【正文】 首先發(fā)現(xiàn)粉煤灰中的氧化物具有火山灰的特性 [2]。 粉煤灰的理化性質(zhì)主要是： (1)在光學(xué)顯微鏡下觀察，粉煤灰含玻璃球體物50%80%(在爐溫 12001450℃ 時，煙煤燃燒后的粉煤灰中含有玻璃球體，而無煙煤粉煤灰中未發(fā)現(xiàn) )，磁性氧化鐵 (Fe3O4)6%16%，碳粒子 3%4%，石英 3%20%，莫來石 5%30%. (2)大部分粉煤灰所含的化學(xué)成分主要是 SiO Al2O Fe2O MgO、 K2O、 Na2O、 CaO、FeS，個別煤種的粉煤灰中還含有少量鍺、鍋、汞、鉻、釩、砷、鉛、磷、錳、硼、鈾等。粉煤灰中活性氧化鋁和活性二氧化硅的含江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 量越高，其活性就越高，品質(zhì)也越好； CaO有利于提高粉煤灰的活性 。另外，玻璃體的形態(tài)、顆粒大小及表面狀況與粉煤灰的品質(zhì)也有密切關(guān)系。物理吸附效果取決于粉煤灰的多孔性及比表面積，比表面積越大，吸附效果越好，未燃炭粒對物理吸附產(chǎn)生重要影響。粉煤灰顆粒表面的硅醇基及硅醚基有較強(qiáng)極性的偶極矩，對多環(huán)芳烴、氰化物有良好的去除能力。如用粉煤灰處理含氟廢水，在酸性條件下效果好，而處理含磷廢水在中性條件下磷的去除率最高；粉煤灰的粒徑、比表面積、化學(xué)組成對其處理效果有著直接影響。 粉煤灰吸附處理染料廢水的優(yōu)點及其影響因素 （ 1）比表面積較大，表面能高，對廢水中許多污染物質(zhì)，尤其是有機(jī)物具有較強(qiáng)的吸附和絮凝共沉作用。利用粉煤灰治理印染等有機(jī)廢水不僅處理效果較好，而且還能達(dá)到以廢治廢的目標(biāo)。對染料廢水的處理方法比較多，如生化法、電滲析法、化學(xué)凝聚法、氧化法、 電解浮上法及離子交換樹脂法等，但是至今還沒有一種既有效又經(jīng)濟(jì)的處理印染廢水方法。其中只有少部分達(dá)到了綜合利用，大部分粉煤灰被閑置著，既占用大面積的土地，又嚴(yán)重污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡 [6]。近年來，利用粉煤灰的混凝作用、吸附作用處理廢水， COD 去除率基本穩(wěn)定在 85% 以上，色度去除率高達(dá) 95% ，對懸浮物的去除效果好 [7] 。近年來國內(nèi)外對含染料污水的脫色方法進(jìn)行了大量的研究，但由于含染料污水類別復(fù)雜，造成了治理技術(shù)上的困難，很難實現(xiàn)工業(yè)化，所以，如何脫色成為含染料污水處理的一個難題。因此，加大對粉煤灰綜合利用的研究和開發(fā)顯得日益重要。 (2)灰水分離 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 由于粉煤灰的吸附量有限，因此要投加大量的粉煤灰。吸附飽和灰的處置首先要考慮資源作為肥料用于農(nóng)田的土壤改良，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，從而徹底實現(xiàn)廢棄物的資源化。 粉煤灰的改性與應(yīng)用 粉煤灰的改性 粉煤灰改性的方法有很多：酸改性 、 堿改性 、有機(jī) 改性 、高溫活化等。 用堿對其改性，粉煤灰顆粒表面的二氧化硅會發(fā)生化學(xué)解離而產(chǎn)生可變電荷，可能破壞粉煤灰顆粒表面的堅硬外殼，使玻璃體表面可溶性物質(zhì)與堿性氧化物反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)，并使粉煤灰中的莫來石及非晶狀玻璃相熔融，從而提高活性 [12]。另一方面，有機(jī)部分包裹在粉煤灰表面，甚至有一部分進(jìn)入粉煤灰的孔隙內(nèi)部，粉煤灰表面呈疏松網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比表面積成倍增大，表面能增強(qiáng) ，親水性能增強(qiáng)。用酸改性處理的粉煤灰 [13]，可起到部分絮凝作用，顯著增強(qiáng)粉煤灰對染料的吸附能力，增大飽和吸附量，脫色率達(dá) 96%以上。印染廢水中分散的膠體顆粒，極性分子，細(xì)小污染物受微電場的作用后形成電泳，向相反電荷的電極方向移動，聚集在電極上，形成大顆粒沉淀，從而使 COD降解。而在印染過程中損失更大，為所用染料的10%左右 [15]。 化學(xué)氧化法一般采用濕式氧化法，設(shè)備造價高，其中 O3氧化法效果較好，但 O3投江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 加量大、成本高。 在我國已投產(chǎn)的染料生產(chǎn)廢水處理方法中，生物化學(xué)法因為處理費用較低而被廣泛作為二級處理技術(shù)。 粉煤灰的存放不僅占用大量的土地，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人體健康。只有這樣才能夠使粉煤灰 在廢水處理方面有所突破。 (3)未改性粉煤灰吸附處理 堿性品紅 最佳條件的確定： ① 粉煤灰投加量的確定； ② 反應(yīng)時間的確定 ； ③ 最佳 攪拌速度 的確定； 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 ④ 反應(yīng)溫度的影響 。 (7)吸附動力學(xué) : ① 吸附速率常數(shù)的求??； ② 吸附速度控制步驟研究 。取出冷卻，密封保存。 粉煤灰吸附 堿性品紅 最佳條件的確定 (1)最佳粉煤灰投加量的確定 分別取 100mL 濃度為 100mg/L 的 堿性品紅 溶液加入 5 個 250mL 錐形瓶中。 將錐形瓶放到六聯(lián)攪拌器上 ，調(diào)整轉(zhuǎn)速 300r/min,分別 攪拌 15min、 30min、45min、 60min。過濾 后測其吸光度，并進(jìn)行比較，得出溶液的最佳 攪拌速度 。 改性粉煤灰吸附 堿性品紅 最佳條件的確定 (1)最佳改性粉煤灰投加量的確定 分別取 100mL 濃度為 100mg/L 的 堿性品紅 溶液加入 9 個 250mL 錐形瓶中。 將錐形瓶放到六聯(lián)攪拌器上，調(diào)整轉(zhuǎn)速 300r/min,分別 攪拌 15min、30min、 45min、 60min。過濾 后測其吸光度，并進(jìn)行比較，得出溶液的最佳 攪拌速度 。 正交實驗 根據(jù)正交試驗表 L_9_3_4 四因素三水平進(jìn)行實驗，電動攪拌器和 恒溫振蕩 器聯(lián)合使用。 過濾 分離后測其吸光度，并進(jìn)行比較 。 表 32 標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度 The standard solution absorbency 樣品編號 濃 度（ mg/L） 校正 吸光度 1 1 2 2 3 4 4 6 5 8 6 10 波長（ nm） 吸光度 波長 (nm) 吸光度 400 490 410 500 420 510 430 520 440 530 450 540 460 550 470 560 480 570 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 圖 31 標(biāo)準(zhǔn)曲線 Fig31 Standard curve 由 圖 31 可得到 濃度 C與吸光度 A的關(guān)系式： C=+，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性系數(shù) R2達(dá)到 ， 線性相關(guān)性好 。 粉煤灰吸附處理 堿性品紅 最佳條件的確定 最佳粉煤灰投加量的確定 取 體積 為 100ml 的 100mg/L 堿性品紅溶液 ， 投加 200mg、 400mg、 600mg、 800mg、1000mg 的粉煤灰， 在六聯(lián)攪拌器上以 300r/min 速度 攪拌 30min,過濾后 測其吸光度。粉煤灰對印染水中有色物質(zhì)的吸附是固體在溶液中的吸附，其吸附劑、溶質(zhì)、溶劑三者極性不同對吸附量是有影響的。實際上投灰量增加會導(dǎo)致污泥量增加。 表 35 反應(yīng)時間對 堿性品紅 去除率的影響 Influence of reaction time on the removal of Basic Fuchsin 時間 (min) 校正 吸光度 脫色率 （％） 15 30 45 60 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 圖 34 攪拌時間與脫色率的關(guān)系 Figure 34 relationship between original gray and Decolorization rate 由圖 34 結(jié)果可以看出：在吸附開 始的一段時間內(nèi)吸附量上升較快，以后慢慢趨于平緩。數(shù)據(jù)見 表 36，攪拌速度與脫色率的關(guān)系見圖 35。 表 37 溫度對處理效果的影響 The influence of temperature on the effect of adsorption 溫度（ ℃ ） 校正 吸光度 脫色率 （ %） 25 35 45 55 65 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 圖 36 溫度對吸附效果的影響 Fig36 The influence of temperature on the effect of absorbtion 圖 36 中曲線表明，粉煤灰吸附 堿性品紅 染料廢水，隨著溫度的升高， 脫色 率也上升逐步達(dá)到平衡 ，說明 升溫 有利于粉煤灰對 堿性品紅 的吸附。 反應(yīng)時間對處理效果的影響 取 體積 為 100ml 的 100mg/L 堿性品紅溶液 ， 各投加 800mg 改性粉煤灰， 在六聯(lián)攪拌器上以 300r/min 攪拌 15min、 30min、 45min、 60min,過濾后 測其吸光度。數(shù)據(jù)見 表 310，影響見圖 39。 表 311 反應(yīng)溫度 處理 效果的影響 Table 311 response to deal with the effects of temperature 溫度（ ℃ ） 校正 吸光度 脫色率 （ %） 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 25 35 45 55 65 圖 310 反應(yīng)溫度 對吸附效果的影響 Figure 310 reaction temperature on the effect of adsorption 由圖 310 可 得知改性粉煤灰的最佳反應(yīng)溫度為 55℃。本實驗結(jié)果為RA=,RB=,RC=,RD= ,故因素的主次關(guān)系為 :A、 B、 D、 C,即溫度是影響改性灰處理效果的關(guān)鍵因素，反應(yīng)時間和投加量是次要因素。數(shù)據(jù)見下表 313，等溫線見圖 311。 q0 值可用來比較同一吸附劑對不同吸附質(zhì)的吸附能力相對大小， q0 大者，吸附能力強(qiáng)； b 為吸附常數(shù)，其值與吸附能有關(guān)。 圖 313 Bangham 吸附動力學(xué)擬合結(jié)果 Fig． 313 the fitted result for adsorption dynamics by Bangham model Langmuir 動力學(xué)模式為： )( qqkdtdq e ?? (39) 式中： k——吸附速率常數(shù)； qe——平衡吸附量， mg/g； q——吸附量 ,mg/g 對式 (39)進(jìn)行積分得： ktqqqe e ??ln (310) 同樣將表（ 39）對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，以qqqe e?ln對 t 作圖得一直線，擬合 結(jié) 果 見 圖 313 所 示 ， 求 得 圖 中 直 線 方 程 及 對 應(yīng) 的 相 關(guān) 系 數(shù) 為 ：qqqe e?ln=+ R=，這表明改性粉煤灰對水中 堿性品紅 的吸附動力學(xué)模式也可較好地用 Langmuir 模式擬合。 內(nèi)擴(kuò)散模式為： R——吸附顆粒半徑 ,m； qi——與吸附劑顆粒表面上的 吸附質(zhì)濃度相平衡的吸附量（ qi 一般不宜測定，所以用 qe 代替） ,mg/g； q——吸附量 ,mg/g 可近似認(rèn)為粉煤灰的顆粒半徑大致相等，為一常數(shù)，又因為 D 也是常數(shù)，所以令 215RD=k 則， )( qqkdtdq e ?? （ 311） 將式（ 3—5） mtqdtdq? 代入式 3—11 得： )( qqkmtq e ?? （ 312） 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 28 以dtdq（mtq）對 )( qqe? 作圖得一直線，擬合結(jié)果見圖 317，求得圖中直線方程及對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)為：dtdq= )( qqe? R=，可見改性粉煤灰對水中 堿性品紅 的吸附速度控制步驟為內(nèi)擴(kuò)散過程。由正交試驗得出：在進(jìn)水濃度為 100mg/L的堿性品紅溶液中， 粉煤灰吸附處理堿性品紅的最佳投加量為 1g/L；攪拌速度為250r/min。 ⑷ 由正交實驗得出：溫度是影響 粉煤灰處理效果的關(guān)鍵因素，反應(yīng)時間和投加量是次