改性粉煤灰吸附废水中的铬

李雪琴

(抚州市环境监测站，江西 抚州 344000)

粉煤灰对废水中污染物的吸附作用可分为物理吸附、化学吸附和吸附—絮凝沉淀协同三种作用。粉煤灰对含铬废水中的铬酸有亲和力，而溶剂(水)对Cr(VI)有排斥力，这是粉煤灰能吸附Cr(VI)的主要原因［1］。

虽然从理论上分析，粉煤灰具有一定的吸附能力，但在研究中发现，原状粉煤灰的吸附效果不理想，因此必须改性。国内外许多学者已有对粉煤灰的改性及吸附的研究，周惜时［2］等对粉煤灰吸附性能的研究表明，粉煤灰是一种吸附性能较好的吸附材料，本实验的最佳投灰量，pH值对粉煤灰的吸附性能有一定的影响;贾陈忠［3］等研究粉煤灰吸附处理含铬废水表明粉煤灰用量、废水酸度、吸附接触时间等对铬的吸附存在一定影响。

本论文采用的是复合盐NAF［4］改性粉煤灰，确定了影响改性粉煤灰制备主要的因素以及改性粉煤灰处理含铬废水最佳运行条件。

1 粉煤灰的性质

1.1 物理性质

粉煤灰是煤粉燃烧过程中所排出的灰渣以及从燃烧的烟雾中沉积下来的灰尘。由于其中含有大量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO 和未燃尽炭等，并具有多孔性、比表面积大、吸附力强等特点，因此粉煤灰具有良好的吸附性与稳定的化学性［5～6］。

1.2 化学性质

粉煤灰取至北海电厂。

表1 粉煤灰的化学成分

2 试验方法

2.1 主要仪器和试剂

本试验主要试验仪器包括电热恒温水浴锅(上海精风仪器有限公司HH－S26s型)、紫外分光光度计(上海精密科学仪器有限公司752N型)和振荡器(江苏省金坛市正基仪器有限公司HY－4型)。

本试验主要实验试剂包括Na2CO3(分析纯)、H2SO4(分析纯)、NaCl(分析纯)、FeSO4(分析纯)、Al2(SO4)3(分析纯)、(分析纯)、Fe2(SO4)3(分析纯)、NaOH(分析纯)、二苯碳酰二肼(分析纯)和EDTA(分析纯)。

2.2 实验方法

2.2.1 模拟铬废水的制备

称取0.1414 g重铬酸钾溶解于蒸馏水后定容到1000 ml，配制为质量浓度为50 mg/L的六价铬污染模拟废水水样，备用。

2.2.2 六价铬标准曲线的绘制

取9 支 50 ml比色管，依次加入 0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00 和 10.00 m1 铬标准使用液，用水稀释到标线，加入1+1硫酸0.5 ml和1+1磷酸0.5 ml，摇匀，加入 2ml显色剂溶液，摇匀 5min后，于540nm处，用3cm比色皿，以水为参比，测定吸光度并作空白校正后，以吸光度为纵坐标，相应六价铬含量为横坐标绘出标准曲线图，见图1。

图1 六价铬标准曲线图

2.2.3 吸附试验

在一定的温度下，分别取六价铬模拟废水100 ml，在一定的pH值下，加入一定量的改性粉煤灰，震荡一定的时间，静置30 min后，过滤，测定六价铬去除率。

2.3 分析方法

2.3.1 六价铬去除率的计算

式中:C0——待测物在水相中的初始浓度，mg/L;

C——平衡时待测物在水相中的浓度，mg/L。

3 实验结果和讨论

3.1 含六价铬废水吸附工艺参数的确定

在一定的温度下，分别取六价铬模拟废水100 ml，在一定的pH值下，加入一定量的粉煤灰，震荡一定的时间，静置30min后，过滤，测定六价铬残留浓度，并计算去除率。确定最佳的pH值，最佳吸附时间，最佳吸附温度，最佳改性粉煤灰的投加量。

3.1.1 溶液初始pH值对六价铬去除率的影响

在室温(25±2℃)条件下，取含六价铬质量浓度为50 mg/L模拟废水100.00 ml到一系列250 ml锥形瓶中，加入0.5 g 改性粉煤灰后，用0.1 mol/L HCl和0.1 mol/L Na(OH)2调节到溶液所需的初始pH值，震荡吸附30 min，静置30 min后，过滤，取滤液测定六价铬残留浓度，并计算去除率。结果见图2。

图2 溶液初始pH值对六价铬去除效果的影响

由图2可知，pH值对六价铬的影响很大。pH小于8的时候，六价铬的去除率效果很好，都达到99.27%以上，且随着pH越接近中性，六价铬去除率越高，pH为8的时候，六价铬去除率最大，达到99.55%;pH大于8的时候，六价铬去除率急剧下降。这主要是由于六价铬主要以CrO2－4和Cr2O2－7的形式存在，在酸性条件下，改性粉煤灰带正电荷，六价铬通过改性粉煤灰的静电吸附作用而除去，且pH越小，有利于六价铬还原成Cr3+，生成沉淀除去［7］。因此实验研究中，六价铬吸附效果最好时，溶液的pH值取为8.0。

3.1.2 吸附时间对六价铬去除率的影响

在室温(25±2℃)条件下，取含六价铬质量浓度为50 mg/L模拟废水100 ml到一系列250 ml锥形瓶中，加入0.50 g改性粉煤灰后，原水pH下，分别震荡吸附10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60 min，静置 30 min后，过滤，取滤液测定六价铬残留浓度，并计算去除率。结果见图6。

图3 吸附时间对对Cr6+去除效果的影响

由图3可知:当吸附时间超过20 min后，增加吸附时间对六价铬去除效果增加并不明显，分析原因:最主要的是粉煤灰的吸附容量已近饱和，再增加吸附时间，去除率不会有很大的提高。因此选择20 min为吸附时间即可。

3.1.3 温度对Cr6+去除率的影响

取含Cr6+质量浓度为50 mg/L模拟废水100 ml到一系列250 ml锥形瓶中，加入0.50g改性粉煤灰后，在原水 pH 下，水浴锅控制温度分别为 15、20、25、30、35、40℃，震荡吸附30 min，静置30min后，过滤，取滤液测定六价铬残留浓度，并计算去除率。结果见图4。

图4 水温对六价铬去除效果的影响

用改性粉煤灰吸附处理含六价铬废水是一个既有物理作用又有化学作用的复杂过程，温度对这些过程均有不同程度的影响。由图4可以看出，随着温度升高，六价铬的去除率逐渐降低，这是因为吸附过程总是放热的，温度升高，不利于吸附的进行。但是温度对六价铬去除率的影响不明显，因此，基于本实验的结果和工艺条件的简便可行性，用改性粉煤灰吸附处理含六价铬废水时，可在原水水温下进行吸附处理。

3.1.4 投加量对六价铬去除率的影响

在室温(25±2℃)下，取含六价铬质量浓度为50 mg/L模拟废水100 ml到一系列250 ml锥形瓶中，在原水 pH 下，改性粉煤灰分别按投加量为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 g 加入，震荡吸附 30 min，静置30 min后，过滤，取滤液测定Cr6+残留浓度，并计算去除率。结果见图5。

图5 投加量对六价铬去除效果的影响

由图8可知:六价铬去除率随着改性粉煤灰投加量的增加上升很快，在投灰量到0.5 g/ml之后去率增加缓慢，分析原因主要是随着改性粉煤灰投加量增加，六价铬的扩散吸附受到影响。在实际工作中，从经济角度分析，保证较高去除率又不产生过多废渣，改性粉煤灰投加量为0.5 g/100ml，即5 g/L 。

综上所述，改性粉煤灰处理含六价铬废水最佳工艺参数是:改性粉煤灰投加量为0.5 g/100 ml，吸附时间为20 min，pH值为8。

4 结论

(1)用粉煤灰作为含铬废水的吸附剂，处理效果明显，成本低;

(2)在最佳试验条件下，即粉煤灰投加量0.5g/100ml，吸附时间20min，pH值8，原水水温时，粉煤灰对含铬废水六价铬去除率高达99.41%，处理后废水中总铬的质量浓度一般低于1.0 mg/L，符合《污水综合排放标准》(GB 8978－1996)最高允许排放的质量浓度1.5 mg/L的要求，可以达标排放。

［1］李方文，魏先勋.粉煤灰改性吸附材料的研究［J］.重庆环境科学，2003－6，25(6):25－28.

［2］周惜时，秦普丰.粉煤灰吸附性能的研究［J］.粉煤灰综合利用，2006，6:21 －23.

［3］贾陈忠，等.粉煤灰吸附废水处理含铬废水的研究［J］.工业安全与环保，2006，32(3):30 －32.

［4］滕宗焕.改性粉煤灰吸附机理及其在废水处理的应用［J］:西南给排水，2007，(4).

［5］彭荣华，陈丽娟，等.改性粉煤灰吸附处理含重金属离子废水的研究［J］.材料保护，2005 －1，38(1):48－50.

［6］张文艺，李琴，等.粉煤灰吸附法处理污水机理［J］.粉煤灰综合利用，2006，2:54 －56.

［7］周利民，黄群武，等.用粉煤灰吸附废水中的金属离子［J］.化工环保，2006，26，(6):506 －509.