粉煤灰處理六價鉻論文

1、<p>　　淮北師范大學 </p><p>　　2012屆學士學位論文 </p><p>　　利用粉煤灰處理含鉻（VI）廢水的試驗研究</p><p>　　學院、專業(yè) 生命科學學院

2、 環(huán)境科學 </p><p>　　研 究 方 向 環(huán)境科學 </p><p>　　學 生 姓 名 孟令鑫 </p><p>　　學 號 20081503029 </p><p>　　

3、指導教師姓名 王 馨 </p><p>　　指導教師職稱 講 師 </p><p>　　2012年5月13日</p><p>　　利用粉煤灰處理含鉻（VI）廢水的試驗研究</p><p><b>　　孟令鑫</b></p>

4、<p>　　（淮北煤炭師范學院生命科學學院）</p><p><b>　　(指導教師：王馨)</b></p><p>　　摘要 本試驗以淮北電廠粉煤灰為樣品，研究了粉煤灰對廢水中Cr6+的處理效果。研究了不同的接觸時間，不同質量的粉煤灰以及不同溫度條件下粉煤灰對廢水中鉻離子的去除效果，試驗結果表明粉煤灰在與廢水中鉻離子反應100分鐘后，去除率變化微弱；粉煤

5、灰對鉻離子的吸附效果隨著粉煤灰投加量的增加而增加；粉煤灰在 35℃條件下對含鉻廢水有非常好的去除效果。進一步探討了粉煤灰去除Cr6+的機理，粉煤灰去除廢水中的Cr6+ 主要是通過靜電吸附、陽離子交換吸附和表面絡合吸附作用。本試驗的結論對粉煤灰的綜合利用具有一定的參考價值。</p><p>　　關鍵詞 粉煤灰；含鉻廢水；火焰原子吸收</p><p>　　Experimental study

6、 on fly ash treatment of waste water containing Chromium</p><p>　　Meng lingxin</p><p>　?。―epartment of biology of Huaibei Coal Industry Teacher’s College）</p><p>　　Tutored by Wang X

7、in</p><p>　　Abstract Using the fly ash as sample, the essay studies the effect of fly ash on Cr6+ of waste water containing chromium. Studying the removal effect on waste water containing chromium from the

8、fly ash under different contact time, different qualities of fly ash and different contact temperature, the result shows that after the one hundred minutes’ reaction between fly ash and waste water containing chromium, t

9、he effect of removal can’t obviously improve, while with the cast of fly ash being im</p><p>　　Keywords Fly Ash; Cr6+ of waste water containing chromium; Atomic Absorption.</p><p><b>　　目次

10、</b></p><p><b>　　1引言5</b></p><p>　　1.1粉煤灰的定義及應用現狀5</p><p>　　1.2粉煤灰吸附性及影響因素研究現狀5</p><p>　　2 試驗材料與方法7</p><p><b>　　2.1試驗材料7</b

11、></p><p>　　2.2 試驗儀器及藥品7</p><p><b>　　2.3試驗方法7</b></p><p><b>　　2.4試驗原理7</b></p><p><b>　　2.5試驗過程7</b></p><p><b&

12、gt;　　3結果與分析8</b></p><p>　　3.1粉煤灰用量對鉻的去除率的影響8</p><p>　　3.2吸附時間對鉻的去除率的影響5</p><p>　　3.3吸附溫度對鉻的去除率的影響6</p><p>　　4 粉煤灰去除廢水中鉻離子的機理及有關性質7</p><p><b&

13、gt;　　4.1 機理7</b></p><p>　　4.2 物化特性與吸附特性的相關性7</p><p><b>　　5結論13</b></p><p><b>　　參考文獻：14</b></p><p><b>　　致謝：15</b></p>

14、;<p><b>　　1引言</b></p><p>　　1.1粉煤灰的定義及應用現狀</p><p>　　粉煤灰是以煤為燃料的火力發(fā)電廠煉粉鍋爐排出的廢渣，是一種人工火山灰質材料。從化學組成方面分析，主要是硅質和硅鋁質材料，其中的氧化硅、氧化鋁及氧化鐵等的含量一般在85%左右，氧化鈣、氧化鎂和氧化硫的含量較低,主要由晶體礦物和玻璃體組成。從粉煤灰的顆粒

15、特性方面分析，主要由玻璃珠、多孔玻璃體及碳粒組成，其粒徑在0.001～0.1毫米之間，與粉質粘土和砂土相比，其粒徑分布較窄，是一均質級配材料[1]。</p><p>　　目前我國電力發(fā)電主要依靠煤炭的燃燒，每年排出的粉煤灰近三千萬噸，大量廢渣的產生不僅占用了大片土地、堵塞河道，而且產生了較為嚴重的環(huán)境污染問題[2]。因此，如何利用粉煤灰的特性，進行合理應用，是人們較為關注的問題。目前有人將其用于環(huán)境污染的治理，據

16、研究，堿性粉煤灰可以去除廢水中的重金屬和氨氮、凈化空氣。另外，粉煤灰還被應用為特殊比表面積和具有很高陽離子交換容量的沸石產品和類沸石產品用于去除污染物[3]。</p><p>　　國外研究證明，粉煤灰對銅，鋅，鉻等重金屬離子的吸附容量（mg/L）分別為：Cu15-20,Zn7-10,Pb4-7。吳文龍等[4]研究了了粉煤灰處理含銅、鋅、鉛、鉻等廢水的試驗，結果表明灰水比在1：10-1：50的范圍內時粉煤灰對它們的

17、去除率均在90%以上，因此可以證明粉煤灰是一種理想的重金屬廢水處理劑。</p><p>　　1.2粉煤灰吸附性及影響因素研究現狀</p><p>　　吸附法處理含重金屬離子廢水，通常采用活性炭作為吸附劑，其具有去除率高，吸附能力強的優(yōu)點，但由于其價格較高，很難大規(guī)模應用。而粉煤灰細度較小且有著較高的比表面積[5]，具有一定的吸附能力，在研究中發(fā)現粉煤灰經適當改性后對溶液中的鉻等重金屬離子具

18、有良好的吸附性能，進而對用改性粉煤灰分別處理含重金屬離子鉻、鉛、銅、鎘廢水的適宜工藝條件進行了試驗研究，并將它應用到電鍍廢水的處理，處理后的廢水達到了排放標準。粉煤灰除了能夠吸附去除有害物質外，其中的一些成分還能與廢水中的有害物質通過吸附——絮凝沉淀協同作用使廢水得到凈化。另外，由于粉煤灰是多種顆粒的混合物，空隙率較大，廢水通過粉煤灰時，粉煤灰也能過濾截留一部分懸浮物。但粉煤灰的混凝沉淀的過濾只是對吸附起補充作用，并不能代替吸附的主要作

19、用。</p><p>　　大量的國內外資料表明,影響粉煤灰吸附性能的主要因素有:</p><p><b>　　1溫度</b></p><p>　　國內外研究表明,溫度越低,粉煤灰對廢水中有害物質去除率越高,升高溫度不利于吸附。劉國光等[5]發(fā)現.溫度越低,越有利于粉煤灰對印染廢水的處理。</p><p><b>

20、;　　2溶液pH值</b></p><p>　　pH值直接影響處理效果，但pH值的影響結果與吸附質的性質有關。如用粉煤灰處理含氟廢水，在酸性條件下效果好，而處理含磷廢水是在中性條件下磷的去除率最高。</p><p>　　3粉煤灰的物理化學性質</p><p>　　粉煤灰的粒徑，比表面積，化學組成對其處理效果有著直接的影響。一般地，比表面積大，含活性氧化鋁

21、，氧化硅及未燃盡碳高，去除效果好。也有將粉煤灰活化以提高其吸附性能的研究報道[6]，但活化成本較高，使其在工業(yè)應用中受到了很大限制。</p><p><b>　　4吸附質的性質</b></p><p>　　作為吸附質的污染物，其溶解度，分子極性以及分子量都對吸附有一定的影響。與活性炭相比，粉煤灰對分子量大的污染物吸附效果較好，因為分子量大分子間引力強，物理吸附更易進行

22、。因此，粉煤灰對造紙等以大分子污染物為主的廢水表現出較好的吸附性能[7]。</p><p><b>　　2 試驗材料與方法</b></p><p><b>　　2.1試驗材料</b></p><p>　　試驗所用粉煤灰為淮北電廠的粉煤灰，其主要成分為：SiO2,MgO,CaO,C,CuO,MnO2,K2O,Na2O,P2

23、O5,SO2,Al2O3,Fe3O5。</p><p>　　試驗所用模擬含鉻廢水為配制濃度的含鉻溶液，處理前的濃度為250mg/l。</p><p>　　2.2 試驗儀器及藥品</p><p>　　試驗儀器：140目與160目標準檢驗篩，SYC-LB恒溫回轉式調速搖床，WFX-110型原子分光光度 AA Spectrophotometer，DL-1單聯電爐，GZX-

24、9240MBE 電熱恒溫鼓風干燥箱，JA2003型電子天平，容量瓶（100，1000，2000Ml）,試劑瓶若干個，錐形瓶，吸管，移液槍，燒杯等儀器。</p><p><b>　　2.3試驗方法</b></p><p>　?。?）粉煤灰吸附劑的制備</p><p>　　將粉煤灰置于通風處風干，用140和160目標準檢驗篩進行篩分。</p&

25、gt;<p>　?。?）標準曲線的制備</p><p>　　鉻標準溶液（甲）：稱取重鉻酸鉀2.8288克于250毫升燒杯中，加入（1：1）硝酸20毫升，加熱，溶解完全后蒸至近干，加鹽酸5毫升，加30毫升水，加熱使鹽類溶解，冷卻后移入1升容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，此溶液每毫升含鉻1毫克。鉻標準溶液（乙）：準確吸取標準溶液（甲）20毫升于1升容量瓶中，加入鹽酸5毫升，用水稀釋至刻度，搖勻，此溶液每

26、毫升含鉻20微克。</p><p>　　標準系列：分別稱取鉻標準溶液（乙）0、20、40、60、80、100微克鉻于100毫升容量瓶中，加入（1：1）鹽酸4毫升，用水稀釋至刻度，搖勻。用火焰原子分光光度法得到標準曲線。</p><p><b>　　表1鉻離子的吸光度</b></p><p>　　圖1 鉻離子標準曲線</p><

27、;p>　　（3）模擬含鉻廢水的制備</p><p>　　將上述配置的鉻標準溶液（甲）（1000mg/l）取出適量,然后稀釋十倍,即成為本試驗所用的模擬含鉻廢水（100mg/l）。</p><p><b>　　2.4試驗原理</b></p><p>　　粉煤灰中存在大量Al、Si等活性點，能與被吸附物質通過化學鍵結合，同時粉煤灰的結構多孔，

28、比表面積較大，因此具有一定得吸附性能。除SiO2 等主要成分外，粉煤灰中還含有一定量的活性炭粒子，其組成不單純是游離碳，而是含碳多、分子量大的有機凝聚系物，它具有多孔性結構，比表面積較大，且表面存在著許多鋁、硅及大量含氧活性基因，如羥基、羧基、磺酸基等，因此，粉煤灰具有較強的吸附能力。</p><p>　　2.5試驗內容與分析方法</p><p>　　采用火焰原子吸收分光光度計法在標準曲線

29、上分別讀出溶液中殘余鉻離子的濃度，去除率的計算： </p><p>　　式中C0：吸附前廢水的Cr6+質量濃度mg/L；</p><p>　　C1：吸附后廢水的Cr6+質量濃度mg/L。</p><p><b>　　3實驗結果與分析</b></p><p>　　3.1粉煤灰用量對鉻的去除率的影響</p>

30、;<p>　　分別用不同質量的粉煤灰吸附劑處理40ml100mg/l的模擬含鉻廢水，均在室溫下，恒溫振蕩1h，過濾，稀釋100倍，測定水樣中剩余鉻離子的濃度。</p><p>　　表2用量對去除率的影響</p><p>　　圖2 粉煤灰用量對去除率的影響</p><p>　　試驗表明，粉煤灰對鉻離子的吸附效果隨著粉煤灰投加量的增加而增加，試驗選擇40m

31、l的模擬含鉻廢水中粉煤灰的最佳用量為1.5克，下面對其進行數據分析，由公式：</p><p>　　L吸附等溫式：1/Qe=1/Q +(1/bq)(1/Ce) ；</p><p>　　F吸附等溫式:lgQe= lgk +1/n lgCe </p><p>　　式中，Qe為單位質量吸附劑吸附質的量mg/g ；</p><p>　　Ce為平衡時剩

32、余的吸附質量，Q為單位吸附劑飽和吸附量 ；</p><p>　　b、k為常數，n為與溫度有關的常數。</p><p>　　表2-1吸附等溫線回歸數據</p><p>　　根據表2-1相關系數分析，以Langmuir吸附等溫式擬合較好，因為(R>0.960),這表明粉煤灰對鉻的吸附，隨著粉煤灰用量的增加而增加，當粉煤灰用量由0.5到5g時，去除率15.8%提升到

33、93.9%，但從充分利用粉煤灰的角度看，并不是粉煤灰投加得越多，粉煤灰的利用效率越高，因為當粉煤灰用量到達一定時，會達到吸附飽和，繼續(xù)增加用量時，過量的粉煤灰反而浪費材料，且實驗效果增加不大，當考慮到后續(xù)污泥處理等問題，還是以粉煤灰較少用量為準。</p><p>　　3.2吸附時間對鉻的去除率的影響</p><p>　　在250ml錐形瓶中分別加入40ml100mg/l的模擬含鉻廢水，粉煤

34、灰2.0g，稀釋100倍，振蕩時間分別為20min，60min，80min，100min，120min，將處理后的溶液過濾，稀釋。用原子火焰原子吸收分光光度計法在標準曲線上分別讀出溶液中殘余鉻離子的濃度，并計算去除率。</p><p>　　表2 吸附時間對鉻的去除率的影響</p><p>　　圖2 吸附時間對鉻的去除率的影響</p><p>　　下面在室溫20℃情況

35、下，對不同吸附時間用一下吸附等溫線方程處理，判斷粉煤灰吸附符合L吸附等溫式還是F吸附等溫式 。</p><p>　　由圖可知，粉煤灰對鉻離子的吸附更符合Langmuir模型，而不是Freundlich模型，而且在一定時間范圍內隨著振蕩時間的增加去除率開始明顯增加，在延長振蕩時間，去除率增加不明顯，振蕩時間繼續(xù)延長，去除率反而下降。隨著振蕩時間的增加去除率開始明顯增加，當振蕩時間超過100分鐘后，去除率反而下降。因

36、為達到100min時，吸附已經達到平衡，時間過久，反而會出現鉻離子析出，造成溶液中鉻離子濃大增加，去除率因此降低。因此，試驗中控制合理的吸附時間對金屬離子的吸附很有必要。</p><p>　　3.3吸附溫度對鉻的去除率的影響</p><p>　　在250ml錐形瓶中分別加入40ml100mg/l的模擬含鉻廢水，粉煤灰2.0g，稀釋100倍，振蕩溫度分別為25℃，30℃，35℃.40℃將處理

37、后的溶液過濾，稀釋。用原子火焰原子吸收分光光度計法在標準曲線上分別讀出溶液中殘余鉻離子的濃度，并計算去除率。</p><p>　　表3 吸附溫度對鉻去除率的影響</p><p>　　圖3 吸附溫度對鉻去除率的影響</p><p>　　由圖表可知：隨著溫度的增高，粉煤灰對鉻離子的去除率也隨之提高。當溫度達到35℃時，粉煤灰吸附劑對含鉻廢水已經具有非常好的去除效果。由于

38、吸附溫度，不易控制，實驗效果可能不具有一定的嚴密性，以后若需要對不同溫度下的吸附試驗進行研究，需要充分做好準備，以更為科學的儀器來控制試驗試驗，保證試驗數據的科學性和嚴密性。</p><p>　　4 粉煤灰去除廢水中鉻離子的機理及有關性質</p><p><b>　　4.1 機理</b></p><p>　　粉煤灰的成分相當復雜，主要是硅、鋁氧

39、化物，還含有少量的鐵的氧化物，能與被吸附物資通過化學鍵結合，同時粉煤灰的比表面積較大，結構多孔，因此具有一定的吸附性能。吸附作用主要是靜電吸附、陽離子交換吸附和表面絡合作用三種形式。由于粉煤灰還含有CaO和其他少量堿金屬氧化物及堿土金屬氧化物與水反應生成堿，使溶液呈堿性。粉煤灰顆粒表面的二氧化硅在溶液呈堿性的條件下，會發(fā)生化學解離而產生可變電荷，即：</p><p>　　H2SiO3+OH---HSiO3-+H2

40、O</p><p>　　HSiO3-+OH---SiO32-+ H2O</p><p>　　另外，在堿性條件下粉煤灰顆粒表面上的OH基中的H+也可以發(fā)生解離 ，即：</p><p>　　-OH- -O2-</p><p>　　晶格-OH- ==== 晶格-O2- +3H+</p>&l

41、t;p>　　-OH- -O2-</p><p>　　從而使顆粒表面部分帶負電荷，由于顆粒表面經解離帶上了負電荷，而鉻離子帶正電荷，因此容易被吸附在粉煤灰顆粒表面。</p><p>　　4.2 物化特性與吸附特性的相關性</p><p>　　(1)據大量資料[9]的知,在試驗確定的最佳條件下,不同粒徑的粉煤灰吸附處理廢水溶液,(Co=3

42、0mg/l,T=25°,Co:原液濃度,T:室溫)主要參數見表5。</p><p>　　表5 不同粒徑粉煤灰的吸附性能</p><p>　　(2)吸附性與粒徑分布,比表面積的關系</p><p>　　①粒徑分布與吸附容量的關系</p><p>　　粉煤灰的粒徑越小,吸附常數和飽和吸附容量越大,對應的粉煤灰的吸附性能越好。</p

43、><p>　?、诒缺砻娣e及孔徑分布與吸附特性的關系</p><p>　　可以看出飽和吸附容量與總比表面積相關性很差。9.4-26.6um粒徑與26.6-45.4um粒徑相比，比表面積提高1.66倍，但吸附性能相差無幾。分析認為比表面積測定是以氮氣作吸附質，而實際吸附過程，粉煤灰處理不同廢水中的污染物往往是大分子，粉煤灰的小裂隙與微孔內表面積和孔容未能發(fā)揮作用。因此吸附容量僅與有效吸附表面積有關

44、，有效吸附表面積是粒徑和孔徑分布兩者的函數。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　粉煤灰作為吸附劑，其用量，接觸時間，反應溫度對其吸附效果有著影響。磨細能改變粉煤灰顆粒表面性狀，改善其吸附性能，從而影響其活性。但細度大并不是活性高的唯一因素，粉煤灰顆粒的玻璃體結構和表面性狀是決定其活性的重要因素 。</p><p>

45、　　首先，粉煤灰對金屬離子的吸附效果隨著粉煤灰投加量的增加而增加，但從充分利用粉煤灰的角度看，并不是粉煤灰投加得越多，粉煤灰的利用效率越高，因為當粉煤灰用量到達一定時，會達到吸附飽和，繼續(xù)增加用量時，過量的粉煤灰反而浪費材料，且實驗效果增加不大，當考慮到后續(xù)污泥處理等問題，還是以粉煤灰合適用量為準。用量的多少需要每次試驗得之。</p><p>　　其次，對于吸附振蕩試驗，時間的增加粉煤灰的吸附率開始明顯增加，當振

46、蕩時間超過一定時間后，在延長振蕩時間，去除率增加不明顯，吸附振蕩時間繼續(xù)延長，去除率反而下降。因為吸附已經達到平衡時，時間過久，反而會出現金屬離子析出，造成溶液中金屬離子濃大增加，去除率因此降低。因此，試驗中控制合理的吸附時間對金屬離子的吸附很有必要。</p><p>　　再者，吸附的過程放熱，吸附量隨著溫度升高而降低，本次反應粉煤灰對鉻的吸附符合Langmuir吸附。綜上所述控制合理的試驗條件，保持在一個最為科

47、學的條件下，對重金屬的吸附會達到理想效果。在這一點，關處理機理和動態(tài)試驗過程還需要進一步的深入研究。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 錢覺時,吳傳明,王智. 粉煤灰的礦物組成(上)[J]. 粉煤灰綜合利用, 2001,(01)：27-31</p><p>　　[2]徐童敏,姚榮奎.粉煤灰中鉻、鎘、銅、

48、鐵、錳、鎳、鉛、鋅的測定及其樣品處理方法研究［Ｊ］，2001，（2）：28-29</p><p>　　[3]楊志華，王焰新.利用粉煤灰處理含銅廢水的試驗研究[J].地質科技情報，2004（9）：32-33</p><p>　　[4]張警聲等.粉煤灰吸附生活污水中磷的研究[J].東北電力學院學報,1999,(9):50-53</p><p>　　[5] 劉國光，劉興

49、旺，候杰.粉煤灰吸附性能的研究[J].環(huán)境科學研究,1994,7(5):62-64</p><p>　　[6]李方文，魏先勛，李彩亭等.粉煤灰在環(huán)境工程中的應用[J] .污染防治技術，2002，15（3）：27-29</p><p>　　[7]張建平,孫振聲,尹連慶等.粉煤灰在工業(yè)廢水處理上的研究與應用[J].粉煤灰綜合,1996(4):33-35</p><p>

50、　　[8]閻存仙,譚奎.含氟廢水的粉煤灰吸附研究[J] .上海環(huán)境科學,1997,16:30-33</p><p>　　[9]程蓓,馬保國,陳銀洲.粉煤灰顆粒表面吸附性能與活性研究[J] .科學試驗,1998(7):29-31</p><p><b>　　致謝：</b></p><p>　　本篇論文的完成，得到了王馨老師的細心指導。從論文的開題

51、，試驗方案的確定以及試驗的完成，都傾注了王老師的心血。王老師深厚的知識積淀、嚴謹的治學精神和忘我的工作態(tài)度將會讓我終身受益，在此請允許我向王老師表示深深地敬意。</p><p>　　在試驗完成的過程中，得到了韓立峰同學的極大幫忙，在此同樣致以誠摯的謝意。</p><p>　　感謝所有關心、支持、幫助我的良師益友。</p><p><b>　　孟令鑫<