制革廢水處理中粉煤灰改性條件的實(shí)驗(yàn)研究
導(dǎo)讀：粉煤灰是我國(guó)最主要的固體廢棄物污染源之一。我國(guó)在處理制革廢水的技術(shù)方面仍處于比較落后的處境。粉煤灰的改性方法的研究。粉煤灰，制革廢水處理中粉煤灰改性條件的實(shí)驗(yàn)研究。
關(guān)鍵詞：粉煤灰，制革廢水，改性
引言：我國(guó)在處理制革廢水的技術(shù)方面仍處于比較落后的處境，污染速度的增長(zhǎng)遠(yuǎn)大于治理水平的增長(zhǎng)。且工藝來(lái)源復(fù)雜[1,2]，物理法、化學(xué)法要利用大量的化學(xué)試劑，處理費(fèi)用較高，不適宜普及應(yīng)用，并伴有二次污染的問(wèn)題。博士，粉煤灰。生物處理法其也有缺陷[3]，微生物的選擇性;對(duì)污染物的降解速度慢;對(duì)有毒的物質(zhì)只能降解去除一部分，而且還可能形成有毒的中間產(chǎn)物;對(duì)于難降解的物質(zhì)降解困難。從國(guó)內(nèi)這些方法的運(yùn)行狀況來(lái)看，雖然有些工藝運(yùn)用已比較成熟，但都有局限性，尤其是不能很好處理低濃度或者生物難降解的有機(jī)廢水[4]。
粉煤灰是我國(guó)最主要的固體廢棄物污染源之一。博士，粉煤灰。我國(guó)是一個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家，主要以燃煤進(jìn)行發(fā)電，每年從電廠排放的粉煤灰達(dá)到1.6億噸。粉煤灰的大量堆放不僅占用土地，而且對(duì)環(huán)境造成污染。尋求制革廢水的粉煤灰治理技術(shù)[5]，可以達(dá)到以廢治廢的目的。
1. 實(shí)驗(yàn)儀器、材料
1.1實(shí)驗(yàn)儀器
XL-型箱式馬弗爐，102型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，電子分析天平，TU-1810PC紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，pH計(jì)，高速離心機(jī)，85-2型定時(shí)恒溫雙向磁力攪拌器，水熱反應(yīng)釜。
1.2 實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)需要的粉煤灰來(lái)自阜新某煤矸石熱電廠，粉煤灰的化學(xué)組成及pH值見(jiàn)表1。
表1粉煤灰化學(xué)組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))
Tab.1 Chemical composition of fly ash (massfraction) 單位：%
| 粉煤灰產(chǎn)地 | 顏色 | SiO2 | FeO | AlO | CaO | KO | NaO | MgO | 燒失量 | pH |
| 阜新 | 灰黑色 | 54.3 | 5.35 | 25.9 | 3.16 | 3.25 | 1.51 | 1.53 | 4.29 | 12.94 |
阜新煤矸石熱電廠的粉煤灰是從循環(huán)流化床鍋爐里排出的，此類鍋爐燃燒的染料主要是劣質(zhì)煤和煤矸石，而且燃料都是顆粒狀的，比液態(tài)排渣的鍋爐溫度要低，大概850℃-950℃左右，產(chǎn)生了很粗的粉煤灰顆粒，大多為0.5-2mm，比表面積大都小于300m2/kg，并且含有的活性玻璃體很少，粉煤灰的細(xì)度小，所以活性不高。因pH值較高，事先對(duì)其進(jìn)行水洗處理，以保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。
試驗(yàn)廢水某皮革廠廢水處理站二沉池出水。出水為淺褐色，ρ(COD)為200～450 mg/L，pH值8～9，色度80～100倍。由于該廠出水硫化物已達(dá)標(biāo)，所以本試驗(yàn)未再進(jìn)行檢測(cè)。
2.粉煤灰的改性方法的研究
對(duì)粉煤灰進(jìn)行酸、堿、火法以及高溫四種改性處理，并將改性后的粉煤灰對(duì)過(guò)氧化氫進(jìn)行催化來(lái)氧化降解制革廢水。博士，粉煤灰。用未處理的粉煤灰參與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行參照。在室溫下，加入濃度為200.4mg/L的過(guò)氧化氫，粉煤灰的投加量為2g/200mL，處理COD初始=220mg/L的制革廢水，反應(yīng)60min后結(jié)果如圖1和2所示。
由圖1、2可知，酸改性能最大的提高粉煤灰催化性能，吸附作用對(duì)COD的去除率為69.5%，對(duì)色度的去除率為93%;催化作用對(duì)COD的去除率為89.3%，對(duì)色度的去除率為99%。其次是火法和熱處理，堿法提高的最少。原因是酸改性后粉煤灰能溶出大量的活性物質(zhì)Al3+和Fe3+，增強(qiáng)粉煤灰的催化性能;另外酸改性可以中和將粉煤灰中的一些堿性可溶性物質(zhì)，使粉煤灰的酸性活性中心暴露出來(lái)，促進(jìn)催化反應(yīng)的發(fā)生。酸性活性中心被充分的暴露，催化雙氧水生成活性物種羥基自由基。可見(jiàn)酸改性法最大程度上提高了粉煤灰的催化性能，所以以下實(shí)驗(yàn)我們都采用酸改性后的粉煤灰。博士，粉煤灰。
圖1 不同方法改性的粉煤灰吸附作用對(duì)COD、色度的去除率的影響
Fig.1 Effect of adsorptionof different Pretreatment fly ash
on removal rate of CODand chroma
圖2 不同方法改性的粉煤灰催化作用對(duì)COD、色度的去除率的影響
Fig.2 Effect ofcatalysis of different Pretreatment fly ash on removal rate of COD and chroma
3 酸改性粉煤灰的最佳制備條件
通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，酸改性粉煤灰可以有效提高粉煤灰的催化性能。博士，粉煤灰。以下對(duì)酸改性條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
3.1 酸的最佳配比
取不同的酸配比V硫酸:V鹽酸為1:1，2:1，1:2，來(lái)進(jìn)行催化吸附實(shí)驗(yàn)，由圖3和4可以看出，酸配比為V硫酸:V鹽酸 =1:2時(shí)改性的粉煤灰活性最大，該改性粉煤灰對(duì)COD和色度都有很好吸附和催化效果，吸附作用對(duì)COD的去除率為70.3%，色度的去除率為96%;催化作用對(duì)COD的去除率為92.3%，色度的去除率為99.3%。以酸配比為V硫酸:V鹽酸=1:2的溶液作為粉煤灰的酸性激發(fā)劑，使溶液中存在許多作用的聯(lián)合：粉煤灰的吸附作用;酸改性后使粉煤灰中大量溶出活性物質(zhì)A13+和Fe3+，離子降低了顆粒物的電位，從而使顆粒物發(fā)生脫穩(wěn)凝聚作用;粉煤灰中的硅酸凝膠能捕捉污染物，起到混凝吸附架橋的作用，這些作用的聯(lián)合提高了粉煤灰的活性。
圖3 不同酸配比對(duì)粉煤灰吸附性能的影響
Fig.3 Effect of differentratio of acid on adsorption of fly ash
圖4 不同酸配比對(duì)粉煤灰催化性能的影響
Fig.4 Effect of different ratio of acid on catalysis of fly ash
3.2 改性劑的用量
分別取10 mL、15 mL、20mL、25 mL、30 mL、35 mL體積的酸激發(fā)劑，對(duì)10g粉煤灰進(jìn)行改性，用得到的幾種改性粉煤灰對(duì)制革廢水進(jìn)行降解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5和6，以15mL的酸激發(fā)劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，得到的粉煤灰降解模擬制革廢水的效果最好，吸附作用對(duì)COD的去除率為80.6%，色度的去除率為94%;催化作用對(duì)COD的去除率為90.5%，色度的去除率為98%。原因是酸激發(fā)劑能夠中和粉煤灰的堿性物質(zhì)，使粉煤灰酸性活性位點(diǎn)暴露，在其酸性活性位點(diǎn)未暴露完全時(shí)，加入的酸激發(fā)劑的量越大，粉煤灰的活性也就越大，但如果粉煤灰的活性被激發(fā)完全時(shí)，再加入酸激發(fā)劑對(duì)粉煤灰的活性提高不大。因此我們選用的酸激發(fā)劑的量為15mL。
圖5 酸激發(fā)劑的用量對(duì)粉煤灰吸附性能的影響
Fig.5 Effect of dosageof acid excitated agent on adsorption of fly ash
圖6 酸激發(fā)劑的用量對(duì)粉煤灰催化性能的影響
Fig.6 Effect ofdosage of acid excitated agent on catalysis of fly ash
3.2 改性的攪拌時(shí)間
將15mL的酸激發(fā)劑與10g粉煤灰進(jìn)行混合后，并進(jìn)行不同時(shí)間的攪拌分別是10 min、20 min、30 min、60 min、90 min、120 min，并用得到的幾種改性后的粉煤灰對(duì)制革廢水進(jìn)行催化和吸附試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7和8所示，隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)模擬制革廢水的降解效果也逐漸增大，這是由于攪拌使酸激發(fā)劑和粉煤灰得到充分的混合接觸，完全使粉煤灰的活性位點(diǎn)暴露;但當(dāng)攪拌時(shí)間到達(dá)60min時(shí)再增加攪拌時(shí)間對(duì)去除效果沒(méi)有明顯的提高，這是由于當(dāng)活性位點(diǎn)暴露完全后，粉煤灰的活性已得到完全激發(fā)，再進(jìn)行攪拌作用不大，所以最佳的攪拌時(shí)間為60min，吸附作用對(duì)COD的去除率為68.2%，色度的去除率為95%;催化作用對(duì)COD的去除率為89.3%，色度的去除率為98.6%。
圖7 攪拌時(shí)間對(duì)粉煤灰吸附性能的影響
Fig.7 Effect of Mixing time onadsorption of fly ash
圖8 攪拌時(shí)間對(duì)粉煤灰催化性能的影響
Fig.8 Effect of Mixing time oncatalysis of fly ash
3.3 改性的攪拌溫度
將15mL的酸激發(fā)劑與10g粉煤灰進(jìn)行混合后，分別在20℃、30℃、40℃、60℃、70℃、80℃不同溫度下對(duì)混合液進(jìn)行攪拌，60min后測(cè)定其處理效果，結(jié)果如圖9、10所示，可見(jiàn)改性的溫度對(duì)于提高粉煤灰的活性波動(dòng)不大，所以我們選擇室溫就可以。
圖9 攪拌溫度對(duì)粉煤灰吸附性能的影響
Fig.9 Effect ofMixing temperature on adsorption of fly ash
圖10 攪拌溫度對(duì)粉煤灰催化性能的影響
Fig.10 Effect ofMixing temperature on catalysis of fly ash
4.結(jié)論：(1)對(duì)粉煤灰的幾種改性方法進(jìn)行試驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：酸改性對(duì)吸附和催化性能提高最大，酸改性增大了粉煤灰比表面積，增強(qiáng)了吸附性能，同時(shí)有激活了粉煤灰的酸性活性中心，提高了其催化性能。博士，粉煤灰。
(2)實(shí)驗(yàn)得出酸改性的最佳酸配比為V硫酸:V鹽酸=1:2，最佳的粉煤灰改性條件是在10g粉煤灰中加入15mL的酸激活劑，在室溫下進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為60 min。
參考文獻(xiàn)：
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