唐代瑶 刘文辉 王东燕 丁凯泽 杨子杰

摘要：文章对粉煤灰进行了酸改性并造粒处理，同时将制备的颗粒粉煤灰用于对含磷废水的处理。结果表明：初始粉煤灰有一定的除磷效果，当pH值在4～10，當反应时间40min，粉煤灰投加量为80g/L时，100mg/L含磷的污水经处理后含磷量为0.60mg/L。利用硫酸改性粉煤灰对废水处理效果明显。酸改造粒粉煤灰投加量分别为10g/L时，对100mg/L含磷的进行处理，出水中含磷量为0.24mg/L，分别达到《污水综合排放标准》（GB9878-1996） 中一级磷的排放标准。

关键词：粉煤灰;粉煤灰改性;粉煤灰造粒;含磷废水

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）11-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.046

The research of phosphate-containing wastewater treatment by acid modified and grained fly ash

Tang Daiyao，Liu Wenhui，Wang Dongyan，Ding Kaize，Yang Zijie

（College of Materials and Chemical Engineering，Xian University of Technology，Xian Shaanxi 710032，China）

Abstract：The paper focuses on the study of phosphorus-contenting wastewater treatment effect by modified and grained fly ash. The experiment results show that Fly ash was good at removing phosphorus from wastewater at pH from 4 to 10. Adding 80g/L original fly ash into the solution of containing 100mg/L phosphate，after 40 minutes stirring and reaction，the effluent can meet Class 1 under the standard of “Integrated Wastewater Discharge Standard” （GB9878-1996）. Removal rate of phosphorus had improved significantly when wastewater was treated by sulfuric acid modified and grained fly ash. The  modified fly ash was good at removing phosphorus from wastewater at pH from 4 to 10. Adding 10g/L the modified and grained fly ash into the solution of containing 100mg/L phosphate，the effluent can meet Class 1 under the standard of “Integrated Wastewater Discharge Standard” （GB9878-1996）.

Key words：Fly ash;Acid modified fly ash;Grained fly ash;Phosphorus-contenting wastewater

自然水体中含有营养元素氮和磷，水体中磷主要来源于城市污水、农业排水、含磷工业废水、底泥释放等。环境中氮和磷的含量与水中富营养化相关，当水环境中的氮和磷浓度大于0.3 mg/L 和0.02 mg/L 时，该水体很容易处于富营养化，产生严重水体环境污染[1-2]。

燃煤电厂的副产品粉煤灰，是由多种不同结构和具有形态的粉末组成，主要是小玻璃球体，其主要成分是A12O3、SiO2、Fe2O、CaO3等，同时还含有少量的其他物质。粉煤灰固体粉末废物，极易扩散到环境中产生大气环境污染、地表水污染和地下水污染。但粉煤灰是大比表面积的多孔结构，具有吸附污染物性能较强等特点[3]，目前在环境保护领域的研究和应用都很广泛[4-6]。用粉煤灰处理污水，尤其用来去除水体中的磷，不仅方便快捷而且效果较高，可以使粉煤灰价值得到充分利用，实现以废治废的目的，能取得非常好的环境和经济效应。

但直接用粉煤灰去除水中的磷往往存在一些问题，如：投加量大、产生污泥处置困难等，但将粉煤灰用湿法、火法进行改性处理，同时，通过造粒提高粉煤灰的沉淀性能、便于回收再利用等技术，可以提高粉煤灰对磷的去除率，减少污泥处置量，实现多次改性重复利用[7]。

1 实验材料和方法

1.1 实验的仪器及药品

粉煤灰，来源于西安市东郊热电厂，外观为灰白色粉状。

含磷废水，实验用废水，是用磷酸二氢钾（KH2PO4）自配浓度为100.0mg/L （以P计）的模拟废水。

1.2 实验方案

（1）未改性粉煤灰对废水的除磷处理：在不同的pH、投加量、反应时间等条件下，投入粉煤灰到废水中反应，取上清液测其磷的含量。

（2）粉煤灰酸改性和造粒：将粉煤灰分别置于硫酸（1mol/L）、盐酸（2mol/L），体积比为1：1的硫酸（1mol/L）和盐酸（2mol/L）混合酸中对粉煤灰酸改性。经过酸反应、沉淀，将粉煤灰和水泥按10：1的比例混合，并在造粒机中造粒、烘干，制得酸改性颗粒粉煤灰。

（3）改性颗粒粉煤灰对废水中磷的去除研究。

2 实验结果

2.1 原始粉煤灰对污水处理

2.1.1 投加量对磷去除率的影响

称原始粉态粉煤灰，加入100mL污水，调pH为7.0，搅拌60min后静置，取上清液，稀释后测含磷浓度，计算磷去除率，结果见图1。

图1 原始粉煤灰投加量对除磷率的影响

实验结果可见，原始粉煤灰投加量在0.5g～3.0g范围内，投加量增加，磷去除率迅速增加，由44.80%上升到95.51%。投加粉煤灰的量为8.0g时，磷的去除率达99.5%，液体含磷量达到0.5mg/L以下，可以达到《污水综合排放标准》（GB9878-1996）一级标准。

2.1.2 反应时间对除磷率的影响

分别称取3.0g的原始粉煤灰加入100mL、pH为7.0的污水中，分别搅拌：10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min，静置，取上清液过滤，测含磷濃度，计算磷去除率，结果见图2。

实验结果可见，反应开始的一段时间内，磷的去除率快速上升，反应40min时，磷的去除率达到95%，随着反应时间的延长，磷的去除率不再变化。可见40min反应后，粉煤灰达到吸附饱和，磷的去除率趋于稳定。

2.1.3 pH值对除磷效果的影响

分别称取3.0g的粉煤灰加入pH为2mL、4mL、6mL、8mL、10mL、12mL的100mL的含磷废水中，搅拌40min，静置，取上清液测量磷含量，计算除磷率。结果见图3。

实验结果可见：pH由2到4，磷的去除率迅速上升;pH由4到10，磷去除率变化不大;pH由10到12，磷去除率略有下降。因为在强酸性和强碱性条件下，粉煤灰的孔隙结构会受到一定影响，除磷率下降。因此，pH在4到10都可视为适合条件，考虑出水pH值应为中性，建议反应pH值取7或8。

2.2 粉煤灰改性造粒

2.2.1 改性酸的确定

实验采用硫酸（1mol/L）、盐酸（2mol/L）及二者的等体积混合酸，对粉煤灰进行改性并造粒，制得3种颗粒粉煤灰，在相同条件下对污水处理，结果见图4。

结果可知：随颗粒粉煤灰投加量增加，不同改性颗粒粉煤灰均有较好的除磷效果。当投加量均为3.0g时，硫酸、盐酸、混合酸改性颗粒粉煤灰磷去除率分别达到98.24%、89.59%、96.66%。

2.2.2 改性酸浓度的确定

用浓度为1mol/ L、2 mol/ L、3 mol/ L、4mol/ L硫酸，灰酸比为1g：2mL，分别对粉煤灰改性处理并造粒，然后处理含磷100mg/L污水，结果见图5。

实验结果可见，采用3mol/L硫酸改性造粒粉煤灰磷去除率最好，投加量为0.7g时，磷去除率为99.32%;投加1.0g时，磷去除率为99.76%。

2.2.3 酸改造粒粉煤灰投加量对磷去除率影响

称取经3mol/L硫酸改性造粒粉煤灰，分别加入100mL的污水中，调节pH为7.0，搅拌反应40min，静置、取上清液，稀释一定倍数后，测残留磷含量。实验显示：硫酸改性造粒粉煤灰投加量在0.3～1.0g时，随着投加量的增加，磷去除率较快增加，去除率由89.46%增加到99.76%。而改性造粒前的粉煤灰，在投加量为10g/L时，磷去除率才达到99.7%，含磷量才达到一级排放标准。由此可见，改性造粒后的粉煤灰在磷去除上效果提升非常明显。

3 结论

（1）原粉煤灰对污水中的磷有一定去除效果，当pH值介于4～10，投加量为80g/L，出水中含磷量为0.44mg/L;（2）不同类型酸对粉煤灰改性，在相同条件下对污水进行处理，磷去除率由大到小排列：硫酸改性灰>混合酸改性灰>盐酸改性灰;（3）利用酸改性造粒的粉煤灰，对含磷100mg/L污水进行处理，效果提升显著：当pH值在4～10之间，改性颗粒粉煤灰投加量为10g/L，出水中含磷量为0.24mg/L，能达到《污水综合排放标准》（GB9878-1996）一级标准。

参考文献

[1]方海峰，黄颖.从废水中回收磷的主要方法和常见工艺[J].环境科学与技术，2007，38（10）：104-107，121.

[2]陈雪初，孔海南，张大磊，等.粉煤灰改性制备深度除磷剂[J].工业用水与废水，2006，37（6）：65-67.

[3]吴美玲.粉煤灰改性及其应用研究[J].广州化工，2017，45（8）：22-23.

[4]律海波，崔俊华.改性粉煤灰处理生活污水的试验研究[J].粉煤灰综合利用，2007，15（2）：44-45.

[5]王占华，周兵，孙雪景，等.粉煤灰改性及其在废水处理中的应用现状[J].能源环境保护，2014，28（4）：04-05.

[6]刘丽娜，刘志明，吴德意，等.粉煤灰吸附去除城市景观水体中磷的初步研究[J].环境科学与技术，2007，16（2）：40-42，117.

[7]张信，岳钦艳，张金智.改性粉煤灰去除水中磷及吸附机理研究[J].粉煤灰综合利用，2007，15（4）：44-47.

收稿日期：2020-09-20

基金资助：国家大学生创新创业项目（201610702033）。

作者简介：唐代瑶（1998-），女，汉族，本科，研究方向为水污染处理。

通讯作者：刘文辉（1977-），男，讲师，研究方向为污水生物处理及资源化。