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研究了各种粉煤灰改性方法对电厂脱硫废水中Cl-的去除效果,发现采用粉煤灰和氧化钙混合焙烧得到的改性粉煤灰效果最佳。结果表明,在改性粉煤灰投加质量浓度为10g/L,吸附时间为2h,振荡水温为40℃,Cl-初始质量浓度为15g/L的条件下,改性粗灰和细灰对废水中Cl-的去除率分别达到了52.4%和50.1%。吸附符合Langmuir等温方程和准二级动力学模型,属于单分子层吸附,改性粗灰和细灰饱和吸附容量分别为370.37、322.58mg/g,吸附过程较慢。

燃煤电厂烟气脱硫废水含盐量高,水质组成复杂,处理难度大,回用困难,是制约电厂废水零排放实现的关键因素之一。

粉煤灰是火电厂的燃煤副产品,数量巨大、容易获得,可用于对脱硫废水的处理。研究显示,粉煤灰是一种很有前途的低成本吸附剂,可用于去除各种污染物。粉煤灰能够较好地固化Cl-,主要是因为其具有较大比表面积与特殊结构,粉煤灰与水化产物对Cl-可发生物理吸附,水化铝酸钙与Cl-反应生成化合物“费氏盐”对Cl-有化学固化作用。

已经发现粉煤灰对高浓度含Cl-废水中的Cl-有一定的吸附去除作用,使脱硫废水中Cl-降低至可以循环利用的水平,实现脱硫废水零排放,但单位体积的水用灰量较大,因此笔者研究了粉煤灰的改性方法以期提高粉煤灰对Cl-的去除能力,并研究了反应影响因素,探讨了去除机制,为采用粉煤灰以废治废、推进脱硫废水零排放进程提供参考。

1实验部分

1.1材料与仪器本实验

采集了江苏常熟电厂的两种粉煤灰,分别是粗灰产品(粒径20~200μm)和细灰产品(粒径小于20μm)。将粉煤灰用蒸馏水洗涤干净,于105℃条件下烘干,放入干燥器备用。主要仪器设备:TCL-SL型马弗炉,河北豪威电气设备科技有限公司;BS124S型电子天平,德国Sartorius公司;DHG-9140A型数显鼓风干燥箱,上海精密实验设备公司;pHS-3C型pH计,上海虹益公司;WHY-2型恒温振荡器,江苏金坛大地自动化仪器厂。

1.2实验方法

1.2.1脱硫废水的配制及其分析方法

模拟电厂脱硫废水配制实验用水:悬浮物质量浓度为10g/L,Cl-质量浓度为10~40g/L,pH4~6。采用硝酸银溶液滴定法分析Cl-浓度。

1.2.2改性实验

实验选取了焙烧改性、超声波改性、碱改性、酸改性等改性方法对粉煤灰进行改性。

(1)焙烧改性:将粉煤灰与氧化钙按质量比为1∶1均匀混合,在马弗炉中用800℃的高温煅烧3h,冷却后取出,放入干燥器备用。

(2)超声波改性:将粉煤灰与水混合配制粉煤灰悬浮液,并置于(25±2)℃、振荡频率为100%超声波仪中,超声振荡60min,过滤后在烘箱中于(105±2)℃烘干后取出,放入干燥器备用。

(3)碱改性:配制10%的NaOH溶液,加入粉煤灰,搅拌均匀,振荡30min,过滤后在烘箱中于(105±2)℃烘干后取出,放入干燥器备用。

(4)酸改性:配制1+1的硫酸,加入粉煤灰,搅拌均匀,振荡30min,过滤后在烘箱中于(105±2)℃烘干后取出,放入干燥器备用。

1.2.3吸附实验

采用静态吸附实验,取100mL模拟脱硫废水到250mL的具塞锥形瓶中,加入一定量的改性粉煤灰,将具塞锥形瓶放入10~50℃的恒温水浴振荡器中以150r/min的转速恒温振荡一定的时间,然后停止,将脱硫废水静置一段时间后过滤,取清液测定Cl-的含量,实验从粉煤灰的投加量、振荡时间、Cl-的初始浓度、振荡水温、废水pH等因素来考察粉煤灰对Cl-的吸附去除性能。

1.2.4机制分析根据实验

数据进行吸附等温线和吸附动力学研究,来探讨改性粉煤灰去除脱硫废水中Cl-的过程和机制。

2结果及分析2.1改性方法的比较

当废水中Cl-初始质量浓度为15g/L时,投加改性粉煤灰1g于100mL废水中,在40℃的水浴中恒温振荡2h后进行过滤,测得脱硫废水中Cl-去除率见表1。

表1各改性粉煤灰去除效果的比较

由表1可见,对脱硫废水中Cl-去除效果最好的改性方法为:焙烧改性法(粉煤灰与氧化钙质量比为1∶1),Cl-去除率可达50%以上,因此在后续的吸附条件影响因素实验中均采用该改性粉煤灰进行。

2.2改性粉煤灰投加量的影响

当废水中Cl-初始质量浓度为15g/L时,分别投加0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4g改性粉煤灰于100mL废水中,水浴恒温40℃振荡2h后进行过滤。图1所示为不同粉煤灰投加量对脱硫废水中Cl-去除率的影响。

由图1可以看到,随着改性粉煤灰投加量的增加,去除率不断增大,当投加质量浓度为10g/L时粗灰和细灰的去除率分别达到52.4%和50.1%,而当投加质量浓度继续增大到14g/L时,去除率不再增大,这可能是因为水中Cl-的浓度降低后,浓度梯度不再明显,扩散通量接近于0,改性粉煤灰对Cl-的吸附达到平衡。可以看到无论是使用粗灰还是细灰,脱硫废水中的Cl-质量浓度均可以降到7.5g/L以下,较为适合回收至脱硫系统进行再利用。

采用改性粉煤灰对电厂脱硫废水中CL

 

图1不同粉煤灰投加量对Cl-去除率的影响

2.3振荡时间的影响

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