粉煤灰基复合混凝剂在洗煤废水处理中的可行性研究外文翻译资料

粉煤灰基复合混凝剂在洗煤废水处理中的可行性研究

Long Yan^{a,b,c,lowast;}, Yufei Wang^a, Hongzhu Ma ^{b,c,lowast;lowast;}, Zhiping Hana, Qiang Zhanga, Yashao Chenb,^c

a School of Chemistry and Chemical Engineering, Yulin University, Yulin, 719000, China

b Institute of Energy Chemistry, School of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi Normal University, Xirsquo;an, 710062, China

c Key Laboratory of Applied Surface and Colloid Chemistry, Shaanxi Normal University, Ministry of Education, Xirsquo;an, 710062, China

摘要：在这项研究中，准备了几种用盐酸浸出的粉煤灰（FA）基复合混凝剂来处理洗煤废水。分析了渗滤液和凝结剂中Al³ 和Fe² / Fe³ 的浓度，并使用各种分析技术（扫描电子显微镜，能量分散谱，X射线衍射（XRD），X射线荧光（XRF），粒度分析，zeta;电位，pH和电导率测量）。在10 g的剂量下，经一种凝结剂处理后的废水中的悬浮固体（SS）和化学需氧量（COD）去除效率分别达到99.61％和96.48％。（初始pH值为9，由CaO调节）。这表明该凝结剂是用于洗煤废水处理的有效剂，并且浸出的Al³ 和Fe³ 和引入的Ca ² 可能改善了凝结过程。对洗煤废水的干污泥组成和浆液粒径分布的分析表明，洗煤废水中带电的胶体颗粒和细颗粒的分布使废水处理变得困难。这项研究的结果可以为处理洗煤废水和粉煤灰的利用提供一种新颖的方法。

关键词：粉煤灰 ； 凝血剂； 洗煤废水； 废水处理

1 介绍

洗煤生产大量废水是燃煤电厂煤制备中的重要问题^[1,2] 。废水通常具有深黑色和恶臭的特征。此外，废水中还检测到了有机和无机物，例如酚，多环芳烃和腐殖质^[3]。这些有助于化学需氧量（COD）^[4]。煤和粘土的水悬浮液会增加废水的浊度和颜色。悬浮液中的颗粒由于其表面电荷和较小的粒径而不会以可接受的速率进行重力沉降，这也会导致形成稳定的胶体悬浮液^[5]。因此，洗煤废水的处理是昂贵的过程。减少排放到环境中的废水量的潜在方法是对处理后的废水进行再循环和再利用。

凝结工艺吸引了相当大的关注，因为它可以在废水处理中产生很高的去除效率。混凝不仅可以除去悬浮固体中的有机化合物，还可以使废物流脱色^[5,6,7]。近年来，几种凝结剂已用于实验室和中试规模的废水处理，主要是铝和铁基凝结剂，包括硫酸铝（AS），氯化铝（AC），聚硫酸铝（PAS），聚-氯化铝（PAC），氯化铁（FC），硫酸铁（FS），聚硫酸铁（PFS）和聚铝铁硫酸盐（PAFS）^[8]。但是，大多数混凝剂制造商都使用铁或铝的矿石或化学盐作为原料。这些不仅成本高昂，而且消耗了地球上有限的矿产资源^[9,10]。虽然凝结/絮凝与PAC（剂量：80-240 mg/L，5-10％溶液）和阴离子聚丙烯酰胺（A-PAM）（分子量：超过300万时，剂量：1.0〜4.0 mg/L，0.1 –0.26％溶液）可以降低洗煤废水中的悬浮物浓度和COD，混凝剂的剂量和浓度与水中的废料成比例^[11,12]。此外，包括PAM和PAC的常规凝结剂昂贵且具有腐蚀性，并且PAM单体具有强烈的神经毒性，从而危害环境。基于这些问题，应开发一种有效的，化学上无创的，低成本的混凝剂，以满足对排放废水质量的严格环境法规要求。

粉煤灰（FA）是燃煤电厂燃煤产生的固体废渣。据估计，全世界粉煤灰的年产量超过5亿吨^[13]。传统上，大多数粉煤灰被倒入垃圾填埋场，这可能对土地使用及其维护产生有害影响^[14]。另外，由于体积小，重量轻，很容易被风吹散^[15]。未经处理的粉煤灰可能通过扬尘污染水，大气，土壤和景观而引起严重的环境问题^[16]。结果，近年来，人们对粉煤灰的利用越来越感兴趣。一些粉煤灰可在民用建筑材料中回收，但总体而言，全球粉煤灰的回收率仅约为15％^[17]。一些研究人员测试了利用粉煤灰作为凝结剂处理污水污泥的方法，因为粉煤灰富含氧化铁和铝，这些物质的重量比适合于生产复杂的混凝剂^[18,19,20]。因此，粉煤灰可以转化为用于废水处理的有价值的凝结剂，这不仅有助于解决固体废物处理问题，而且可以降低成本^[21]。

在以上讨论的基础上，本研究通过粉煤灰在盐酸中的浸出制备了几种复合混凝剂。通过评估沉降特性以及凝结后COD和悬浮物（SS）的减少，评估了在洗煤废水处理中使用所得凝结剂的可行性。通过扫描电子显微镜（SEM），能量色散谱（EDS），X射线荧光（XRF），X射线衍射（XRD），粒度分析和测定zeta;电位，并且还分析上清液中的金属离子浓度。还研究了混凝剂的用量和pH值，以优化洗煤废水的处理条件。

2 实验细节

2.1 用料

洗煤废水和原粉煤灰样品是分别从位于中国陕西榆林的洗煤厂和发电厂收集的，该省是世界七大煤田之一。表1列出了由飞灰供应商通过XRF测定的飞灰的化学性质。分析试剂级盐酸（HCl），氧化钙（CaO）和碳酸钠（Na ₂ CO 3）购自中国西安市化学有限公司。

表1 粉煤灰的组成

2.2 实验程序

使用三种不同的粉煤灰样品（100 g）与4 M HCl溶液（300 ml）在80 °C的温度下，在500 ml三颈玻璃反应器中与直冷凝器相连，制备了三种复合凝结剂（图1） 。第一种凝结剂（FA-HCl-Y1）是通过用HCl溶液处理原始FA而制备的，第二种凝结剂（FA-HCl-Y2）是通过首先使用常规烤箱将原始FA在800 °C下煅烧2 小时而获得的在用HCl处理之前，首先将与Na ₂ CO ₃混合的原始FA （原始FA：Na ₂ CO ₃的重量比为100：6 ）在800 °C下煅烧得到第三种凝结剂（FA-HCl-Y3）。用HCl溶液处理2h之前。除煅烧温度和时间来自文献外^[21,22]，所有实验条件均基于正交试验。使用旋转蒸发仪在-0.085 MPa的真空下将三种混凝剂脱水。

图1所示 实验装置（1 –三颈玻璃反应器，2 –搅拌器，3 –冷凝器，4 –水浴）。

根据国家标准和相关文献^[8,23]，在装有100 ml废水的烧杯中进行混凝实验。调整了初始废水的pH（使用浓HCl或CaO溶液以最小化体积变化），因为它在处理效率中起着重要作用。将指定剂量的FA-HCl-Y混凝剂添加到水样品中后，开始通过磁力搅拌器进行搅拌。凝结实验以500 rpm的速度快速搅拌5 分钟，以确保流出液和凝结剂之间充分混合，然后以60 rpm的速度缓慢搅拌30 分钟 沉降后，定期从系统中提取上清液的等分试样，并 在搅拌停止后的1、2、5、10、20和40分钟收集在接收瓶中。分析了这些样品的pH，COD，SS和电导率，数据报告为三个试验的平均值。所有实验均在室温（33–35 °C）下进行，并与未使用凝结剂的对照进行了比较。

搅拌废水-凝结剂混合物以产生均匀的悬浮液，然后在100 ml量筒中研究絮凝物/固体的沉降特性。观察到不同凝结剂对沉降特性的影响。

2.3 分析方法

使用标准方法（APHA，2005）^[24]来测量原始

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