改性粉煤灰处理含磷废水的研究

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

1 引 言 1.1研究的由来和意义

我国是世界上最大煤生产和消费国，也是世界上以煤为主要能源的国家之一，煤炭在我国经济发展中占有极其重要的地位。就目前来看，在今后很长一段时间煤作为我国的主要的燃料地位很难被取代，这意味这粉煤灰的排放量急剧增加。但目前粉煤灰的利用率53%(98年)[1]。

目前，我国的水资源匮乏且污染严重，大量未处理的工业和生活污水的排放，严重污染了水质，更加剧了水资源的紧张程度。据不完全统计，我国城市污水去年总排放量3.5×1011m3左右将近80%的污水未经处理直接排放，全国1／3以上的水体受到不同程度的污染，每年因污染所造成的经济损失已达400亿元[2]。可见，污水处理问题已经刻不容缓。

1.1.1粉煤灰对环境与人体的危害 我国每年排放的粉煤灰如不加以利用而直接送到灰厂，那么输送用水至少达3亿多吨，灰厂占地面积则达50万亩以上，占用大量土地和浪费大量资金，这对我们国家来说是一个严重的威胁。此外，由于粉煤灰的水渗透和扬尘等原因而污染地下水、大气、土壤等。特别是粉煤灰中携带的有害物质，如致癌元素、放射性元素、多环芳烃等有机污染物，对人体健康造成危害。

·1·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

粉煤灰对环境的危害具体表现如下：大量的粉煤灰如不处理，会产生扬尘，污染大气，对人体产生危害；排入河水系统造成河流淤塞，污染水质。目前，粉煤灰的处置方法有土地填埋和贮灰池存储两种。国内外对其环境效应的研究表明，灰中潜在的毒性物质会对土壤、地下水产生污染。 1.1.2研究的目的和意义

从含磷污水中除磷的方法有：化学凝聚沉淀法、活性污泥法、反渗透法等，现有的污水除磷方法都有不尽人意之处，迫切希望能找到一种操作简单、成本低廉，且能直接用于处理含磷废水的方法。

粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废物，是煤粉在高温炉中悬浮燃烧后的产物，它具有较大的比表面积，还含有大量的Al、Si等活性点，使其具有一定的吸附能力，但在研究中发现原状粉煤灰对磷的吸附效果不理想，因此为了增加其吸附能力，必须对其改性。利用固体废物粉煤灰处理水中的磷和其他有毒金属既可以减少水中的污染物质，成本低、耗能少，又可以使固体废物有效的得到利用，增加粉煤灰作为吸附剂的实用性，并使改性过程简便易行、无毒无害，在实际水处理过程中得到应用，最终实现以废治废的目的。 1.2文献综述 1.2.1粉煤灰的产生

粉煤灰是燃烧煤过程中排放的一种粘土类火山灰物质材料。

·2·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

狭义的讲，它是指锅炉燃烧时，烟气中带出的粉状残留物，简称灰或灰飞；广义的说，还包括锅炉底部排放的炉底渣，简称炉渣。粉煤灰具有多孔结构，比表面积2500-5000cm2/g。粉煤灰是有具有多种不同结构和形态的微粒组成。这些微粒大多是为多孔碳粒、玻璃微珠、结晶物质等。 1.2.2粉煤灰的物理化学性质及组成 1.2.2.1粉煤灰的物理性质

(1)粉煤灰颗粒的外观

用肉眼能看见的灰色的粉末状微粒。

(2)粉煤灰的密度

粉煤灰中各种颗粒密度差异很大，我国粉煤灰的密度范围在1.77-2.43g/cm3，平均为2.08g/cm3。通常影响粉煤灰密度最主要的因素为CaO的含量。粉煤灰的堆积密度与粉煤灰中的颗粒级配、密度、形态及粉煤灰的含水率有关。我国粉煤灰的堆积密度统计值范围在516-1070kg/m3。堆积密度是粉煤灰的运输于储存必要的参数。

(3)粉煤灰的细度

粉煤灰的细度是衡量粉煤灰非常重要的性能指标。粉煤灰的细度通常采用一定孔径的筛余量表示，也有用比表面来表示的这两种指标只能给出粉煤灰的整体的细度，而粒径分布曲线反映的粉煤灰的粒径分布情况可以更为准确反映粉煤灰的化学反应速度，需水量及工作性能等。

·3·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

(4)粉煤灰的其他物理性质

粉煤灰还有其他重要的物理性质，如在工程上经常要用到的需水性、抗压强度比、体积安定性、土工特性等：做建材要用的导电性、均匀性、热学性质、高温性质等。 1.2.2.2粉煤灰的化学性质和组成

粉煤灰的矿物组成主要是无定性相和结晶相量大类。粉煤灰属于火山类物质，其主要成分是AL2O3和SiO2,同时还有少量的其他物质。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成：SiO2, AL2O3，FeO+Fe2O3，CaO,TiO2,MgO,K2O,MnO等。 1.2.2.3矿物组成

粉煤灰以玻璃微珠为主，其次为结晶相，主要结晶相为莫来石、磁矿石、赤铁矿、石英、方解石等。 1.2.3粉煤灰的应用情况

粉煤灰是我国排放量最大的一种工业固体废物，对环境和人体造成了很大的危害，因此我国已把粉煤灰的综合利用作为固体废物利用的重点。综合利用大部分集中在建筑和建材行业，高附加值的利用率较少。 1、建材

(1)水泥行业：包括水泥制造用原料、水泥混合材料、混土混合材料、水泥浆、新型硬化材料等。利用粉煤灰配制混土，既可以省水泥又可以改善混土的性能，具有较高的经济效益。 (2)建筑材料:砖、瓦、陶瓷，用粉煤灰代替部分粘土生产烧结

·4·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

砖，工艺简单，造价低。

(3)土木：沥青填料；改良材料；粉煤灰空心砖是很有发展前途的墙体材料，质轻、成产方法简单、成本低。

(4)回填：利用粉煤灰进行回填洼地、矿井等，方法简单，但易造成二次污染，且利用效益低。目前我国粉煤灰综合利用回填所占的比例最大。

(5)筑路：利用粉煤灰筑路，既可以节约路基用土，又可以提高路基的整体性和后期强度。

2、环境保护

目前，粉煤灰除用在建筑、建材等领域外，随着人们环保意识的增强，它在环保领域的应用研究已成为环境科学的一个热点，目前粉煤灰的应用主要集中在以下几点： (1)在废水处理方面的应用

粉煤灰本身处理废水的效果不好，为了提高处理效率，必须对其进行改性。用粉煤灰处理工业废水，如造纸厂的废水COD、SS含量较高，水色较深，对水环境污染较重。张振声等以粉煤灰、PFS作为水处理剂，利用粉煤灰的电中性和吸附性，聚合铁的絮凝的综合作用，在pH=6～8时，采用先加灰，后加PFS的投加方式，对CODcr<3300mg/L，SS<1100mg/L的瓦楞废水进行处理，CODcr的去除率达72%，SS去除率达98%，处理后的水可全部回用，达到零排放[3]。

用粉煤灰处理生活污水，一般废水中有机物的去除率达到

·5·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

60%细菌总数和大肠杆菌群的去除率达90%以上，处理后的水不仅颜色透明，而且无味，且沉淀后的灰可以用在筑路、填井等。加拿大Albert Saskatchewan省建立了一个中试厂处理造纸染色废水，近三年的运行结果表明,粉煤灰的脱色率稳定在90%,TOC去除率56%，TOD去除率18%[4]。

(2)在废气处理方面的应用

粉煤灰主要处理以二氧化硫和三氧化硫为主的硫氧化物和以一氧化氮和二氧化氮代表的氮氧化物。 (3)在噪声防治中的应用

粉煤灰中的漂珠是一种很好的多孔吸附材料，利用浮选回收漂珠制得的隔声材料来防治噪声。 1.2.4 粉煤灰改性及吸附性能

虽然粉煤灰具有吸附性能，但实验研究表明，原状粉煤灰的吸附效果不是很好，因此在实际处理废水中，必须对粉煤灰进行改性，以提高粉煤灰的吸附功能。当前的改性方法主要有火法和湿法两种。本论文采取的是用湿法改性粉煤灰。 (1)火法

火法通常是将粉煤灰与助溶剂(Na2CO3)，按一定比例混合，在800～900℃的高温下熔融，使粉煤灰分解。 (2)湿法

因浸出剂的不同，湿法又可以分为酸法和碱法。碱法处理时，为了得到较高的硅浸出率，也要对粉煤灰进行高温处理。酸法处

·6·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

理时，不用经过高温处理，对硅、铝、铁都有较高的浸出率。本文用的是酸法改性粉煤灰。 1.2.5净化机理分析

粉煤灰处理有害物质的机制主要是吸附机理(包括物理吸附、化学吸附、离子交换吸附)、接触凝聚机理(污染物通过接触凝聚而被去除)、沉淀机理(污染物由于沉降作用及共沉作用而被去除)、其中物理、化学吸附和离子交换吸附占主导地位[5]。

从粉煤灰改性的原理和分析方法可知，用改性粉煤灰处理废水和废气，主要的机理有吸附机理(包括物理吸附、化学吸附、离子交换吸附)、接触凝聚机理(污染物通过接触凝聚而被去除)、沉淀机理(污染物由于沉降作用及共沉作用而被去除) 、其中物理、化学吸附和离子交换吸附占主导地位，用改性粉煤灰来处理造纸废水以接触絮凝机理和沉淀机理为主[5]。 1.2.6富营养化现状及控制 1.2.6.1富营养化现状

湖泊水库的污染与富营养化是我国的重大的环境问题之一，1986-19年对我国23个湖泊、水库调查表明，几乎全部被调查的水体的总氮都超过了2mg/L，有20%的湖泊、水库总氮浓度高达5.00mg/L,92%以上水体总磷浓度超过0.02mg/L,近50%的湖、库总磷浓度为0.2-1.0mg/L。 1.2.6.2 目前水中磷的控制方法

针对全球水体的富营养化状况，各地建立的除磷厂脱磷的原

·7·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

理只要是添加药物的物理化学法和利用生物工程的生物学方法。这些措施包括： 1.严格控制工业废水排放；2.含磷洗涤剂的生产与使用。从含磷污水中除磷的方法有：化学凝聚沉淀法、吸附法、活性污泥法、气浮法、反渗透法等。活性污泥法中，溶解氧的控制，污泥龄以及碳/磷比值的确定等是其技术的关键，难以掌握；气浮法要求调节一定的水压气压，控制上浮速度等，操作技术难度较大，而且对比重大于1的物质去除率低；反渗透法处理成本较高。目前主要采用的方法是絮凝法、沉淀法、吸附法除磷等。

李长江等研究得出：酸洗磷化水，采用“混凝沉淀加砂滤”的方法来处理，对磷、石油类污染物有很好的去除效果，选用熟石灰为除磷药剂，相比其他药剂，价格便宜而且化学性质稳定，污泥脱水容易[6]。万亚珍等以氯化镁、碳酸氢铵为复合沉淀剂去除水中磷过程的工艺条件。该工艺过程保留了化学沉淀法操作弹性大、除磷效率高、操作简单的特点，生成的MgNH4PO4·6H2O结晶大，容易过滤[7]。王九思、马艳飞采用氯化镁含磷废水进行处理，研究了氯化镁的投加量、搅拌时间及pH对处理效果的影响，结果表明：在一定条件下，去除效果良好，去除效率可达98%以上[8]。

胥江河、李仁炳以聚合硫酸铝铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）为原料制备了PAFS－PDMDAAC复合絮凝剂，并将其应用于实际含磷废水处理，实验结果表明，复合絮凝剂具

·8·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

有良好的除磷效果[9]。

化学吸附法是用各种吸附剂来吸附水体中的磷，利用活性氧化铝、硅藻土、沸石、膨润土等吸附水中磷，脱磷效果比较理想。但化学法除磷成本偏高，有二次污染问题。

肖文香利用325＃水泥对电厂粉煤灰进行活化处理后，粉煤灰的吸附功能得到增强。将改性粉煤灰用于去除废水中磷，3g改性粉煤灰对100ml含磷80～120mg/L范围内溶液磷去除率达到91%以上[10]。黄玲通过实验得到粉煤灰、炉渣都可用于废水中含磷污染物的处理。但在基本条件相同的情况下，炉渣对磷的去除率比粉煤灰对磷的去除率高，前者处理的水量比后者的大，吸附平衡时间也较后者快[11]。黄巍以粉煤灰作为吸附剂，在磷浓度为50－120mg/L。粉煤灰用量每50ml为2～2.5g，粒径范围140－160目，pH中性的实验条件下，磷的去除率可达99%以上[12]。王平用海绵铁对城市生活污水中的磷进行处理有良好的去除效果，当投加量为10mg/L时，磷的去除效率可达90%以上，达到城市生活污水排放标准[13]。

利用吸附剂对含磷废水进行处理是目前研究较多的方法，其效果较好，二次污染较易解决，但要达到使用的程度必须考虑吸附剂的成本和吸附剂的后处理。

由此可见，现有的污水除磷的方法各有不尽人意的地方，现在越来越迫切的希望能找到一种操作简便、成本低廉，且能直接用于处理含磷废水的方法。

·9·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

1.3本论文所要解决的主要问题及主要研究内容

本文选用浓硫酸对粉煤灰进行改性，使其对水中的磷酸根具有很好的吸附效果。本文的研究内容为：

(1)对粉煤灰改性方法和条件的研究（包括加酸量、加水量、温度、时间等）；

(2)确定粉煤灰改性后对磷的吸附过程影响吸附的条件； 1.4本研究的技术关键

改性粉煤灰处理含磷废水是利用粉煤灰的改性剂的综合作用的结果，所以，需要解决的关键问题是：适当的投加比及处理条件。要同时考虑处理效率和经济效益，兼顾实用性和经济性。具体技术主要表现在：

(1)确定改性粉煤灰所投加的酸用量、加水量、温度、时间。 (2)使改性后的粉煤灰具有较好的吸附性。 1.5本课题的创新之处

本课题的创新之处在于使用固体废弃物－粉煤灰来处理含磷废水，吸附效率高，成本低，不会对环境产生污染。符合现在保护环境的趋向。

2 材料和方法 2.1仪器和药品 2.1.1仪器

T6新世纪紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）；

·10·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

SHA-C往复式水浴恒温振荡器（江苏金坛正基仪器有限公司）； FA2104N电子天平（上海民侨精密科学仪器有限公司）； DHG-9070A型电热恒温鼓风（上海精密实验设备有限公司）； 2.1.2实验药品 磷酸二氢钾 分析纯； 钼酸铵 分析纯； 抗坏血酸 分析纯； 硫酸（浓） 分析纯 ； 盐酸（浓） 分析纯； 氢氧化钠 分析纯； 酒石酸锑氧钾 分析纯； 2.2模拟废水的配制

将磷酸二氢钾（KH2PO4）置于烘箱中，在1000C条件下干燥两个小时后取出，在室温下冷却，再移入干燥器中备用。秤取8.680g溶于水，移入2000ml容量瓶，用蒸馏水稀释至刻度线，得到浓度为1000.0mg/L（以p计）的溶液。以它作为标准溶液，实验所需要的原水由标准溶液稀释得到，pH值由1mol/L的HCL和NaOH溶液调节。 2.3 分析测试方法 2.3.1正磷酸盐的分析方法

按照国家环保局颁布的“水和废水检测分析方法”，采用钼锑抗分光光度法测定磷的浓度。样品测定时，选择适当的稀释倍数，

·11·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

使被测样品的浓度在允许的范围内。该方法测定磷的浓度范围是0.01-0.6mg/L。 1.方法和原理

在酸性条件下，正磷酸盐和钼酸铵、酒石酸锑氧钾发生反应，生成的磷钼杂多酸，被抗坏血酸还原后，生成蓝色络合物，通常成为磷钼蓝。然后用分光光度计在700nm波长处测定。 2.试剂

（1）1+1 硫酸：浓H2SO4150ml缓缓倒入约150ml水中，搅拌，冷却。

（2）10%抗坏血酸溶液:溶解10g抗坏血酸于水中，稀释到100ml。该溶液储存于棕色瓶中在约40C可稳定几周。如果颜色变黄，则要重新配制。

（3）钼酸盐溶液：13g钼酸铵溶解于100ml水中。酒石酸锑氧钾0.35g溶解于100ml水中。在不断搅拌情况下，将钼酸铵溶液缓缓倒入（1+1）H2SO4溶液中，然后再加入酒石酸锑氧钾溶液，混匀，贮存于棕色瓶中避光贮存。

（4）磷酸盐贮备液：0.217g磷酸二氢钾（1010C烘干两个小时）溶于水中，加入5毫升浓硫酸，转入1升容量瓶中，用水定容。此为50mg/L磷标准贮备液，可以长期保存。

（5）标准溶液：准确吸取磷标准贮备液10ml于250ml容量瓶中，用水稀释到标线，即为2mg/L磷标准液，临时用现配。 3.测定步骤

·12·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

取7个50ml的比色管，分别加入浓度为2mg/L的磷酸盐标准液0、1.00、3.00、5.00、10.00、15.00、20.00ml，向容量瓶中加入抗坏血酸1ml溶液。混匀，30秒钟后加入钼酸铵溶液2ml，稀释至标线。在室温下混匀静置15分钟后，用5mm比色皿，在700nm波长处，以零浓度空白为参比，测量吸光度。以下为实验数据(表1)及绘制的标准曲线（图1）。 表1 测磷的标准曲线: 磷的微克数 吸光度

线性回归方程： Y = -0.00128 + 0.01194 * X R=0.99991

2 6 10 20 30 40 0.025 0.067 0.118 0.235 0.360 0.476

图1 磷的标准曲线方程

·13·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

4 样品的测定

取适量粉煤灰加入锥形瓶中，加入含磷溶液，振荡1小时后，过滤，取滤液放于比色管中，以下按绘制标准曲线的步骤进行显色、测定，并从标准曲线上得到磷含量（微克数）。 5 注意事项

(1)配制钼酸铵溶液时，应注意把钼酸铵水溶液缓缓加入硫酸溶液中，如操作相反，可导致显色不充分，影响实验结果。

(2)此法显色与显色溶液的浓度、钼酸铵浓度、还原剂用量、显色时间和温度有关，室温低于13℃时，可在20℃～30℃水浴中显色。

(3)操作用的玻璃器皿可用（1+5）的盐酸浸泡2小时，或者用不含磷酸盐的洗涤剂清洗。比色皿用后用稀浸泡片刻，以除去吸附的钼蓝有色物。 2.3.2 pH测定

利用复合电极体系进行。每次测定都要用下列标准溶液校正。 10.12g磷苯二钾酸氢钾溶于1000ml水中，25℃时pH为4.008 3.338g磷酸二氢钾+3.533g磷酸氢二钠溶于1000ml水中，25℃时pH为6.865 3 结果和分析 3.1改性条件的影响

本章主要探讨粉煤灰改性时硫酸加入量、加水量、温度及干燥时间对磷吸附效率的影响。

3.1.1粉煤灰改性时加酸量对磷吸附的的影响

·14·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

用磷酸二氢钾和去离子模拟废水配制成含磷量60mg/L的溶液1000ml。

秤取7份5g粉煤灰放入烧杯中，往烧杯里加入相同量的水，然后分别往七个烧杯中加入0.00、0.10、0.20、0.30、0.50、0.70、1.0ml的浓硫酸，充分搅拌后在烘箱中在100℃下干燥2小时。分别秤取上述粉煤灰1.25g于7个锥形瓶中，分别加入60mg/L的含磷溶液125ml于锥形瓶中，用氢氧化钠和盐酸调pH，使pH都在7.0。在25℃条件下振荡1小时后取出，过滤，取其滤液测吸光度，不同加酸量的粉煤灰吸附情况如下图2。

图2 加酸量对磷酸根净化效率的影响

从图可以看出来：加酸量在0.1～0.3ml时磷的吸附效率迅速上升，加酸量0.3～1.0ml时磷的浓度变化很小。考虑到实际处理中的经济效益，本实验采取取粉煤灰5g时加酸0.3ml。

·15·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

3.1.2加水量对吸附效率的影响

用磷酸二氢钾和去离子模拟废水配制成含磷量60mg/L的溶液1000ml。

秤取5份质量都为5g的粉煤灰放在烧杯中，编号分别为1、2、3、4、5.向这五个不同的烧杯中加入相同量的浓硫酸，然后分别往这五个烧杯中加入去离子水0.0、0.5、1.0、1.5、2.0ml。充分搅拌后同时放在恒温干燥箱中在100℃条件下干燥2小时后取出。秤取上述改性的粉煤灰各1.25g。分别放在对应编号的锥形瓶中，往五个锥形瓶中分别加入上述配制的60mg/L的含磷溶液125ml充分振荡后用氢氧化钠和盐酸调节其pH，使溶液的pH都在7.0。然后把五个锥形瓶放在恒温水浴振荡器上在25℃条件下振荡1小时后过滤，取滤液用钼蓝比色法测吸光度，不同加水量的吸附情况如图3。

·16·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

图3 粉煤灰改性时加水量对磷酸根吸附的影响

从图中可以看出，粉煤灰改性时加水量的多少基本不会影响到对磷酸根的吸附净化效率，净化效率都可以达到90%以上。这说明粉煤灰改性时加水量的多少对磷酸根的净化效果影响很小，可以忽略不计。但为使其搅拌均匀,本文取5g粉煤灰加1.5ml水。 3.1.3干燥的温度对吸附效率的影响

用磷酸二氢钾和去离子模拟废水配制成含磷量60mg/L的溶液1000ml。

秤取5份质量都为5g的粉煤灰于5个烧杯中，分别往每个烧杯中加入浓硫酸和水的量分别为0.3ml和1.5ml（为使粉煤灰搅拌均匀而又不使其太粘，故加入此量的水），搅拌均匀后分别在20℃、50℃、100℃、150℃、200℃条件下干燥，2小时后取出。分别秤取上述粉煤灰1.25g于5个锥形瓶中，分别加入60mg/L的含磷溶液125ml

·17·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

于锥形瓶中，用氢氧化钠和盐酸调pH，使pH都在7.0。在25℃条件下振荡1小时后取出，过滤，取其滤液测吸光度，不同加热温度对磷酸根吸附的影响如图4。

图4 不同加热温度对磷酸根净化效率的影响

从图可以看出，到100℃时磷酸的净化效率达到最大，再升高温度，反而会使其净化效率减小。在本文以后的研究中，粉煤灰改性时，改性温度定在100℃。

3.1.4加热时间对磷酸根吸附的影响

用磷酸二氢钾和去离子模拟废水配成含磷量60mg/L的溶液1000ml。

秤取6份质量都为5g的粉煤灰于六个烧杯中，分别往每个烧杯中加入浓硫酸和水的量分别为0.3ml和1.5ml搅拌均匀后放入恒温（100℃）干燥箱中，分别干燥0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5小时。

·18·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

分别秤取上述粉煤灰1.25g于6个锥形瓶中，分别加入60mg/L的含磷溶液125ml于锥形瓶中，用氢氧化钠和盐酸调pH，使pH都在7.0。在25℃条件下振荡1小时后取出，过滤，取其滤液测吸光度，不同加热时间对磷酸根吸附的影响如图5。

图5 不同干燥时间对磷酸根净化效率的影响

图5表明了在0-1.5小时时净化效率在增加，干燥1.5小时后磷的净化效率变化已经很小，根据上述结果，考虑到经济效益和吸附效率，在实际的废水处理中干燥时间应为1.5小时。

3.2 改性粉煤灰吸附磷性能的研究

本章主要讨论的是吸附剂用量、初始浓度、pH、时间对磷酸根吸附的影响。

3.2.1吸附剂用量对磷酸根吸附的影响

·19·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

用磷酸二氢钾和去离子模拟废水配制成含磷量50mg/L的溶液1000ml。

秤取7份各为5g粉煤灰放入烧杯中，往烧杯里加入相同量的水1.5ml和相同量的浓硫酸0.3ml，充分搅拌后在烘箱中在100℃下干燥1.5小时，分别秤取上述粉煤0.5、0.625、0.8333、1.25、1.875、2.5、3.125g放于7个锥形瓶中，分别加入50mg/L的含磷溶液125ml于锥形瓶中，用氢氧化钠和盐酸调pH，使pH都在7.0。在25℃条件下振荡1小时后取出，过滤，取其滤液测吸光度，吸附剂用量对磷酸根吸附的影响如图6。

图6 吸附剂用量对磷酸根吸附的影响

由图知：粉煤灰的投加量会使磷的吸附净化效率显著提高，含磷50mg/l的溶液中，当粉煤灰的投加量为2.5g吸附效率可达99.9%。净化后水中含磷量为0.048mg/L。可以达到《污染综合排放标准》

·20·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

9878-1996一级标准。在实际应用中，中低浓度的含磷废水可以直接投加一定比例的改性粉煤灰处理后达到排放标准。

3.2.2初始浓度对磷酸根吸附的影响

秤取6份5g粉煤灰放入烧杯中，往烧杯里加入相同量量的水1.5ml和相同量的浓硫酸0.3ml，充分搅拌后在烘箱中在100℃下干燥1.5小时，分别秤取上述粉煤灰1.25g 于6个锥形瓶中，分别加入30、50、60、70、90、110m/L的含磷溶液125ml于锥形瓶中，用氢氧化钠和盐酸调pH，使pH都在7.0。在25℃条件下振荡1小时后取出，过滤，取其滤液测吸光度，初始浓度对磷酸根吸附的影响如图 7。

图7 初始浓度对磷酸根吸附的影响

由图可以看出，在其他条件都相同时，初始含磷溶液越大，磷酸

·21·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

根的净化效率越低。当水中磷的浓度为30mg/L时，净化效率为99.60%，净化后水中磷含量为0.12mg/L。 3.2.3 pH对磷酸根吸附的影响研究

用磷酸二氢钾和去离子模拟废水配制成含磷量50mg/L的溶液2000ml。

秤取8份5g粉煤灰放入烧杯中，往烧杯里加入相同量的水1.5ml，然后分别往8个烧杯中加入相同量的浓硫酸0.3ml，充分搅拌后在烘箱中在100℃下干燥1.5小时。分别秤取上述粉煤灰1.25g于8个锥形瓶中，分别加入 50mg/L的溶液125ml于锥形瓶中，用氢氧化钠和盐酸调pH，使pH分别为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0.在25℃条件下振荡1小时后取出，过滤，取其滤液测吸光度。pH对磷酸根吸收的影响如图8。

·22·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

图8 PH对磷酸根吸收的影响

由图可以知道，在pH=3～4的变化中，磷酸根的吸附率迅速上升，但在pH=4以后，粉煤灰吸附磷酸根的效率基本不发生变化，因此在实际的生产中，要控制废水的pH，使其在4到10的范围内波动。 3.2.4 时间对磷酸根净化效率的影响

用磷酸二氢钾和去离子模拟废水配制成含磷量70mg/L的溶液1000ml。

秤取5份5g粉煤灰放入烧杯中，往烧杯里加入相同量的水1.5ml，然后分别往5个烧杯中加入相同量的浓硫酸0.3ml，充分搅拌后在烘箱中在100℃下干燥1.5小时。分别秤取上述粉煤灰1.25g于5个锥形瓶中，分别加入70mg/L的含磷溶液125ml于锥形瓶中，用氢氧化钠和盐酸调pH，使pH都在7.0。在25℃条件下分别振荡5、15、30、60、90分钟后取出，过滤，取其滤液测吸光度，时间对磷酸根净化效率的影响如图9。

·23·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

图9 时间对磷酸根净化效率的影响

由上图可以知道，振荡时间对粉煤灰的吸附量影响不大，在实际废水处理中，可以选择振荡5分钟。 4 结论

本文在概述了粉煤灰的理化性质及其在废水处理中的应用的基础上，研究了浓硫酸对粉煤灰改性过程中各种因素的影响，研究了净化过程中磷初始浓度、粉煤灰投加量、pH值、反应时间对改性粉煤灰吸附磷的影响，为粉煤灰的改性以及改性粉煤灰在废水处理中的应用提供了理论基础，现将研究结论归纳如下:

1．经浓硫酸改性后的粉煤灰对磷酸根的吸附能力得到明显改善，处理过程简单而且经济。

2. 改性过程的总结：经浓硫酸处理的粉煤灰（相对于未改性的粉煤灰而言）对磷的吸附效率提高，5克粉煤灰加入0.3ml浓硫酸处

·24·

改性粉煤灰处理含磷废水的研究

理得到的样品除磷效果最佳，此时加热时间1.5小时、温度为1000C、加水量为1.5ml。

3．净化过程总结：随着粉煤灰加入量的增加和初始溶液中磷酸根浓度的降低，磷的净化率逐渐增加。改性粉煤灰对水中磷酸根的净化过程速度较快，五分钟可达到最大净化率。溶液 p H值4-10范围内对吸附磷影响不显著，改性粉煤灰可以在较宽的pH范围内直接进行脱磷处理，这有利于降低水处理成本。

※※※※※

致谢

本文从开题到实验及最后成文，得到了许多老师和同学的指导和帮助。指导老师许可自始至终对论文写作给予了无微不至的关怀和帮助，并提供了各种便利条件和良好的实验环境.由于许老师严谨求实的科学作风，勤恳的工作态度，本论文实验才得以顺利完成。 郑州航院环境工程专业的老师队给予了大力支持。

在此，谨向所有关心和帮助过我的老师和同学表示衷心的感谢。

※※※※※

参考文献

[1] 王绍文，梁富智，王纪增.编著固体废弃物资源化技术与应用冶金工业出版社

[2] 钱易，米样友.现代废水处理新技术北京中国科学技术出版社，1993.1: 280 [3] Jiang Chen，Hainan Kong，Deyi Wu，Xuechu Chen，Dalei Zhang，Zhenhua Sun，Phosphate immobilization from aqueous solution by fly ashes in relation to their composition,Journal of Hazardous Materials, B139(2007)293～300

[4] N arendraN .Bakshi C olourr emovalf romp ulpm ille ffluentsu singf lyash-Mini Pilot experience.Otilizing Forest Resources,

·25·