粉煤灰改性及其鈍化污泥與吸附水中的Cu和Zn的研究.pdf

1、污水處理廠產(chǎn)生的污泥中含有的重金屬Cu2+和Zn2+嚴(yán)重超標(biāo)，限制污泥利用，并且對環(huán)境危害性極大。火力發(fā)電廠燃煤后產(chǎn)生的固體廢棄物粉煤灰的大量堆積，在占用土地資源的同時對周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。嘗試采用粉煤灰去除污水中的Cu2+和Zn2+以及鈍化污泥中的Cu2+和Zn2+，以達到以廢治廢、節(jié)約經(jīng)濟成本的目的。研究在“十二五”國家水專項的支持下，開展了粉煤灰的對比、改性、吸附重金屬、鈍化污泥以及污泥的淋濾實驗的理論性研究。
　　首先

2、，對黑龍江省和遼寧省的粉煤灰組分進行分析，研究表明兩地的粉煤灰主要含有SiO2(石英)、Al3Si2O13(莫來石)和SiO2（方石英）等晶相結(jié)構(gòu)，且化學(xué)組成所含比例及比表面積（~1.00m2/g）相似；表面形貌均為多孔玻璃球狀且顆粒尺寸相似；兩地粉煤灰表面均含有大量的C-C骨架震動峰（1087、1091cm-1）、對稱Si-O-Si彎曲伸縮振動峰（796cm-1）、Si-O彎曲振動峰（459cm-1）。其次，采用正交實驗考察不同改性方

3、法對粉煤灰吸附重金屬離子的效果，優(yōu)化了酸（堿）的濃度、酸（堿）灰比、浸漬時間，或微波功率、微波時間等參數(shù)。當(dāng)微波功率為400W、輻照10min、NaOH為6mol/L、浸漬時間為3h、堿灰比為5:1時，所制得的改性粉煤灰比表面積最大為21.01m2/g，成了新的礦物質(zhì)Ca2SiO4，表面激發(fā)出大量的-OH伸縮振動峰（3614cm-1、3564cm-1）、Si-O（661cm-1）、-NH2（1620cm-1）、-NH2（599cm-1）

4、和-CH3（2970cm-1）等官能團，顆粒表面粗糙且吸附孔道增多，因此其鈍化重金屬能力明顯增強，且改性粉煤灰較原狀粉煤灰激發(fā)出更多的晶相物質(zhì)，表面具有更多的活性基團，有利于促進Cu和Zn重金屬由不穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化和吸附重金屬。
　　本研究進而通過動力學(xué)模型、熱力學(xué)模型、吸附等溫線等多種吸附實驗確定其外在化學(xué)條件對最佳改性粉煤灰吸附Cu2+和Zn2+的影響。結(jié)果表明，改性粉煤灰吸附Cu2+和Zn2+的反應(yīng)過程中，隨著pH、初始離

5、子濃度以及改性粉煤灰投加量的增加，吸附去除率越大；并且該反應(yīng)符合Langmuir模型，Cu2+和Zn2+的理論最大吸附量分別為26.25mg/g和22.03mg/g；該反應(yīng)符合擬二級吸附動力學(xué)模型；根據(jù)吸附熱力學(xué)模型可知，該反應(yīng)屬于吸熱的化學(xué)自發(fā)反應(yīng)。
　　最后，考察了最佳改性粉煤灰對Cu2+和Zn2+的鈍化時間和投加量對鈍化效果的影響。結(jié)果表明，隨著粉煤灰的投加量增加污泥中重金屬Cu和Zn的鈍化效果越好，當(dāng)投加量為40％時，鈍化