钢渣和改性粉煤灰处理含铬废水的研究

摘要：研究了钢渣和改性粉煤灰对六价铬离子的去除效果。研究结果表明，钢渣对六价铬离子的去除效果不是很好。用氢氧化钙对粉煤灰进行高温活化后对六价铬有良好的去除效果。改性粉煤灰对六价铬的去除效果受粉煤灰的加入量、温度、振荡速度和废水初始pH值的影响。应考虑改性粉煤灰在工业上的推广应用。

Abstract: Modified fly ash and steel—slag were investigated to deal with wastewater contained with Cr6+．The results show that the steel—slag has not very good effect on the removal of chromium． The fly ash which is modified with calcium hydroxide at high temperature has very good effect on the removal of Cr6+．The removal effect of Cr6+ is affected by the addition amount of modified fly ash, temperature， shake speed and the initial pH value． It should be considered to dissemination and application of modified fly ash in industry．

关键词：钢渣；粉煤灰；改性吸附；六价铬

Key words: steel-slag；fly ash；modification absorption；Cr6+

中图分类号：P57文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）32-0140-02

0引言

铬（Cr）是自然界分布很广的元素，也是工业废水中毒性较大的污染物之一。随着工业的发展，含铬废水大量排放，造成水体和土壤的污染，直接影响人类饮用水的卫生状况，在电镀、制革、化工、颜料、冶金、耐火材料等行业，含铬废水的排放量不断增加，铬污染是环境污染的重要因素之一。国家明文规定，工厂排出废水含铬及其化合物最高浓度为0.5mg.L-1[1]。就电镀废水而言，全国约有1万家电镀厂，每年排放出的废水达40亿m3。

1利用粉煤灰处理含铬废水的优点

粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后的烟气集中收集的固体废弃物。我国是以煤炭为主要能源的国家，全国76％的电力是由燃煤电厂产生的，每年发电用煤达4亿吨以上，占全国煤产量的三分之一[5]。我国目前粉煤灰的年排放量已愈万吨，居世界前列，除部分被用于筑路、烧砖、作水泥和混凝土的掺和料和改良土壤等方面外，其它作为废弃物堆积起来，不仅占用大量耕地，而且给环境带来污染[6，7]。

由于粉煤灰是煤粉在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却形成的，因此在表面张力的作用下，粉煤灰表面疏松多孔，比表面积大且具有活性基团和吸附特性，这就决定了粉煤灰在水处理中可以得到很好的利用。

2材料与方法

2.1 实验试剂和仪器主要化学试剂有：二苯碳酰二肼，磷酸，硫酸，丙酮，重铬酸钾，氢氧化钙，氢氧化钠，盐酸。

主要仪器有：恒温鼓风干燥箱，HZQ—F160型全温度振荡培养箱，分析天平，电阻炉，电阻炉控制箱，721型分光光度计，10mL石英比色皿，比色管，锥形瓶等。

2.2 用改性钢渣处理含铬废水钢渣是炼钢过程排出的熔渣，其构成包括金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物，被侵蚀的炉衬料和补炉材料，金属炉料带人的杂质（如泥沙）和为调整钢渣性质而专门加入的造渣材料。钢渣疏松多孔，比表面积大，具有一定的吸附能力，而且钢渣的密度大，在水中的沉降速度快，易于固液分离。

2.2.1 实验物料钢渣为某炼钢厂的转炉钢渣，先将其碎成小块，再用磨样机将其磨碎待用。

2.2.2 钢渣的预处理钢渣的碱性氧化物含量很高[8]，因此溶于水时pH值较高。溶液pH值过高易导致金属离子生成氢氧化物沉淀，影响对钢渣吸附性能的评估。为消除这一直接影响，钢渣需做中和预处理，降低其pH值；同时钢渣中含有Mn、Fe、Al等易溶出有害离子，易对水体造成二次污染。因此必须在做吸附前对钢渣进行预处理。实验采用10％的硫酸对钢渣进行酸洗预处理，用硫酸和氢氧化钠调节废水的pH值。在装有30g钢渣的锥形瓶内加入pH值为0.5的10％硫酸溶液45mL，将锥形瓶固定在恒温振荡器内，振荡一段时间（1h左右）后取出，测得其pH值为3，说明酸已过量，然后过滤，用蒸馏水反复清洗，至滤液中性为止，最后将钢渣放在烘箱内在100℃左右烘干，冷却至室温后将其磨细，并过筛以备用。

2.2.3 改性钢渣对铬离子吸附效果的试验将用硫酸处理过的粒度不同的钢渣2g对5OmL含3mg/L的离子废水进行吸附实验，结果如表1所示。

由表1可见，钢渣的粒度对铬离子的吸附效果有一定的影响，随着粒度增加，钢渣的吸附效果略有增加，但是影响不大。这是因为颗粒较粗，其比表面积和表面能较小，不利于吸附的进行；而颗粒太细，尽管其具有较大的比表面积和表面能，但其微观结构在研磨过程中遭到破坏，同样得不到最佳的吸附效果。而且当钢渣非常细的时候，吸附后的钢渣不易沉降，反而影响吸附效果。钢渣的密度比较大，处理废水后，液固分离比较快，并且出水也比较清澈。

2.3 用改性粉煤灰处理含铬废水

2.3.1 实验物料粉煤灰为某燃煤电厂干灰。将粉煤灰研磨后并筛分成80目、100目、120目、140目、180目，得到实验用的粉煤灰。

2.3.2 原状粉煤灰对铬离子的去除率筛分过的粒度不同的2g磨细的原状粉煤灰对50mL含3mg/L的Cr6+离子废水去除结果如表2所示。

通过表2可以看出，粉煤灰的粒度对吸附效果有一定的影响，粒度越小，吸附效果相对较好，但140目与180目吸附效果相当。2g粉煤灰对50mL含Cr6+3mg/L的废水去除率最高只可达23.33％。实验证明在同样条件下，1g 140目的原状粉煤灰对50mL 3mg/L铬离子废水的去除率仅为15％。

2.3.3 粉煤灰的改性将粉煤灰与氢氧化钙按1:1的比例在研钵内充分混合后，放入瓷坩埚内，再放入电阻炉中在800℃、900℃、1000℃温度下分别煅烧1h，2h，3h，4h。为了减少粉煤灰的烧失量，提高收得率，并提高改性粉煤灰的吸附能力，在煅烧的同时往电阻炉中通人氮气。

实验证明，用此种方法对粉煤灰进行改性，效果很好，吸附效果最好时1g改性粉煤灰对50mL 3mg/L的Cr6+离子废水的去除率为97.78％。

2.3.4 改性机理解析氢氧化钙的作用是提供一定的碱度，保持生成物一定的结构与形态，还增加粉煤灰中硅铝的溶出率。

煅烧活化粉煤灰的原理：粉煤灰在高温煅烧过程中生成大量无定形物质，释放出一定的活性，表面和内在孔隙率大大提高。含碳量高的粉煤灰经焙烧后发生体积膨胀，其表面和内部形成大量的微孔，表面呈峰窝状结构，这些暴露于表面的孔穴对水体和空气中的化学物质具有一定的吸附性能，因而焙烧后的粉煤灰吸附性能优于原状粉煤灰。

3处理条件对Cr6+去除率的影响

以上对铬离子吸附效果的分析都是用粉煤灰对3mg/L的Cr6+废水去除率作为比较的标准，而综合电镀废水中含有的Cr6+为30mg/L左右[9]，因此后续实验讨论用改性粉煤灰对含Cr6+为30mg/L的废水进行。将一定量的吸附剂加入50mL一定质量浓度的含离子废水的锥形瓶中，然后将其放入恒温振荡培养箱中，在210 r/min、25℃条件下振荡80min，静置30min左右，用普通滤纸过滤，取上清液用分光光度计测定吸附后的吸光度，对照标准曲线确定铬离子的浓度，然后计算去除率。

3.1 改性粉煤灰加入量对Cr6+去除效果的影响改性粉煤灰（140目）加入量对50mL含Cr6+30mg/L废水的去除率的影响如表3所示。

由表3可见当加入量仅为0.6g时，其去除率就达到了71.33％，说明此改性粉煤灰吸附铬离子的效果相当好。当加入量为4.5g时，去除率达到最高，再加入Cr6+吸附剂去除率不会升高，达到了吸附饱和。当加入量为2g时，去除率已经达到97.87％，此时废水中Cr6+的质量浓度为0.426mg/L，而国家排放标准为0.5mg/L，已经远远低于国家排放标准。因此后续实验将在50ml含Cr6+30mg/L的含铬废水中加入2g改性粉煤灰的条件下进行。

3.2 振荡时间对Cr6+去除率的影响将2g改性粉煤灰加入50mL含Cr6+30mL的含铬废水中，在210 r/min、25℃条件下振荡80min，其对铬离子的去除效果如图1所示。由图1可知，当振荡时间为1h时，去除率不再发生变化，说明当振荡时间为1h时系统已经达到了吸附平衡，因此后续实验取振荡时间为1h。

3.3 温度对Cr6+去除效果的影响调节全温度振荡培养箱的温度，在不同的温度用210r/min的震荡速度振荡60min，2g改性粉煤灰对50mL质量浓度为30mg/L的含铬废水的去除结果如图2所示。随着吸附过程温度升高，改性粉煤灰对铬离子的吸附能力有所下降，可见高温不利于吸附的进行，吸附过程是放热的。但是在20一30℃之间，温度对吸附的影响相差不大，因此实际操作中，室温是可取的。本实验采用温度为25℃（室温）条件下进行振荡吸附。

3.4 振荡速度对Cr6+去除效果的影响在25℃用不同的振荡速度振荡60min，2g改性粉煤灰对50mL含Cr6+30mg/L的含铬废水的去除结果如图3所示。

从图3可以看出，转速从50r/min增加到210r/min过程中去除率呈逐渐上升趋势，这是因为振荡器振荡速度增加，吸附剂运转速度加快，提高了吸附剂与铬离子接触几率。但当转速达到240r/min时，虽然吸附剂的运转速度加快，但大部分旋转在锥形瓶中央，与锥形瓶内侧溶液接触机会少，导致去除率降低。当转速为210r/min时铬离子的去除率最高。

3.5 废水的初始pH值对铬离子去除效果的影响用HC1和NaOH调节含铬废水的pH值，用不同pH值在210 r/min、25℃的条件下振荡60min，2g改性粉煤灰对5OmL含Cr6+30mg/L的废水的去除率结果如图4所示。

从图4可以看出，在pH值为3-10范围内，改性粉煤灰对铬离子的去除率随着PH值的升高而降低，酸性条件下有利于改性粉煤灰的吸附。这是因为粉煤灰中所含的铝或铁的氧化物被酸所激活而具有了吸附活性，使得pH值成为影响吸附效果的主要以因素之一。

4结论

本次试验用钢渣处理含铬废水没有达到很好的效果，可以考虑用FeSO4先将Cr6+还原为Cr3+ ，再用预处理后钢渣进行吸附。并且因为钢渣本身所具有的一些优点，用钢渣作吸附剂应当会有较好的发展前景。原状粉煤灰对铬离子的去除效率很低，用氢氧化钙对粉煤灰在隔绝空气的环境下进行高温活化后制得的改性粉煤灰对铬离子的吸附效-果很好。2g改性粉煤灰在中性条件下对50ml含Cr6+30mg/L废水的去除率已经达到97.87%；震荡时间为1h时，系统便已经达到吸附平衡；随着温度升高，去除率下降，实验操作条件可选室温；当振荡速度为210r/min时，Cr6+的去除率最高；PH升高不利于粉煤灰的吸附。

利用粉煤灰吸附，操作简单、投资少、处理后废水可循环使用、吸附剂可再生利用等优点，因此粉煤灰在我国处理含铬废水中得到了广泛的应用。

参考文献：

[1]GB 8978-1996.污水综合排放标准[s].

[2]王心芳,魏复盛.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社.1989.

[3]胡涛,李亚云.含铬废水的治理研究.污染防治技术,2OO5,8(18):5-7.

[4]黄彪,吴新华,黄碧忠.粉煤灰活性炭吸附水中六价铬试验[J].化工环保,1997,17(6):346-349.

[5]夏畅斌.改性粉煤灰吸附对硝基苯酚的研究[J].环境科学与技术,2000,(3):35.

[6]李磊,朱强,徐炎华,等.粉煤灰处理废水技术研究进展[J].粉煤灰综合利用,2006,(4):54-56.

[7]王绍文,梁富智,王纪曾.固体废物资源化技术与应用[M].北京:冶金工业出版社,2003:212.

[8]刘盛余.马少健,高谨,等.钢渣吸附剂吸附机理的研究[J].环境工程学报,2008,2(1):115-119.

[9]王玉龙,赵淑玲.电镀综合废水处理的设计与探讨[J].水工业市场,2007,3(1):53-55.

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