燃煤電廠煙氣脫硫廢水含鹽量高，水質組成復雜，處理難度大，回用困難，是制約電廠廢水零排放實現的關鍵因素之一。

　　粉煤灰是火電廠的燃煤副產品，數量巨大、容易獲得，可用于對脫硫廢水的處理。研究顯示，粉煤灰是一種很有前途的低成本吸附劑，可用于去除各種污染物。粉煤灰能夠較好地固化Cl-，主要是因為其具有較大比表面積與特殊結構，粉煤灰與水化產物對Cl-可發生物理吸附，水化鋁酸鈣與Cl-反應生成化合物“費氏鹽”對Cl-有化學固化作用。已經發現粉煤灰對高濃度含Cl-廢水中的Cl-有一定的吸附去除作用，使脫硫廢水中Cl-降低至可以循環利用的水平，實現脫硫廢水零排放，但單位體積的水用灰量較大，因此筆者研究了粉煤灰的改性方法以期提高粉煤灰對Cl-的去除能力，并研究了反應影響因素，探討了去除機制，為采用粉煤灰以廢治廢、推進脫硫廢水零排放進程提供參考。

　　1 實驗部分

　　1.1 材料與儀器本實驗

　　采集了江蘇常熟電廠的兩種粉煤灰，分別是粗灰產品(粒徑20~200μm)和細灰產品(粒徑小于20μm)。將粉煤灰用蒸餾水洗滌干凈，于105℃條件下烘干，放入干燥器備用。主要儀器設備：TCL-SL型馬弗爐，河北豪威電氣設備科技有限公司;BS124S型電子天平，德國Sartorius公司;DHG-9140A型數顯鼓風干燥箱，上海精密實驗設備公司;pHS-3C型pH計，上海虹益公司;WHY-2型恒溫振蕩器，江蘇金壇大地自動化儀器廠。

　　1.2 實驗方法

　　1.2.1 脫硫廢水的配制及其分析方法

　　模擬電廠脫硫廢水配制實驗用水：懸浮物質量濃度為10g/L，Cl-質量濃度為10~40g/L，pH4~6。采用硝酸銀溶液滴定法分析Cl-濃度。

　　1.2.2 改性實驗

　　實驗選取了焙燒改性、超聲波改性、堿改性、酸改性等改性方法對粉煤灰進行改性。

　　(1)焙燒改性：將粉煤灰與氧化鈣按質量比為1∶1均勻混合，在馬弗爐中用800℃的高溫煅燒3h，冷卻后取出，放入干燥器備用。

　　(2)超聲波改性：將粉煤灰與水混合配制粉煤灰懸浮液，并置于(25±2)℃、振蕩頻率為100%超聲波儀中，超聲振蕩60min，過濾后在烘箱中于(105±2)℃烘干后取出，放入干燥器備用。

　　(3)堿改性：配制10%的NaOH溶液，加入粉煤灰，攪拌均勻，振蕩30min，過濾后在烘箱中于(105±2)℃烘干后取出，放入干燥器備用。

　　(4)酸改性：配制1+1的硫酸，加入粉煤灰，攪拌均勻，振蕩30min，過濾后在烘箱中于(105±2)℃烘干后取出，放入干燥器備用。

　　1.2.3 吸附實驗

　　采用靜態吸附實驗，取100mL模擬脫硫廢水到250mL的具塞錐形瓶中，加入一定量的改性粉煤灰，將具塞錐形瓶放入10~50℃的恒溫水浴振蕩器中以150r/min的轉速恒溫振蕩一定的時間，然后停止，將脫硫廢水靜置一段時間后過濾，取清液測定Cl-的含量，實驗從粉煤灰的投加量、振蕩時間、Cl-的初始濃度、振蕩水溫、廢水pH等因素來考察粉煤灰對Cl-的吸附去除性能。

　　1.2.4 機制分析根據實驗

　　數據進行吸附等溫線和吸附動力學研究，來探討改性粉煤灰去除脫硫廢水中Cl-的過程和機制。

　　2 結果及分析

　　2.1 改性方法的比較

　　當廢水中Cl-初始質量濃度為15g/L時，投加改性粉煤灰1g于100mL廢水中，在40℃的水浴中恒溫振蕩2h后進行過濾，測得脫硫廢水中Cl-去除率見表1。

　　由表1可見，對脫硫廢水中Cl-去除效果最好的改性方法為：焙燒改性法(粉煤灰與氧化鈣質量比為1∶1)，Cl-去除率可達50%以上，因此在后續的吸附條件影響因素實驗中均采用該改性粉煤灰進行。

　　2.2 改性粉煤灰投加量的影響

　　當廢水中Cl-初始質量濃度為15g/L時，分別投加0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4g改性粉煤灰于100mL廢水中，水浴恒溫40℃振蕩2h后進行過濾。圖1所示為不同粉煤灰投加量對脫硫廢水中Cl-去除率的影響。

　　由圖1可以看到，隨著改性粉煤灰投加量的增加，去除率不斷增大，當投加質量濃度為10g/L時粗灰和細灰的去除率分別達到52.4%和50.1%，而當投加質量濃度繼續增大到14g/L時，去除率不再增大，這可能是因為水中Cl-的濃度降低后，濃度梯度不再明顯，擴散通量接近于0，改性粉煤灰對Cl-的吸附達到平衡�？梢钥吹綗o論是使用粗灰還是細灰，脫硫廢水中的Cl-質量濃度均可以降到7.5g/L以下，較為適合回收至脫硫系統進行再利用。

　　2.3 振蕩時間的影響

　　當Cl-初始質量濃度為15g/L時，加入1g粉煤灰到100mL脫硫廢水中，設定振蕩時間分別為0.5、1、2、3、4、5h，振蕩溫度為40℃。圖2所示為不同振蕩時間對脫硫廢水中Cl-去除率的影響。

　　從圖2可以看出，隨著振蕩時間的增加，Cl-的去除率總的趨勢先增加后減小，在2h時達到最大，2h以后，去除率趨于平穩下降之勢，延長吸附時間并不利于去除Cl-，究其原因為在吸附達到最大值后再在此溫度下進行反復振蕩，吸附在粉煤灰上的Cl-容易解吸出來再回到溶液中。因此在此條件下對Cl-最佳的吸附振蕩時間為2h。

　　2.4 Cl-初始濃度的影響

　　取1g粉煤灰，分別投入Cl-初始質量濃度為10、15、20、25、30、40g/L的100mL脫硫廢水中，水浴恒溫振蕩2h，振蕩溫度為40℃。圖3所示為不同的Cl-初始濃度對脫硫廢水中Cl-去除率的影響。

　　由圖3可以看出，隨著Cl-初始濃度的增大，粉煤灰對Cl-的去除率整體呈現略上升再逐漸降低的趨勢。這是因為粉煤灰中含有的活性吸附位點一定，廢水中Cl-濃度與粉煤灰上吸附的Cl-濃度之差是吸附反應的推動力，當Cl-初始質量濃度為10g/L，推動力相對較小，Cl-相對難以占據較多吸附點位，因此去除率稍低，當Cl-初始濃度繼續增大，推動力增強，Cl-不斷占據活性吸附點位，去除率增大，在Cl-初始質量濃度為15g/L時，Cl-的去除率達到最大。但隨著吸附位點達到飽和，吸附率又開始逐漸減小。

　　2.5 振蕩溫度的影響

　　分別加入1g改性粗灰與細灰于Cl-初始質量濃度為15g/L的廢水中，分別在10、20、30、40、50℃水浴中恒溫振蕩2h，停止后進行過濾。結果表明，隨著振蕩溫度的升高，Cl-的去除率呈現先降后升再下降的趨勢，當溫度為40℃時，去除率達到最大值。這可能是因為，當溫度較低在10~20℃時，吸附主要以物理吸附為主，升高溫度容易脫附，因此去除率降低;當溫度在20~40℃時，化學吸附作用增強，吸附點位活性增強，去除率升高;而當振蕩溫度繼續上升，分子熱運動劇烈，容易解吸吸附顆粒，不利于吸附的進行，去除率降低。結合實際應用，可在40℃的條件下進行振蕩吸附。

　　2.6 廢水pH的影響

　　配制Cl-初始質量濃度為15g/L的廢水，調節廢水pH為2、3、4、5、6、7、8、9、10，分別加入1g改性粗灰與細灰到100mL脫硫廢水中，設定振蕩時間為2h，振蕩溫度40℃。結果表明，當廢水pH為2~9時，改性粗灰對水中Cl-的去除率維持在高位，比較平穩，當廢水pH為10時，去除率開始下降;而改性細灰去除率在廢水pH為2~6時維持在高位，當pH為7~10時，去除率下降了一個平臺。總體而言，提高廢水pH不利于去除Cl-，細灰和粗灰的差異可能是因為兩者內部孔道的大小和結構差異導致細灰更容易受pH影響。當pH在4~6時，改性粗灰和細灰對水中Cl-的去除率在高位保持平穩，該范圍也正好是脫硫廢水通常的pH范圍，因此在實際應用時，可以不調節廢水的pH就能獲得較高的去除率。

　　3吸附等溫線

　　在溫度40℃的條件下，對改性粉煤灰吸附去除水中Cl-的數據采用Langmuir等溫方程和Freundlich等溫方程進行線性分析和曲線擬合。結果表明，改性粉煤灰吸附水中Cl-的吸附等溫線與Langmuir等溫方程擬合度較高(粗灰和細灰的線性相關系數R2分別為0.9644、0.9605)，而不太符合Freundlich等溫方程(粗灰和細灰的線性相關系數R2分別為0.3150、0.3795)，因此吸附屬于單分子層吸附。通過計算可以得到粗灰和細灰的單分子層飽和吸附量分別為370.37、322.58mg/g，說明其對水中Cl-的吸附容量很高。

　　4吸附動力學研究

　　在溫度40℃的條件下，利用吸附時間對Cl-去除率影響的實驗數據來對動力學數值qe、qt進行計算，然后分別按微粒內擴散方程、準一級、準二級動力學方程進行線性擬合，結果表明，在2h時粗灰和細灰對含Cl-廢水的吸附分別達到了最大吸附量，說明此吸附達到平衡的過程較慢。改性粉煤灰對含Cl-廢水的吸附動力學特性與準二級動力學方程較為符合(R2分別為0.8814、0.8413)，粗灰的k2=-0.0078，qe=400.00mg/g，細灰的k2=-0.0075，qe=333.33mg/g。

　　由吸附等溫線和吸附動力學方程可以看到，改性粉煤灰在去除廢水中Cl-的過程中吸附起到了一定的作用，屬于單分子層吸附，飽和吸附容量大，吸附速度較慢。但經過方程推導的單分子層飽和吸附量分別為370.37、322.58mg/g，低于最佳條件下最大去除率(粗灰52.4%，細灰50.1%)和Cl-去除量(粗灰786mg/g、細灰753mg/g)，說明還有其他去除機制在發揮作用，可能包含其他化學反應、絮凝沉淀、結晶析出等機制的共同作用，有待于進一步研究。

　　5結論

　　(1)摻雜氧化鈣焙燒改性獲得的改性粉煤灰對高濃度含Cl-廢水中Cl-的去除效果最佳，該改性粉煤灰的投加量、振蕩時間、Cl-的初始濃度、振蕩水溫、廢水pH對去除率都產生了一定的影響。最佳粉煤灰投加質量濃度為10g/L，最佳水浴恒溫振蕩時間為2h，最佳Cl-初始質量濃度為15g/L，最佳振蕩溫度為40℃，pH在4~6，改性粗灰和細灰對含Cl-廢水的最大去除率分別達到了52.4%、50.1%。

　　(2)改性粉煤灰在去除含Cl-廢水的過程中吸附起到了一定的作用，吸附符合Langmuir吸附等溫方程，屬于單分子層吸附。粗灰和細灰對含Cl-廢水中Cl-的最大吸附量分別為370.37、322.58mg/g，吸附過程較慢，動力學特性符合準二級動力學方程。其他去除機制也在發揮作用，可能包含其他化學反應、絮凝沉淀、結晶析出等機制的共同作用。具體聯系污水寶或參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。

　　(3)用改性粉煤灰處理高濃度含Cl-廢水為電廠脫硫廢水零排放提供了新思路，它能以廢治廢，且工藝簡單、成本低廉，具有良好的應用前景，有待于進一步進行中試實驗，以實現工業化，推進我國燃煤電廠脫硫廢水零排放進程。(來源:《工業水處理》 作者:鄒鵬)