粉煤灰在印染废水治理中的应用许宗浩

其他采矿理论与技术269粉煤灰在印染废水治理中的应用许宗浩常品茄(义马煤业(集团)有限责任公司河南义马472300)摘要本文分析了粉煤灰的性质,并结合实验研究及工程应用,对粉煤灰在处理印染废水中的效果进行了系统总结,对粉煤灰在治理水污染中的作用进行了有益的探索。关健词粉煤灰废水处理1前言粉煤灰是燃煤锅炉除尘器所捕集的污染物。随着工业发展和生活水平的提高,它的排放量逐年增加。目前我国的处置方式主要是用于建材行业,如生产墙体材料、生产粉煤灰水泥,作为烧结砖瓦的添加剂等,而忽略了它在环保中的作用。近年来,我们利用粉煤灰对三门峡某纺织印染厂的污水进行治理研究,实验和实际应用都取得了良好效果。单纯利用粉煤灰的混凝特性处理废水,化学耗氧量去除率可达到45%,利用其吸附特性脱色效率能达到90%。若进行综合处理,去除率化学耗氧量为85%、色度为95%、悬浮物为97%,处理后水质清澈透明。2粉煤灰的基本性质粉煤灰的物理、化学性质取决于煤的品种、煤灰的细度、煤的燃烧以及收集方式等。但其比重基本在2一2.3之间,松散干容量为550一“0kg/m“,孔隙率一般为60写~75%,比表面积为2700~3500cmZ/g。粉煤灰的化学成分与粘土相似,其中二氧化硅约占46%~63%,三氧化二铝约占20%~36%,其余三氧化二铁约占10%左右,氧化粉煤灰的这些组成成分使其在水处理方面发挥了重要作用。3作为水处理的混凝剂目前我国常用的混凝剂有无机多价金属盐类和有机高分子聚合物类。无机盐类主要是铝盐和铁盐类,常用的有硫酸铝、抓化铝、硫酸亚铁、抓化铁和硫酸铁等。由于粉煤灰中含有30%的三氧化二铝和10%的三氧化二铁,在酸性条件下,其中的铝和铁就变成无机混凝剂。因此,又可将粉煤灰看成是一种含量较低的混凝剂。三年来,通过我们对粉煤灰处理印染废水的实验研究,取得了突破性进展。实验结果表明,利用粉煤灰提取的有效成分对印染废水,COD去除率可稳定在60%一85%(其中除混凝之外还有其他作用机理,后面将谈到),并且大大降低了水处理成本。下面就分述我们的实验及应用过程。207煤炭开采新理论与新技术3.13.2实脸工艺用粉煤灰处理污水实验的工艺流程如图1所示。污水`pH值的为01,一}亘亘」一画困一上清液}粉煤灰(调pH值=4)图1用粉煤灰处理污水实验工艺流程图实验过程及操作要.饭首先将粉煤灰加人3倍体积的水中,调pH值约为4,使其中的三氧化二铝和的三氧化二铁溶出,并具活性,再与碱性污水混合。在此过程中完成了三个过程,即混合、反应、分离。混合阶段做到了使药剂迅速而均匀地扩散到废水中,并成微絮体,因此要大强度搅拌,且时间要求短。反应阶段做到使水流有适当的速度梯度,为微絮体成长创造良好的碰撞条件,又要防止形成的絮体被打碎,因此搅拌强度要小,时间要长一些。之后是静止沉淀,使水与污染物分离。3.3反应机理三氧化二铁和的三氧化二铝溶出液与污水混合时,其中的铝和铁离子能进人液固界面,被电位离子牢固地吸附并中和中电位,从而使胶体脱稳。水解产物迅速沉淀析出,并以胶体作为晶核吸附质,相互捕获而共同沉淀下来,完成污染物与水的分离,水质清澈透明。3.4应用工艺流程用粉煤灰处理污水的应用工艺流程如图2所示。污水叫拢,器卜!沉“池}一水腆除尘.水与灰的棍合物图2用粉煤灰处理污水应用工艺流程图3.5工艺流程说明在实验工程中,我们将水处理和该厂的锅炉除尘结合在一起,将水膜除尘器所除下粉煤灰和水的混合物与污水混合。水在除尘器内不仅捕集了粉煤灰,同时也吸附了二氧化硫等酸性气体,水呈酸性,pH值在5~4之间。这样的酸性水可溶解粉煤灰中的部分三氧化二铁和三氧化二铝,同样达到实验室实验的条件。我们采用机械搅拌反应器,容器直径Zm,深度Zm,搅拌速度78r/min,混合水从容器中部进人,搅拌时水向上翻,混合水从容器下部流出。在出水道内完成反应阶段,进人沉淀池,在其中污染物和水分离,同样经过了实验中的三个过程。实际说明实验室的理论应用于实际也是可行的,处理后的污水感观效果相当好。4作为水处理的吸附荆我国水处理方面常用的吸附剂主要有活性炭、硅藻土、沸石、石英沙等。活性炭处理效果相当好,但成本高,随污水浓度的提高,反洗周期逐渐缩短,使用寿命也不长,在污水处理方面实际应用受到了限制。而硅藻土、沸石、石英沙等则因比表面积小,吸附能力较差,主要其他采矿理论与技术271用于过滤。粉煤灰是在高温的炉膛内被鼓风机吹起悬浮燃烧后形成的,形成过程与活性炭的制作过程有相似之处,同样具有较大的表面积,其比表面积为2700~3500cm,/g。因此在吸附悬浮物、脱色等方面,其性能远远高于石英沙、硅藻土等,又加之来源广泛,成本低廉,可以说是污水处理方面的新材料。利用粉煤灰处理污水,我们在实验室和实际应用中都获得了良好效果。实验室中我们对COD、色度二项指标进行了定量分析。COD实验用水样分为高浓度组和低浓度组,分别为3个和4个样本,数据见表1。裹1粉煤灰处理污水效果裹原原水水15200015088812000042666385555700072000处处理水水92000930007688820333185552166638555去去除率/%%%3955538.33336.00052.33352.00062.11146.555以上实验中粉煤灰的投加量为每200mL污水加人19干粉煤灰,手摇振荡时间为2min,振荡完毕后,高浓度污水中的粉煤灰失去原来的形状,由细小颗粒变成了大块的棉絮体,体积大大增加,同时水质感观上也略有改善。低浓度污水中的粉煤灰基本没有变化,但水质观感指标大改善。从实验数据看也会得出同样的结论,因此可以说,用粉煤灰可以吸附污水中的悬浮物,并且污水浓度越低,吸附效果越好。吸附色度实验是每200mL经药剂混凝沉淀处理后的污水中加人19粉煤灰,分别振荡2min、4min、6min、8min、10min,得到数据见表2。衰2粉煤灰处理污水效果与时间的关系时时间/minnn222444666888l000原原水水2000020000200002000020000处处理水水1500010000500040004000去去除率/%%%25555000755580008000从实验数据来看,利用粉煤灰对污水进行脱色,处理效果比较明显,并且在一定时间范围内脱色时间越长,处理效果越好,最高去除率略低于活性炭,可达80%。5工业应用处理效果在实验成功的基础上,2005年我们将粉煤灰的混凝剂和吸附剂特性应用于实际工程中,取得了相当好的处理效果。处理工艺如图3所示。碱性污水与水膜除尘器输送过来的灰水混合物,在搅拌反应器内完成混凝、吸附等一系列反应。经过反应的粉煤灰不仅本身吸附了大量的悬浮物,并且与混凝作用产生的絮体结合在一起,形成了更大、更牢固的絮体,进人沉淀池后在在粉煤灰的重力作用下,又大大提高了沉淀效果,缩短了沉淀时间。272煤炭开采新理论与新技术利用粉煤灰处理印染纺织废水,综合处理效果见表3。裹3粉煤灰处理印染纺织废水效果衰项项`目目CODDDCODDDCODDDCODDDCODDD色度度SSSSPH值值原原水水701116355582777750007433321999310001000处处理水水110008999135551088812111l000l000888去去除率/%%%84.33386.00083.77785.66683.77795.44496.88888由以上监测分析结果可以看出,利用粉煤灰处理印染纺织废水,COD去除率基本稳定在85%左右,色度去除率高达95%,悬浮物去除率为96.8%,效果都很好。6工程特点利用粉煤灰处理污水,不仅处理效果好,而且费用特别低。粉煤灰是工厂废弃物,利用它作药剂处理污水,费用就是电费和人工费。动力只有一只水泵电机和一台搅拌器电机,处理费用相当低。另外沉淀后的粉煤灰还可用于建材行业,能创造一定的经济效益。利用粉煤灰处理污水的另一个特点是投资低,整套工艺中土建有混凝反应器池壁、沉淀池两项,设备有搅拌器、水泵、管线、电控制盘等,共投资约为9万元。除此之外,利用粉煤灰处理污水还有占地面积少、运行管理简单、处理效果稳定、易上马等特点,是中、小型纺织印染企业处理污水的好方法。作者简介许宗浩(1972~),男,工程师。1996年毕业于中国矿业大学,多年来一直从事煤矿“三度”综合利用工作。