，在3 0 0 c ，p h 为6 5 的条件下，分别对 原始质量浓度为6 4 m g l 和9 6 m g l 的含c u 2 + 污水进行处理，去除率可达1 0 0 和 9 3 口副。薛建军等以粉煤灰为原料，经活化制得的水处理剂粒度小于1 2 0 目，比表面 积为1 0 m 2 g ，用它处理含c u 2 + 污水，当污水p h 为4 ，污水中c u 2 + 浓度为2 0 0 m g l 、 2 9 0 m g l 、4 0 5 m g l 时处理剂用量( 用液固比表示) 分别为1 4 m 3 k g 、o 8 8 m 3 k g 、 0 7 8 m 3 k g ，均达到排放标准以下| 2 ”。黄彪等研究了用粉煤灰的浮选碳制得的颗粒活性 炭对含c r 6 + 污水进行处理，研究结果表明，粉煤灰对含c r 6 + 污水有较好的处理效果。 粉煤灰活性炭在吸附c r 6 + 的过程中，吸附速度随时间的增加而逐渐降低，用活性炭吸 9 一 河北理工大学硕士学位论文 附2 5 m l 、p h = 4 、质量浓度为4 0 m g l 的k 2 c r 2 0 7 溶液，大约6 h 达到平衡。在p h 为 3 5 的k 2 c r 2 0 7 溶液中加入粉煤灰活性炭，平衡吸附量随p h 值的升高而减小，p h 值 越低，平衡吸附量越大。此外，用一定量的粉煤灰活性炭吸附不同浓度c p 的污水， 在一定的时间里，吸附速度随浓度升高而增大，且呈直线关系，粉煤灰活性炭吸附 c r “与温度关系不大】。粉煤灰对c r 3 + 有良好的去除能力。研究表明，在废水p h = 4 1 2 ，c r 3 + 质量浓度o m g 几一1 0 0 m g l 范围内，按铬与粉煤灰质量比为l ：1 0 0 0 投入粉煤 灰进行处理，去除率在9 9 以上肛“。 1 3 5 处理含氟、含磷污水 马志毅等对山西各地的粉煤灰进行优选，用于高氟饮用水的处理，可使水中氟离 子降到规定范围内，并无明显不良作用，而且在除氟的同时，对水中的磷、c o d 、s s 等也有一定的降低作用，并可提高酸性水的p h 值，使之接近中性。基建和运行费弁 都 低于传统的石灰沉淀法。除氟后的粉煤灰可用于制成建筑材料3 1 ；j , 利用【2 。 马艳然等探讨了利用粉煤灰、粉煤灰一生石灰体系处理含氟水的能力和影响因 素。结果表明，应用粉煤灰可使含氟为2 0 m g l 的原水降至1 0 m g l 以下，使含氟 5 0 m g l 一1 0 0 m g l 的原水除氟率达5 0 以上；应用粉煤灰一生石灰体系处理含氟 2 0 m g ，l 一1 0 0 m g l 的原水，均可使含氟量降至1 0 m e f l 以下。用该法处理含氟污水，工 艺简单，操作方便，成本低尉2 “。 粉煤灰对生活污水中的磷有一定的去除作用，去除率达6 0 一7 0 。粉煤灰对磷 的吸附受p h 值的影响较大，中j 陛条件下磷去除率最好。磷的初始质量浓度对磷的去除 效果有很大影响，粉煤灰适合处理低浓度含磷废水。对含磷浓度5 m g l 一1 0 m g l 左右 的废水，可直接处理。而粉煤灰粒度大小对磷的去除影响不大【28 1 。阎存仙等以粉煤灰 作为吸掰于剂在实验室中研究了粉煤灰脱磷的一般规律。结果表明，粉煤灰对于污水脱 磷是一种有效的吸附剂。在含磷质量浓度为5 0 m g ，卜1 2 0 m g l 的模拟污水中，当p h 为中性，粉煤灰粒径为1 4 0 目一1 6 0 目，粉煤灰用量为2 9 5 0 m l - - 2 5 9 5 0 n l l 的实验条 件下，模拟污水中磷的去除率达9 9 以上四】。 1 3 6 处理造纸污水 利用粉煤灰吸附特性处理造纸污水，c o d 去除率可达8 5 ，色度去除率9 5 ，s s 盖除率9 7 。于衍真等用经酸进行表面处理后的粉煤灰进行了处理造纸废水的研究， 实验结果表明，颗粒较小的粉煤灰对废水中杂质吸附能力较强3 2 5 目粉煤灰的吸附能 1 0 一 1 文献综述 力比8 0 目粉煤灰的吸附能力高出8 1 3 。并且随粉煤灰用量增加处理效果随之提高， 但当粉煤灰用量达到一定值后，杂质去除速度会变缓，为保证造纸废水的处理效果， 又不致使沉淀物太多，用灰量宜选2 0 9 u 。在保证处理效果又提高处理效率的前提下， 接触时间以1 5 r a i n 比较适宜 3 。 李长春等利用粉煤灰对碱法造纸中段水、非制浆造纸污水等进行治理研究。实验 和应用都取得了良好的处理效果。在应用中，将水处理系统和锅炉除尘器结合在 起，让水膜除尘器中的粉煤灰灰水混合物与造纸污水混合，完成混凝、吸附等一系列 反应，使污水得到净化。监测结果表明，利用粉煤灰处理造纸污水，当原水质量浓度 c o d c r 为9 6 7 m g l - - 2 6 4 0 m g l ，s s 为2 8 5 0 m g l ，处理后c o d c r 为2 2 9 m g l 57 5 m g l 、s s 为6 9 m g l ，c o d c ，去除率可达7 】2 一8 0 4 ，s s 去除率可达 9 6 7 【3 ”。 此外，粉煤灰中含有c a ( 9 、m g o 等碱性物质，因此，粉煤灰也可用来中和酸性废 水，常采用的方法是用酸性废水冲灰3 2 】，【3 3 】。还可用粉煤灰处理含油污水以及制革、制 药废水等。 目前，利用粉煤灰处理污水进入应用研究阶段，有些技术已应用于工业实践。但 在推广应用中还有几个关键问题亟待解决。 i 灰水分离问题。目前除了过滤法易实现灰水分离外，其他一些方法灰水分离都 有一定困难，这在某种程度上也阻碍了该项技术的推广应用。 2 吸附饱和灰的最终处置问题。现实当中人们大多重视粉煤灰对废水的处理效 果，而忽视了吸附饱和灰的最终处置。吸附饱和灰不能任意弃置，否则经雨水淋溶可 能造成土壤和水体的污染。吸附饱和灰的处置首先要考虑资源再利用，如用作水泥生 产的原料、用于混凝土的组分、制砖等。如果没有再利用的条件，也应在贮灰场最终 处置，但贮灰场应建有防渗层以防止灰场水可能对地下水造成污染。 3 如何提高粉煤灰吸附容量的问题。提高粉煤灰吸附容量一直是科技人员关注的 焦点，但至今仍然没有很好地鳃决，从而也就限制了粉煤灰在污水处理中的应用。 既然在利用粉煤灰处理污水时，还存在着一些关键性的亟待解决的问题。为此， 实验过程中，我们在考虑去除效果的同时要注意对粉煤灰粒度的选择，降低灰水分离 的难度。同时，实验过程中，尽最大可能减少人为因素对粉煤灰化学组成的影响，为 吸附饱和灰的再和用提供广阔前景。 河北理工大学硕士学位论文 2 粉煤灰的理化特性 2 1 粉煤灰的矿物组成 不同地区不同种类粉煤灰中的矿物相差异较大，这种差异使得不同的粉煤灰使用 效果、资源化程度差异比较大，应该说根据粉煤灰中的矿物相确定粉煤灰的品质更为 确切。表2 是刘巽伯对我国一些地区粉煤灰中矿物相分析的结果旧引。 表2 我国粉煤灰矿物组成范围 t a b l e2t h er a n g eo fm i n e r a lc o m p o s i t i o no ff l ya s hi no u fc o u n t l f f 大量研究结果表明，粉煤灰中的矿物相比较简单，玻璃体是主要的，但晶体物质 的含量有时也比较高。较常见的矿物种类有石英、莫来石、石膏、硬石膏和碳酸钙 等，不常见的有磁铁矿、钒铋矿等。按矿物来源和形成方式并参照火山岩研究的理 论，可将上述矿物分为两大类：一类是继承性矿物，主要为石英等；另一类为后生矿 物，有莫来石、石膏、硬石膏、碳酸钙等。 粉煤灰中的石英主要来源于煤燃烧过程中未来得及与其他无机物化合的石英颗 粒，因此称其为继承性矿物。石英性质稳定，在很高温度下也难以熔融，当温度升高 时仅表现为结构的转变。不同种类煤的粉煤灰中石英含量没有很大差异。 莫来石是a i 过饱和的a 卜一s i 酸盐在极高的温度下形成的产物，因此被称为生成 矿物。莫来石含有很高比例的a j 2 0 3 ，这种a 1 2 0 3 不会参与胶凝反应。低钙粉煤灰中的 2 k 2 0 3 主要是莫来石的晶体相，低钙高铝粉煤灰中含有2 一2 0 的莫来石，而高钙粉 煤灰中的莫来石一般不超过6 0 3 5 1 。 1 2 2 粉煤灰的理化特性 硬石膏是高钙粉煤灰的特征相，但在其他种类的粉煤灰中也可以发现。c a o 和炉 内或烟道气中的s 0 2 、0 2 反应生成c a s 0 4 ，粉煤灰中有一半左右s 0 2 可以生成c a s 0 4 ”，其他硫酸盐主要为( n a ，k ) z s 0 4 。硬石膏可以与可溶性的铝酸盐反应生成钙矾 石，因此粉煤灰中的硬石膏是比较重要的矿物相，将影响粉煤灰的自硬特征 。 粉煤灰中的磁铁矿是以纯的f e 3 0 4 形式存在，如果是尖晶石铁酸盐，则a i 、m g 和 t i 可能会取代f e ，所有粉煤灰中磁铁矿含量都比较接近，尖晶石铁酸盐、赤铁矿在所 有粉煤灰中都能测出，赤铁矿通常在低钙粉煤灰中较多，丽高钙粉煤灰中则比较低。 粉煤灰的矿物组成是粉煤灰品质的重要指标，决定粉煤灰的化学成分。 本文选用陡河发电厂贮灰场中的湿灰，烘干后采用四分法制成试样，并制作成薄 片，借助光学显微镜、扫描电子显微镜、x 衍射仪等设备对粉煤灰试样的矿物组成进 行了简单分析。 我们利用d m a x - - i i i a x 衍射仪( 4 0 k v 3 0 m a ，c u ，石墨) ，对陡河发电厂粉煤灰试 样进行x 射线衍射分析计算，得到的结果列于表3 。从表中x 射线衍射测试的结果可 以看出：试样粉煤灰中的晶体矿物主要以莫来石为主，其次为石英、磁铁矿、赤铁 矿。 表3 x 射线衍射测试结果 t a b l e3t h er e s u l to fxd i f f r a c t i o n 矿物名称 含量 石英 奠来石 磁铁矿 赤铁矿 l o 2 6 5 2 0 些研究者的研究结果表明，粉煤灰中的氧化物以相关矿物出现的顺序具有较强 的规律性”“。 陡河发电厂粉煤灰属低钙粉煤灰，在低钙粉煤灰中s i 0 2 出现的顺序为：玻璃体 石英 莫来石，a 1 2 0 3 相关矿物相的顺序为：玻璃体 莫来石 尖晶石铁酸盐。从表3 中的数据可以看出，试样粉煤灰中含有大量石英、莫来石，这就表明试样粉煤灰中 s i 0 2 、a 1 2 0 3 含量将会较高，粉煤灰具有较高活性，利于吸附污水中的污染物。 河北理工大学硕士学位论文 f e 2 0 3 通常以各种矿物相出现的顺序为： 3 中的数据可以看出试样粉煤灰中玻璃体、 f e 2 0 3 的含量也比较适中。 尖晶石 玻璃体 赤铁矿 黄长石。从表 赤铁矿含量适中，这表明试样粉煤灰中 通过对陡河发电厂粉煤灰试样的矿物组成进行分析，可以看出，该粉煤灰中玻璃 体、石英、莫来石含量较高，表明该粉煤灰中含有大量的s i o z 和a i ：0 3 ，这与多元素 化学分析结果相吻合，同时也表明该粉煤灰中存在大量s i 、a l 活性点，有利于粉煤灰 对污水中的污染物质进行吸附。 2 2 粉煤灰的化学性质 不同地区粉煤灰的化学组成差异很大。这主要是因为粉煤灰的化学成分取决与燃 料中的矿物组成，而与锅炉类型及燃烧方式无关。我国3 6 个低钙粉煤灰的化学组成列 于表4 3 引。 表4 我国3 6 个低钙粉煤灰的化学组成 t a b l e4t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no f 3 6l o wc o n t e n to fc a l c i u mi nf l ya s hi no l rc o u n t r y 从表4 中的数据我们可以看出，我国火电厂粉煤灰的8 5 左右是由氧化硅、氧化 铝和氧化铁组成；氧化钙、氧化镁及碱含量较低；烧失量的波动范围较大，平均值亦 偏高；氧化硫含量较低，未超过国家有关标准。 氧化硅、氧化铝、氧化铁，是参与火山反应的主要氧化物。如果氧化硅与氧化铝 含量较高，则说明该粉煤灰具有较强的活性，而且在碱性条件下易于发生水化反应。 生成的水化产物发生凝固作用，有利于粉煤灰胶结固化成块体结构，利于提高粉煤灰 i 4 一 2 粉煤灰的理化特性 强度，降低压缩点。此外，如果氧化铁含量也较高，则有利于降低粉煤灰熔点，即对 粉煤灰玻璃微珠的形成有利，并且对强度、密实性和稳定性都有好处。 我国粉煤灰大都属低钙粉煤灰。其中大部分氧化钙与富玻璃微珠结合具有了较高 的活性；但当温度过高时，游离的氧化钙虽有激发活性的作用，但却不利于制品的安 定性。 烧失量是指粉煤灰中未燃尽的碳的含量，对粉煤灰而言是一不利因素。如果烧失 量较高，将会减少粉煤灰活性成分，不利于安定性，而且会增加需水量，降低密实 度。 氧化钠和氧化钾均能加速水泥的水化反应，并且能激发氧化硅、氧化铝与氢氧化 钙反应，因此，有效碱是有益