当前位置:文档之家› 改性粉煤灰的吸附机理及其在废水处理中的应用_滕宗焕

改性粉煤灰的吸附机理及其在废水处理中的应用_滕宗焕

管廊两侧或单侧设排水明沟,明沟的宽度能满足清扫即可。

鉴于钢铁企业地下水道管廊一般长度较长,如明沟设置有坡度会导致集水坑过深,而平时管廊内仅有少量的水,因此管廊排水明沟可按平坡设置。

3.3管廊吊装孔设置除正常的检修进出口外,地下水道管廊顶板上应设置吊装孔,用于施工时管道及一些较大设备(如阀门、伸缩套筒接头等)的进出。

在主干管廊的直线段上每隔200m左右宜设置1个吊装孔,另外所有的支管廊上也应设置吊装孔,吊装孔应尽量靠近设备设置。

吊装孔尺寸以满足设备最大件或最大(长)管道的进出为好,通常水道管廊的长度不宜小于6米,宽度不宜小于1m。

吊装孔在管道和设备安装完毕后可外扣混凝土盖板封堵或与伸出地面做成通风井。

4结论综上所述,钢铁企业的地下水道管廊断面大而复杂且长度长,优化、设计工作十分复杂,要做到技术上可行、经济上合理,必须进行详细的设计和周密的计算。

参考文献1钢铁工业给水排水设计手册.北京冶金工业出版社2002,1.2室外排水设计规范GB50014-2006.3建筑给水排水设计规范GB50015-2003.4给水排水工程施工手册.北京中国建筑工业出版社,1994,5.—————————————△作者通讯处:201900上海宝山区铁力路2510号上海宝钢工程技术有限公司环保公用部E-mail:jinyabiao@baosteel.com"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""0引言粉煤灰是燃煤过程中产生的固体废弃物,具有多孔性,比表面积大,故有很好的吸附性能。

粉煤灰通过物理吸附,化学吸附,离子交换吸附,静电吸附,絮凝吸附,沉淀和过滤等作用去除废水中的污染物。

其中物理吸附和化学吸附起主要作用。

1粉煤灰表面改性粉煤灰的主要成分为SiO2,A12O3及Fe2O3,其总量占粉煤灰的85%左右。

碳粒(煤粉)在燃烧中由于气体的挥发和化学反应,形成表面多孔、形状复杂的焦状颗粒,比表面积约为(1.7~2.6)×10-3m2/g,其中大部分是玻璃球体,其余是结晶物质和未燃烬颗粒,形成一种空心颗粒与实心颗粒、多孔颗粒与规则颗粒、有机物质与无机物质相互混合的特殊粉体,其中,多孔玻璃体表面吸附化学活性最高。

决定粉煤灰潜在化学活性的因素主要是其中玻璃体含量、玻璃体中可溶性SiO2和Al2O3的含量及玻璃体的解聚能力,但粉煤灰具有致密的玻璃态结构和表面保护膜层,要提高粉煤灰的化学活性,就必须破坏表面三Si-Si三,三Si-Al三网络所构成的保护膜,使其内部可溶性SiO2和Al2O3的活性被释放出来[1]。

1.1粉煤灰火法活化改性改性粉煤灰的吸附机理及其在废水处理中的应用滕宗焕陈建中摘要粉煤灰是一种工业固体废弃物,经过改性活化处理后,吸附能力大大提高,应用于废水处理中,达到以废治废,实现资源可持续利用。

本文综述了粉煤灰表面改性及其吸附机理,目前国内外改性粉煤灰在废水处理中的应用现状和存在的问题。

关键词改性粉煤灰吸附机理废水处理火法改性是将粉煤灰与助熔剂(Na2CO3)按一定比例混合,在200 ̄850℃的高温下熔融,使粉煤灰分解:主要反应应为:Na2CO3!Na2O+CO2"……(1)Na2O+SiO2!Na2SiO3"……(2)3Na2O+4SiO2![3Al2O3・2SiO2]……!3[Na2O+Al2O3・2SiO2]……(3)6Na2O+4SiO2+[3Al2O3・2SiO2]……!3[2Na2O・Al2O3・2SiO2]……(4)然后与NaOH溶液混合,经一系列的化学反应,生成类沸石:Na-P型沸石(Na3Al3Si3O16.6H2O)和Y型沸石(Na2.06Al2Si3.8O11.63.8H2O)。

由X射线衍射图(图1,图2)可知:粉煤灰颗粒由原来的圆滑状变成棱角状集合体。

在高温和助熔剂的作用下,SiO2和Al2O3的结合键大大减弱,导致晶相结构的破坏,玻璃体熔融生成新物质,也称为“类沸石”。

类沸石的类型与碱溶液有关,吸附性能与焙烧温度有关。

1.2粉煤灰酸性活化改性由电镜扫面图(图3,图4)可知:原状粉煤灰颗粒表面比较光滑致密,经酸处理后,粉煤灰颗粒表面变得粗糙,颗粒表面出现很多大的孔洞[2]。

经酸处理后的粉煤灰释放出大量的Al3+和Fe3+,能有效降低或消除水中悬浮颗粒的电位,使悬浮颗粒脱稳,同时经酸处理的粉煤灰颗粒表面形成许多凹槽和孔洞,能加强吸附这些脱稳的胶体颗粒。

经酸处理后的粉煤灰中含有Al2(S04)3、FeC13、A1C13、Fe2(SO4)3、FeSO4、H2SiO3等成份。

这些物质中,特别是硅酸凝胶的存在,能够捕捉悬浮颗粒,起到混凝吸附架桥作用。

另外,改性粉煤灰中的水解物质水解时能形成许多复杂的络合物,这些络合物不断发生缩聚反应,逐渐形成高分子聚合物。

随着缩聚反应的不断进行,聚合物的电荷不断升高,更有利于吸附废水悬浮的胶体杂质。

在混凝搅拌过程,粉煤灰悬浮于不断产生络合物的废水中。

由于粉煤灰颗粒的吸附性,使许多络合物和高分子聚合物将粉煤灰颗粒包裹在中间,形成一个较大的悬浮体。

当停止搅拌时,这些包含有粉煤灰颗粒的悬浮体由于容重较大会迅速沉降[3]。

1.3粉煤灰氧化钙活化改性石灰与粉煤灰的反应,生成了新物质。

其重要的反应为:mCa(OH)2+nSiO2+yH2O=(CaO)m(SiO2)n(H2O)y+mmCa(OH)2+xAl2O3+yH2O=(CaO)m(Al2O3)x(H2O)y+mmCa(OH)2+xAl2O3+nSiO2+yH2O=(CaO)m(SiO2)n(Al2O3)x(H2O)y+m生成的水合硅铝酸盐不仅增大了比表面积.同时还具有了高持水性能,保持钙基表面吸附湿润。

这些水合盐均为粗大纤维状凝胶体,相互交叉构成空间结构,比表面积也成为100~300m2/g,提高了其表面化学活性。

CaO处理后的粉煤灰其表面形成了类似棉质絮状物质,并产生了空洞,增加了粉煤灰颗粒的比表面积。

1.4粉煤灰聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)活化改性PDMDAAC是带有大量正电荷的阳离子絮凝剂,沉降性很好,粉煤灰经PDMDAAC改性处理后,粉煤灰表面电性由负变为正。

由电镜扫面图(图5,图6)PDMDAAC改性粉煤灰后,粉煤灰的表面更加凹凸不平,PDMDAAC的部分包裹在粉煤灰表面,甚至有一部分进入粉煤灰的孔隙内部,粉煤灰表面呈疏松网络结构,比表面积成倍增大,表面能增强,亲水性增强。

而且粉煤灰起到了助凝剂的作用,有利于絮体的增大和沉降。

处理后的废水在较短的时间内达到澄清[5]。

1.5其他改性剂活化改性碳酸钠活化改性粉煤灰:Na2CO3作为碱性激发剂改性后,对粉煤灰中的硅酸盐玻璃网络结构具有直接的破坏作用,可以释放出内部可溶的SiO2和Al2O3,将网络高聚体解聚成低聚度硅酸盐胶体物,颗粒变得多孔,体积增大,呈膨松态,比表面积增大,提高了粉煤灰的吸附混凝性能,改性后的粉煤灰在废水处理过程中起到了高效的吸附混凝作用。

硫化铁,氯化钠与酸等共同活化改性:改性后的主要成分是其主要成分为Fe3+、A13+、C1-和C,次要成分为Ca2+和Mg2+。

由于改性粉煤灰中含有大量的Fe3+和A13+,具有较高的正电荷,能有效地降低或消除废水中悬浮胶粒的Zata电位,使废水中的悬浮胶粒脱稳;另外,这些物质水解后还可形成许多复杂的多核络合物,并随着缩聚反应的不断进行,聚合物的电荷不断升高,这也有利于吸附悬浮的胶体杂质,显示其较好的絮凝功能;粉煤灰中含有较多的碳,这部分残碳本身就类似于活性炭,通过用酸在较高温度下浸提后,其表面和微孔内就变得更加粗糙,比表面积显著增加,即粉煤灰通过改性后其表面被活化。

此外,溴化十六烷基三甲胺(CTMAB)活化后的粉煤灰Zeta电位发生了变化,利用静电吸附作用可以有效的吸附阴离子型废水;水泥活化时利用其释放出来的Ca(OH)2,能很好的破坏粉煤灰中的玻璃体网络结构,提高其化学吸附的能力;铁盐,铝盐活化,增加了粉煤灰中Fe3+,Al3+的成分,从而提高了粉煤灰的絮凝吸附效果;氯化钠活化,打开粉煤灰中Si-Al键,溶出硅铝,活性点增多,吸附能力增强。

2改性粉煤灰的吸附规律国内外许多研究结果表明,粉煤灰与吸附质之间的物理吸附符合Freundlich吸附等温式,即lgq0=lgkf+1/nlgC(q0为平均吸附量,c为平衡浓度,kf,1/n为经验常数)。

有关研究表明:改性粉煤灰与吸附质之间既有符合Freundlich吸附等温式规律的也有符合Langmair吸附等温式规律的。

王代芝[7]等用氧化钙活化改性粉煤灰处理酸性染料废水的吸附等温式为:lgq0=-0.2629+0.2793lgC;朱洪涛[8]用氢氧化钙活化改性粉煤灰处理活性艳兰染料废水的吸附等温式为:lgq0=0.25+0.0.71lgC;张信[9]等经过亚铁盐活化粉煤灰后处理含磷水的吸附等温线为:lgq0=0.1807+0.2114lgC。

一般Freundlich吸附等温式中1/n值在0.1~0.5时吸附易于进行,大于2时吸附难于进行,kf越大,吸附能力越强。

从上面的例子可以看出,1/n小于2,改性粉煤灰主要通过物理吸附去除污染物。

Langmuir认为固体表面由大量的吸附活性中心点构成,吸附只在这些活性中心点发生,活性中心的吸附作用范围大致为分子大小,每个活性中心只能吸附一个分子,当表面吸附活性中心全部被占满时,吸附量达到饱和值,在吸附剂表面上分布被吸附的单分子层[10]。

Langmuir吸附等温式为:Ce/qe=a/qe0+Ce/qe0(qe为达到任一平衡状态时的吸附量,mg/g;qe0为饱和吸附量,mg/g;Ce为溶液的平衡浓度,mg/L;a为与吸附有关的常数)。

胡巧开[11]等用CTMAB活化改性粉煤灰处理甲基对硫磷废水研究表明,吸附等温式:Ce/qe=0.848+0.0802Ce;于晓彩[12]等用酸活化粉煤灰后处理非离子表面活性剂研究表明:吸附等温式Ce/qe=8.2717+0.0415Ce;杨林锋[13]等用酸活化粉煤灰后处理含磷废水发现:吸附等温式为:Ce/qe=0.0554+0.0933Ce;周珊[14]等用铁铝盐活化粉煤灰后处理含油废水发现其吸附等温式为:Ce/qe=0.00742+0.032Ce。

相关主题