粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤粉鍋爐排出的固體廢棄物，目前大批量處理主要是通過回填，其不僅占用大量的土地，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此我國(guó)把粉煤灰的綜合利用作為固體廢物利用的重點(diǎn)，但目前粉煤灰綜合利用率低，主要用于土建工程基料、土壤改良劑等低附加值利用領(lǐng)域，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，粉煤灰在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用研究也已成為環(huán)境科學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)。粉煤灰因比表面積大，呈多孔性蜂窩狀組織，因而具有良好的吸附性能，近幾年來(lái)被廣泛應(yīng)用于廢水處理、空氣凈化等環(huán)境治理方面，如作為吸附劑吸附廢水中的磷。
本文以火電廠粉煤灰作為吸附劑對(duì)含磷廢水進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)研究，探討含磷廢水的初始濃度、粉煤灰投加量、吸附時(shí)間、吸附溫度、振蕩速度等參數(shù)對(duì)含磷廢水吸附效果的影響，找出最佳吸附處理?xiàng)l件，使粉煤灰達(dá)到以廢治廢的目的。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)儀器
調(diào)速多用振蕩器(HZ-2)，電子天平(JA1003A)，紫外分光光度計(jì)(722)，真空干燥箱(DZF-6050)，立式壓力蒸汽滅菌器(LDZX-30KB)，燒杯，量筒，移液管，圓底燒瓶，錐形瓶，漏斗，玻璃棒、坩堝等。
1.2 實(shí)驗(yàn)藥劑
粉煤灰(廣東梅縣某電廠，過200目篩子)，KH2PO4標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，鉬酸銨，硫酸，鹽酸，抗壞血酸，硫酸鉀，蒸餾水等。
1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)和方法
總磷：鉬酸銨分光光度法。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 磷標(biāo)準(zhǔn)曲線
分別吸取0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，15.0mL的KH2PO4標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(5mg/L)于7支50mL的比色管中，加水稀釋至50mL。顯色后用鉬酸銨分光光度法測(cè)定，以吸光度為縱坐標(biāo)，以磷的濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。線性回歸方程：Y=0.0059X+0.0001，R2=0.9997，廢水溶液的磷濃度與吸光度成正比例關(guān)系，見圖1。
磷去除率η=(C-C1)/C×100%
式中：
η為粉煤灰對(duì)磷的去除率，
C為吸附前的濃度(mg/L)，
C1為吸附后的濃度(mg/L)。
2.2 初始濃度的影響
取6個(gè)錐形瓶，分別加入20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、70mg/L的含磷廢水50mL。再分別加入3.0g的粉煤灰搖勻，在常溫條件下，振蕩轉(zhuǎn)速為40r/min，振蕩50min，取其上清液，測(cè)量吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖2。
由圖2可以看出，磷去除率隨著磷的初始濃度的增加而逐漸降低，這是因?yàn)楫?dāng)含磷廢水的初始濃度高到一定程度時(shí)，3.0g的粉煤灰的吸附已達(dá)到飽和。當(dāng)磷初始濃度大于50mg/L時(shí)，磷的去除率下降較快，綜合考慮選定本實(shí)驗(yàn)的最佳磷初始濃度為50mg/L。
2.3 粉煤灰投加量的影響
分別在7個(gè)錐形瓶加入含磷量為50mg/L的含磷廢水50mL，分別在各個(gè)錐形瓶投加1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0g的粉煤灰，搖勻，在常溫條件下，振蕩轉(zhuǎn)速為40r/min，振蕩50min，取其上清液，測(cè)量吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖3。
由圖3可以看出，磷的去除率隨著粉煤灰的投加量的增加而增大，粉煤灰投加量在3.0g時(shí)磷去除率能達(dá)到46.54%。粉煤灰的投加量為4.0、5.0g磷的去除率相比于投加量為3.0g的磷的去除率提升效果不太明顯，曲線趨勢(shì)逐漸趨于平緩，由此選定最佳投加量為3.0g。
2.4 吸附時(shí)間的影響
分別在7個(gè)錐形瓶中分別加入含磷量50mg/L的含磷廢水50mL，投加3.0g的粉煤灰在25℃常溫條件下，轉(zhuǎn)速為40r/min。振蕩時(shí)間分別30、45、60、75、90、105、120min，取出過濾取其上清液，測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖4。
由圖4可知，一開始吸附效率隨著時(shí)間的增加而上升。經(jīng)過60min后粉煤灰的去除率能達(dá)到46.78%，但是隨著吸附時(shí)間的繼續(xù)增加，趨勢(shì)線變平緩，說(shuō)明吸附時(shí)間在60min之后磷的去除效果提升不大，這是因?yàn)榉勖夯?0min時(shí)已基本達(dá)到吸附飽和。因此實(shí)驗(yàn)選擇的最佳吸附時(shí)間為60min。
2.5 振蕩速度的影響
取6個(gè)錐形瓶中分別加入50mg/L的含磷廢水50mL，投加3.0g的粉煤灰在25℃常溫條件下，分別在轉(zhuǎn)速為40、50、60、70、80、90r/min的轉(zhuǎn)速下振蕩，振蕩時(shí)間為60min。過濾取其上清液，測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖5。
圖5的曲線可見，吸附效率隨著振蕩速度的增加而緩慢上升。振蕩速度為70r/min時(shí)粉煤灰的去除率能達(dá)到47.78%。超過70r/min的振蕩轉(zhuǎn)速，磷的去除率變化基本趨于平緩。故選定本實(shí)驗(yàn)的最佳振蕩速度為70r/min。
2.6 反應(yīng)溫度的影響
在6個(gè)錐形瓶分別加入50mg/L的含磷廢水50mL，各投加3.0g的粉煤灰，分別在放在溫度為25、30、35、40、45、50℃的恒溫水浴鍋中用振蕩速度70r/min振蕩60min，過濾取其上清液，測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果見圖6。
由圖6可以看出，磷的去除率隨溫度升高而增加，但升高幅度不大，當(dāng)溫度大于35℃時(shí)去除率基本沒多大變化，分析其原因可能出現(xiàn)解吸現(xiàn)象。因此用粉煤灰處理含磷廢水一般在室溫條件下進(jìn)行即可，綜合考慮本實(shí)驗(yàn)采用25℃作為粉煤灰處理含磷廢水的最佳溫度。
2.7 粉煤灰實(shí)際應(yīng)用處理含磷廢水
在上述的最佳條件下，用3.0g粉煤灰吸附稀釋后的高濃度含磷廢水，結(jié)果見表1。
結(jié)果表明，實(shí)際應(yīng)用中，在最佳工藝條件下對(duì)稀釋后磷肥廠出水進(jìn)行除磷實(shí)驗(yàn)，廢水含磷量從初始含量67.8mg/L降低到出水含量39.2mg/L，去除率可達(dá)42.1%。
3、結(jié)論
本研究以火電廠粉煤灰作為吸附劑對(duì)含磷廢水進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)研究，討論各因素對(duì)含磷廢水吸附效果的影響。結(jié)論總結(jié)如下：
(1)磷初始濃度對(duì)粉煤灰的吸附效果有較大影響，當(dāng)投加的粉煤灰的量不變時(shí)，磷初始濃度越高，磷去除率就越低。在投加粉煤灰的量為3.0g時(shí)，最佳磷初始濃度為50mg/L。
(2)在磷初始濃度為50mg/L時(shí)，磷的去除率與粉煤灰的投加量成正比，但粉煤灰量超過3.0g后，吸附效果提升不明顯，說(shuō)明3.0g的粉煤灰已經(jīng)接近吸附飽和，因此確定實(shí)驗(yàn)粉煤灰的最佳投加量為3.0g。
(3)粉煤灰在振蕩時(shí)間為60min時(shí)基本達(dá)到吸附飽和，選擇振蕩時(shí)間為60min。
(4)磷的去除率隨振蕩轉(zhuǎn)速增大而增大，但轉(zhuǎn)速超過70r/min后吸附效果提升不太明顯，因此以70r/min為最佳振蕩速度。
(5)粉煤灰吸附除磷效果隨溫度變化影響不明顯，溫度超過35℃時(shí)開始會(huì)出現(xiàn)解吸現(xiàn)象，選定吸附溫度為常溫25℃即可。
(6)在上述最佳吸附條件下利用粉煤灰對(duì)某磷肥廠稀釋后出水進(jìn)行除磷實(shí)驗(yàn)，廢水含磷量從初始含量67.8mg/L降低到出水含量39.2mg/L，去除率為42.1%。處理后出水雖然未能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但粉煤灰吸附除磷可以作為高濃度磷廢水的預(yù)處理，使粉煤灰達(dá)到以廢治廢的目的。( >
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