张聪力 李少冬 马瑞强

摘 要：本论文以低分子化合物合成技术为基础，进行以内蒙古西部高铝粉煤灰为原料生产中性无机絮凝固化剂工艺过程的研究。对实验室所研制成功的絮凝固化剂的絮凝效果考察结果表明，在现有废水处理设备中的使用效果及处理工艺过程得以优化，以中性无机絮凝剂替代现用的高成本有机絮凝剂成为可能，完全符合国家规定的排放标准。利用絮凝固化剂所得到的处理物进行综合处理后沉淀泥，基本达到安全农田回填增肥、工程基础建筑等行业标准。

关键词：粉煤灰；废水处理；絮凝固化剂；开发利用

1 前言

目前，国家政策约定的重点推广的粉煤灰应用技术有以下几个方面：粉煤灰粘土烧结砖、粉煤灰用于筑路材料、粉煤灰在工程中的使用、粉煤灰混凝土和砂浆材料应用于建筑施工、粉煤灰作为生产水泥的原料、选取飘珠和飘珠制品、粉煤灰加气混凝土、粉煤灰改良土攘、纯灰植树等[1]。这些技术相对简单，且用灰量也大，不仅便于推广使用，而且可以在近期内带来一定的经济效益和环境效益。此类手段大多是对粉煤灰的低级开发利用，从环境保护意义上来讲，对粉煤灰开发有积极作用，但是，对于粉煤灰开发利用的附加值较小，且造成一定的二次环境污染。在当今能源紧缺的时代，深度开发利用粉煤灰意义重大。

2 国际现状

欧美、日本等发达国家的粉煤灰资源化利用比例已经达到了60%以上，这些国家或地区已经基本上实现了粉煤灰资源循环再利用；此外，废水处理硬件设备相当完善，只是在卫生改良、水环境改良、湖泊及河流沉积泥浆改良等方面仍在做进一步的研究。

中国目前粉煤灰仍以工程用途为主；废水处理物大部分被风干处理、掩埋或流放。此类处理手段都会对环境产生二次污染。对于粉煤灰总体利用率不足30%的中国，粗放开发利用对环境已经造成了二次污染，同时回收利用附加值也比较低。伴有相当数量的重金属离子的粉煤灰的逐年排放与堆积，对有限耕地的保护、地表水资源的威胁、沙尘的形成等带来了隐患。

粉煤灰的处理与环境保护休戚相关。虽然国家大力发展水电、核电，但是燃煤发电仍占主导地位，而且在今后相当长的时间内仍为主要能源。只有将污染防治、废物处理与资源开发紧密结合，才能使排放粉煤灰的电力工业摆脱面临环保法越来越严、粉煤灰处置费用越来越高的困境。这也是本专项立项的基础。

加之，目前国内絮凝法废水处理主要采用水溶性高分子聚合物-聚丙烯酰胺，但存在成本高、环境压力大等缺陷。而日本等发达国家对于中性无机絮凝剂的研究成果，可以使处理后的污泥物符合其国家排放标准。以此为切入点，研发出粉煤灰为原材料的絮凝固化剂。这样，既高效利用了粉煤灰，又为废水处理提供了优良絮凝固化剂，且处理物可安全回田。

3 粉煤灰组分与絮凝固化特性

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰中大量Si、Al活性氧化物为主的玻璃微珠具有较好的吸附性能；此外，粉煤灰中还含有许多不规则形状的玻璃状颗粒（图1），这些颗粒中还含有不同数量的微小气泡和微小活性通道，因此粉煤灰表面成多孔结构，其比表面积较大，使得粉煤灰具有较好的表面活性。Si、Al元素，使得粉煤灰具有很强的物理、化学吸附性能，特别是重金属离子[2]。

絮凝固化剂中，除聚铝、聚铁外，还有聚活性硅胶及其改性品，如聚硅铝（铁）、聚磷铝（铁）。改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟基、磷酸根等以增加配位络合能力，从而改变絮凝效果，其可能的原因是：某些阴离子或阳离子可以改变聚合物的形态结构及分布，或者是两种以上聚合物之间具有协同增效作用[3]。粉煤灰中的SiO2和具有弱酸性的A12O3及Fe2O3可以与有机物羟基氧上的孤对电于形成很强的化学键，发生物理化学吸附。

加之，粉煤灰具有较大的比表面积和静电吸附作用，以及显著的去除COD和脱色效果，这为印染类废水处理提供了先天优越条件。

可见，粉煤灰中氧化物成分也是废水处理用絮凝固化剂基本元素，利用粉煤灰，研开制造絮凝固化剂是一捷径。而且，粉煤灰结构特性决定了其本身对废水处理某些指标具有控制作用，故以粉煤灰为原料研发废水处理用絮凝固化剂是成本低、效率高的有效途径。实验证明，此絮凝固化剂具有优良的絮凝、使固液分离效果。

4 实验

本项目是与日本某科研机构合作研发课题，日方提供其的工业公害防止技术、废水处理效率提高办法。并以内蒙古西部丰富的富铝粉煤灰为主要原料，加入适当辅料，研发出了廉价高效的新型絮凝固化剂，此药剂为中性无机絮凝剂，在絮凝速度、脱水率、中水物COD值等指标及脱水性等指标明显优于现用有机絮凝剂（图2）。在现有絮凝法废水处理设备无须更换的前提下，替代昂贵的有机高分子絮凝药剂，且废水处理后泥土符合国家有关有机肥无害化回田标准，实现了循环经济。

此成果应用，拟高效利用粉煤灰、提高废水处理厂所用絮凝剂性能，并做为样本工程在业内推广。废水处理土壤回田，既改良了农耕土地，又减少了灰尘；拟将研发絮凝固化剂，大面积地应用到沙漠流沙固化、保湿绿化事业，可最终使来自黄土高原以及黄河流域的沙尘的减少能起到一定作用。治沙是一个国际课题，应用于鄂尔多斯沿黄一级高速公路边坡做固沙保湿种草试验，花草成活率优于现采用的远山正英“四角插柳法”，为我区的防风治沙提供一新的手段。具体实验室试样测定，砂饼强度等各项数据指标比较理想（图3）。

5 结束语

粉煤灰高效利用，符合循环经济模式中的废物“零排放”理念。如果中性无机絮凝剂以高铝粉煤灰为主要原料的技术实现产业化，则标志着中国大宗利用粉煤灰的瓶颈将被打破。使中西部地区，特别是偏远地区的火力发电厂排放的大量高铝粉煤灰的消耗成为可能。预计成果的产业化推广和商业化普及意味着二氧化碳排放量的减少，既保护了有限的耕地，又减少了沙尘暴的形成，更有意义地是为废水处理提供了廉价、高效的絮凝固化剂。从而也避免了粉煤灰的粗放开发利用，以减少其对环境的二次污染，使以煤炭为主要能源的内蒙古自治区的产业结构得到进一步的优化。并创造出更大的经济效益和社会效益。

在此基础上，利用内蒙古西部的高铝粉煤灰，研发适合我区的废水处理技术，以达到我国环境保护标准。而且使处理后污泥可稳定、无害化回田；废水处理后的中水可作为低成本工业用水或农田灌溉用水等方式再利用，以缓减地下水源不足的矛盾。

参考文献

[1]王振山，等.粉煤灰开发再利用对节能减排的影响[J].神华科技，2011，9（3）：93～95.

[2]许玉国，刘玉言.深度开发利用粉煤灰浅探[J].煤炭科技，2010，2：21～22.

[3]耿春，香路帅.粉煤灰的环境污染与综合利用[J].上海环境科学，2004，23（4）：182～184.

作者简介：张聪力（1971-），女，内蒙古人，归侨，工程师，主要从事电厂能源评估工作。