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摘 要:粉煤灰是一种固体废弃物,为实现其充分利用,常用于废水处理中,用作吸附剂,但粉煤灰作为废水吸附剂的二次污染问题很突出,为解决该问题,我们将粉煤灰加工成型材后用于废水吸附,尽管吸附性能有较大程度的下降,却可以重复使用,并且避免了防止粉尘及吸附后的粉煤灰经雨水淋溶出现的二次污染,使粉煤灰的综合利用更加有效。
关键词:粉煤灰型材 二次污染 吸附性能
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)03(a)-0070-01
1 粉煤灰研究现状
我国是以煤炭为主要能源的国家,粉煤灰是煤炭燃烧后的产物,我国仅燃煤发电20世纪末的排灰量就高达1.4亿吨,粉煤灰不仅是一种严重污染大气的污染物,同样也是水体污染的元凶,同时占用了大量耕地,很容易造成次生灾害。为解决粉煤灰对环境的破坏问题,充分利用资源,粉煤灰多用于水泥材料、砖、陶瓷、墙体材料、橡胶、塑料等材料中作为填料使用,这种用法吃灰量大,是目前解决粉煤灰污染的主要办法[1]。粉煤灰具有比表面積很大的特点,可以利用其表面来吸附废水中的有毒物质,如处理造纸废水,COD、BOD、悬浮物的去除率均可达80%以上,是一种优良的吸附剂[2]。另外也可以用于处理电镀废水,吸附其中的有毒重金属元素,处理效率很高,其中对电镀废水中的Cu2+的去除率也可以达到93%以上,低浓度的Cu2+甚至可以达到100%的去除率[3]。然而如此优良的吸附剂存在致命的弱点,吸附后的粉煤灰不易处理,污染物分离困难,在长期堆放淋溶时容易造成溶出污染环境[4]。考虑到粉煤灰淋溶中大多数为重金属离子溶出,而不是有机物,又由于粉煤灰可以用于水泥、粘土等有粘结性的材料一起成型,因此我们采用粉煤灰加工成型后再用于废水处理,通过实验研究,加工成型后的型材可以用于处理水中的有机物,有效地降低废水COD和BOD,并且可以重复利用。
2 粉煤灰型材加工研究及性能研究
粉煤灰型材加工中可用多种粘结剂,如废旧塑料、橡胶、粘土、水泥等,使用废旧塑料和橡胶容易将粉煤灰的表面包裹,造成表面无法使用,而用水泥时往往是用作建筑材料而不是吸附剂,对于粘土通常用于制作陶瓷,造价较高。部分原料的造纸黑液中含硅量接近3%,在造纸过程中会产生硅酸钠[5],继而影响了后续造纸废水的处理。粉煤灰吸附造纸黑液中的硅既可以达到造纸黑液降低硅含量的目标,水中的硅酸钠又可以作为加工粉煤灰型材的原料,可以说以废制废、变废为宝。在实验室中使用硅酸钠作为粘结剂,首先配制成20%的溶液。粉煤灰先粉碎至粒度0.1～1mm,然后放入硅酸钠溶液加热至微沸,转移至准备好的模具中,固定成型一天后取出。我们制作的粉煤灰型材如下图所示(分别为三角形、山字形、五角形、圆环形、星形、圆盘形和球形)。
由于固定成型后的粉煤灰型材在比表面积上比原粉煤灰要小得多,因此在结构上选择1cm作为型材直径或边长。由于三角形、五角形、山字形和圆环在力学性能上存在缺陷,很难成型,我们选择的粉煤灰型材有,粉煤灰球(直径1cm)、粉煤灰圆片(直径1cm,厚度2mm)和粉煤灰立方体(边长1cm)。
经吸附试验研究后发现粉煤灰圆片具有较为优良的吸附性能,粉煤灰小球由于表面积减少较多,吸附性能下降过多,而粉煤灰立方体较难成型。但无论哪种型材,其吸附量较粉煤灰均有很大程度的下降。我们研究了粉煤灰对于有机酸(以乙酸为例)吸附性能,0.1～1mm的粉煤灰对于乙酸的吸附极限量(乙酸过量)可以达到0.249g/g,加工成圆片后吸附极限量为0.083g/g,吸附能力下降了2/3。吸附效果如表1所示。
尽管粉煤灰型材在吸附性能上下降非常明显,但其存放和氧化更加方便,可以存放于库房中避免雨淋溶造成水体的二次污染,也可以防止粉煤灰堆放过程中在吸附并干燥后在风的作用下四处飘散造成严重的空气污染。即使经雨水冲刷,也可由于本身质量较大而不会轻易被冲走,又由于比表面积下降,淋溶造成的污染将大大降低。在一周后有机酸在空气作用下氧化降解,粉煤灰型材又可以作为吸附剂再次使用,而吸附性能并未发生明显改变(如粉煤灰圆片,吸附极限值依然可以达到0.083g/g)。
3 粉煤灰型材应用展望
粉煤灰型材是立足于解决粉煤灰二次污染问题,型材适用于废水中有机物的吸附处理,有机物的降解用库房中的空气进行氧化降解。与传统的粉煤灰吸附法相比,用粉煤灰型材将会在一次投资上有所增加,如库房建设,粉煤灰一次性购买费用提高等,并且粉煤灰型材的吸附性能会比粉煤灰差很多,但由于粉煤灰型材可以重复使用,在后续投资中会相对更省,废弃的粉煤灰型材还可用于粘土中添加、水泥中添加,做到更大限度的利用粉煤灰。煤炭资源日益减少的今天,怎样充分利用所有的资源是一个全国性的问题,粉煤灰型材可以为更多型材的加工试探新路,为更加有效、合理地利用有限的稀缺资源提供参考。粉煤灰型材化对于避免粉煤灰的粉尘污染和吸附废水中有害有机物后的二次污染有积极的作用,是在建筑材料、高聚物填料之外吃灰量大的一种粉煤灰处理方式。粉煤灰型材在加工过程中可以利用造纸黑夜当中的硅来做粘结剂,有利于造纸黑夜的后续处理的同时解决了粉煤灰粘结性差、容易随风飘散的缺点,充分利用了两种废弃物的优势互补,做到了废物利用和两种废弃物的资源化利用。而对于造纸黑夜的后续处理方法研究正在研究中。
参考文献
[1] 张文斌,魏丽丹.粉煤灰应用现状分析.科技资讯,2011(32):120.
[2] 邓书平.改性粉煤灰吸附处理造纸废水实验研究.中国非金属矿工业导报,2009(3):52-53.
[3] 张志国,罗颖,刘春娥.浅析粉煤灰在废水处理中的应用.内蒙古石油化工,2010,36(9):24-25.
[4] 何玉明.粉煤灰应用研究现状与展望.江西冶金,2009,29(2):40-43.
[5] 苑庆山,郑立辉.制浆造纸黑液的处理与资源化.科技经济市场,2008(10):27-28.
①主持鸡西市科技局项目,编号:2001S138。
关键词:粉煤灰型材 二次污染 吸附性能
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)03(a)-0070-01
1 粉煤灰研究现状
我国是以煤炭为主要能源的国家,粉煤灰是煤炭燃烧后的产物,我国仅燃煤发电20世纪末的排灰量就高达1.4亿吨,粉煤灰不仅是一种严重污染大气的污染物,同样也是水体污染的元凶,同时占用了大量耕地,很容易造成次生灾害。为解决粉煤灰对环境的破坏问题,充分利用资源,粉煤灰多用于水泥材料、砖、陶瓷、墙体材料、橡胶、塑料等材料中作为填料使用,这种用法吃灰量大,是目前解决粉煤灰污染的主要办法[1]。粉煤灰具有比表面積很大的特点,可以利用其表面来吸附废水中的有毒物质,如处理造纸废水,COD、BOD、悬浮物的去除率均可达80%以上,是一种优良的吸附剂[2]。另外也可以用于处理电镀废水,吸附其中的有毒重金属元素,处理效率很高,其中对电镀废水中的Cu2+的去除率也可以达到93%以上,低浓度的Cu2+甚至可以达到100%的去除率[3]。然而如此优良的吸附剂存在致命的弱点,吸附后的粉煤灰不易处理,污染物分离困难,在长期堆放淋溶时容易造成溶出污染环境[4]。考虑到粉煤灰淋溶中大多数为重金属离子溶出,而不是有机物,又由于粉煤灰可以用于水泥、粘土等有粘结性的材料一起成型,因此我们采用粉煤灰加工成型后再用于废水处理,通过实验研究,加工成型后的型材可以用于处理水中的有机物,有效地降低废水COD和BOD,并且可以重复利用。
2 粉煤灰型材加工研究及性能研究
粉煤灰型材加工中可用多种粘结剂,如废旧塑料、橡胶、粘土、水泥等,使用废旧塑料和橡胶容易将粉煤灰的表面包裹,造成表面无法使用,而用水泥时往往是用作建筑材料而不是吸附剂,对于粘土通常用于制作陶瓷,造价较高。部分原料的造纸黑液中含硅量接近3%,在造纸过程中会产生硅酸钠[5],继而影响了后续造纸废水的处理。粉煤灰吸附造纸黑液中的硅既可以达到造纸黑液降低硅含量的目标,水中的硅酸钠又可以作为加工粉煤灰型材的原料,可以说以废制废、变废为宝。在实验室中使用硅酸钠作为粘结剂,首先配制成20%的溶液。粉煤灰先粉碎至粒度0.1～1mm,然后放入硅酸钠溶液加热至微沸,转移至准备好的模具中,固定成型一天后取出。我们制作的粉煤灰型材如下图所示(分别为三角形、山字形、五角形、圆环形、星形、圆盘形和球形)。
由于固定成型后的粉煤灰型材在比表面积上比原粉煤灰要小得多,因此在结构上选择1cm作为型材直径或边长。由于三角形、五角形、山字形和圆环在力学性能上存在缺陷,很难成型,我们选择的粉煤灰型材有,粉煤灰球(直径1cm)、粉煤灰圆片(直径1cm,厚度2mm)和粉煤灰立方体(边长1cm)。
经吸附试验研究后发现粉煤灰圆片具有较为优良的吸附性能,粉煤灰小球由于表面积减少较多,吸附性能下降过多,而粉煤灰立方体较难成型。但无论哪种型材,其吸附量较粉煤灰均有很大程度的下降。我们研究了粉煤灰对于有机酸(以乙酸为例)吸附性能,0.1～1mm的粉煤灰对于乙酸的吸附极限量(乙酸过量)可以达到0.249g/g,加工成圆片后吸附极限量为0.083g/g,吸附能力下降了2/3。吸附效果如表1所示。
尽管粉煤灰型材在吸附性能上下降非常明显,但其存放和氧化更加方便,可以存放于库房中避免雨淋溶造成水体的二次污染,也可以防止粉煤灰堆放过程中在吸附并干燥后在风的作用下四处飘散造成严重的空气污染。即使经雨水冲刷,也可由于本身质量较大而不会轻易被冲走,又由于比表面积下降,淋溶造成的污染将大大降低。在一周后有机酸在空气作用下氧化降解,粉煤灰型材又可以作为吸附剂再次使用,而吸附性能并未发生明显改变(如粉煤灰圆片,吸附极限值依然可以达到0.083g/g)。
3 粉煤灰型材应用展望
粉煤灰型材是立足于解决粉煤灰二次污染问题,型材适用于废水中有机物的吸附处理,有机物的降解用库房中的空气进行氧化降解。与传统的粉煤灰吸附法相比,用粉煤灰型材将会在一次投资上有所增加,如库房建设,粉煤灰一次性购买费用提高等,并且粉煤灰型材的吸附性能会比粉煤灰差很多,但由于粉煤灰型材可以重复使用,在后续投资中会相对更省,废弃的粉煤灰型材还可用于粘土中添加、水泥中添加,做到更大限度的利用粉煤灰。煤炭资源日益减少的今天,怎样充分利用所有的资源是一个全国性的问题,粉煤灰型材可以为更多型材的加工试探新路,为更加有效、合理地利用有限的稀缺资源提供参考。粉煤灰型材化对于避免粉煤灰的粉尘污染和吸附废水中有害有机物后的二次污染有积极的作用,是在建筑材料、高聚物填料之外吃灰量大的一种粉煤灰处理方式。粉煤灰型材在加工过程中可以利用造纸黑夜当中的硅来做粘结剂,有利于造纸黑夜的后续处理的同时解决了粉煤灰粘结性差、容易随风飘散的缺点,充分利用了两种废弃物的优势互补,做到了废物利用和两种废弃物的资源化利用。而对于造纸黑夜的后续处理方法研究正在研究中。
参考文献
[1] 张文斌,魏丽丹.粉煤灰应用现状分析.科技资讯,2011(32):120.
[2] 邓书平.改性粉煤灰吸附处理造纸废水实验研究.中国非金属矿工业导报,2009(3):52-53.
[3] 张志国,罗颖,刘春娥.浅析粉煤灰在废水处理中的应用.内蒙古石油化工,2010,36(9):24-25.
[4] 何玉明.粉煤灰应用研究现状与展望.江西冶金,2009,29(2):40-43.
[5] 苑庆山,郑立辉.制浆造纸黑液的处理与资源化.科技经济市场,2008(10):27-28.
①主持鸡西市科技局项目,编号:2001S138。