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摘要：进行了粉煤灰处理生活污水的实验研究，分析了粉煤灰对生活污水中CODCr的吸附规律，并建立了该吸附反应的吸附等温线方程；通过改变实验条件找出了粉煤灰吸附的影响因素，指出酸洗和水洗活化处理会提高粉煤灰的吸附能力，温度升高粉煤灰吸附能力会有所下降，并通过实验找出了最佳灰水比。
关键词：粉煤灰；CODCr；吸附；活化
中图分类号：TU761文献标识码：A
引言
粉煤灰是煤粉燃烧后产生的粉状灰粒，是我国主要的工业固体废弃物之一。2000年我国粉煤灰数量达到1.6亿t左右，预计到2010年粉煤灰排放量将达到2亿t[1]。粉煤灰的堆放不仅占用大量的土地面积，而且存在污染空气、土壤和地下水的潜在危害，对经济和环境都会造成影响。我国目前粉煤灰资源的利用率不到50%，多用于建筑、交通以及土壤改良方面。由于粉煤灰具有比表面积大，且存在大量铝、硅等活性成分[2~3]，具有一定的吸附能力，本文利用粉煤灰的这个特性，将其用于生活污水处理的实验研究，结果表明粉煤灰具有较好的水处理能力，若能大规模使用，可以达到以废治废的目的，具有较好的经济和环境效益。
1 实验材料及仪器设备
粉煤灰取自郊区某工厂锅炉房粉煤灰（灰黑色），经适当处理后备用。生活污水取自校内生活污水，过滤后采用重铬酸钾法测定其COD值，300mg/L左右。实验主要仪器有电热恒温干燥箱、恒温振荡器、重铬酸钾法测定COD的回流装置。
2 实验方法及结果
2.1 吸附平衡时间
将所取的污水水样经过滤处理，测定其COD值。粉煤灰在恒温干燥箱100～105℃中烘干1h后取出，冷却至室温备用。
取100mL生活污水水样，放入200mL锥形瓶中，并加入10g粉煤灰，在室温条件下，置于恒温振荡器上振荡，每隔15min用注射器取上清夜，用重铬酸钾法测定其COD值，计算COD去除率和粉煤灰吸附量(mgCOD/g粉煤灰)。
由吸附量随时间的变化趋势图可以看出，随时间的不断增加，粉煤灰的吸附量也随之迅速增加，但当吸附时间达到120min后，吸附量基本趋于恒定，可以认为达到了吸附平衡时间，即该实验中粉煤灰对COD的吸附平衡时间为120min。
2.2 吸附等温线分析
取8个200mL锥形瓶，各注入100mL生活污水，并分别加入1g、2g、3g、4g、5g、6g、7g、8g粉煤灰，在室温下振荡2h至吸附平衡，取上清液测定平衡时的COD浓度值Ce，并计算平衡时的吸附量qe，分析qe和Ce的关系，可以得出粉煤灰的吸附等温方程。不少研究表明[4~6]，粉煤灰的吸附等温规律符合Freundlich吸附等温规律，因此本次实验采用直线回归法分析处理实验数据。
采用最小二乘法确定回归参数，分析得到直线回归方程为： 。其中 的系数为0.6705，表明吸附反应还是比较容易进行的，同时反映了实验用粉煤灰具有较好的吸附性。
2.3 粉煤灰吸附性能影响因素及分析
2.3.1 水洗和酸洗活化的影响
水洗处理方法：取100g粉煤灰与500mL蒸馏水混合，在振荡器上振荡30min充分混合后，过滤，100~105℃烘干冷却后备用。
酸洗处理方法：将粉煤灰与预先配置好的5%的硫酸溶液混合，在振荡器上振荡30min后，过滤，再用蒸馏水洗滤粉煤灰三次后，100~105℃烘干冷却后备用。
取3个200mL锥形瓶，分别放入100mL生活污水水样，并分别加入仅经烘干处理、经水洗活化处理、经酸洗活化处理的粉煤灰各10g，在室温条件下，置于恒温振荡器上振荡2h至吸附平衡，测定平衡后COD值。实验重复三次，取平均值。
实验表明，经过水洗或者酸洗活化改性后的粉煤灰的吸附能力有所增强，且经过酸洗活化的效果优于水洗活化的，水洗活化效果优于直接烘干的处理效果。分析其原因可能是：未经处理的粉煤灰表面比较光滑致密，处理后，表面变得粗糙产生空洞[7]，增加了粉煤灰颗粒的比表面积，提高了其吸附效果。同时经过酸洗处理后，粉煤灰中的硅铝等活性成分可能被溶出，这部分带正电荷的离子，能起到中和悬浮胶体电位的作用，从而起到絮凝作用，提高处理效果。
2.3.2 温度的影响
分别取5g烘干的粉煤灰置于装有50mL生活污水的200mL锥形瓶中，于恒温振荡器上振荡2h至吸附平衡，水浴温度分别控制在15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，测定其平衡COD值，计算去除率。
从实验结果可以看出，随着温度的升高，COD的去除率逐渐下降，即低温时的处理效果好于高温时的处理效果，分析原因应该是吸附过程本身是一个放热过程，温度升高，吸附效果下降。综合考虑利用粉煤灰处理生活污水时，在室温条件下就可以取得不错的去除效果。
2.3.3 灰水比的影响
在7个锥形瓶中分别加入0.5g、1.0g、1.5g、2g、2.5g、3.0g、3.5g烘干的粉煤灰，并加入50mL生活污水，振荡至吸附平衡，测定平衡时COD值，并计算去除率，。
由上图可以看出，对于50mL水样而言，随着粉煤灰投加量的增加，COD去除率不断增加，当粉煤灰用量在2.5g时，COD的去除率趋于平衡，继续投加粉煤灰的量对去除效果没有多大的影响，分析其原因应是投加量在2.5g/50mL水样时，粉煤灰达到吸附饱和，因此本实验最佳灰水比应该是1:20。
2.3.4 污水初始浓度的影响
将生活污水水样进行稀释，取稀释后不同浓度的水样50mL放入200mL锥形瓶中，并在每个锥形瓶中各加入2.5g粉煤灰，在室温下振荡至吸附平衡，测定其COD值。
3 结论
粉煤灰对生活污水具有较好的处理能力，且经过酸洗活化和水洗活化会提高其处理效率，同时粉煤灰的处理效率还受到灰水比、温度等的影响，对于低浓度废水粉煤灰的处理效果较好。利用粉煤灰进行污水处理是一个比较有应用前景的水处理技术，不仅可以以废治废，同时具有较好的环境效益和经济效益。
将粉煤灰大规模的应用到工程实际中还需要解决吸附饱和灰的最终处置问题以及进一步提高吸附容量的问题。
参考文献
[1]曹征彦,汪肇平,沈嘉龙.中国洁净煤技术[M].北京：中国物资出版社，1998:318~341
[2]刘圣勇,张全国,杨群发等.粉煤灰资源化特性及路面工程应用技术研究[J].环境污染与防治，2001,23(2):79~81
[3]焦有宙,王学涛,赵迎芳等.高硫煤增钙粉煤灰矿物组成特性试验研究[J].安全与环境学报.
[4]董树军,何凤鸣,尹连庆等.粉煤灰吸附水中磷的研究[J].粉煤灰综合利用，1996(3):60~62
[5]阎存仙,周红.粉煤灰处理含磷废水的研究.上海环境科学[J]，2000(1):33-34
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