2024年4月28日发(作者：苹果第二代手机)

第１９卷第６期　

安徽建筑工业学院　学报（自然科学版）　

Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．６　

２０１１年１２月　

ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｎｈｕｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　

Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　

Ｄｅｃ．２０１１　

改性粉煤灰在污水深度处理中的研究　

伍昌年，　郑力菲，　汤利华，　凌　琪，　黄　丹　

（安徽建筑工业学院环境与能源工程学院，合肥２３００２２）　

摘要：采用混合酸对粉煤灰进行改性，研究其在二级出水中对磷的去除效果。在静态吸附条件下，研究了　

改性粉煤灰吸附水样中磷的影响因素，实验结果表明：选用酸改性的粉煤灰，投加量为５ｇ／Ｌ处理磷浓度　

１．０ｍｇ／Ｉ　的污水，吸附时间３０ｍｉｎ，ｐＨ在６４８，对磷去除率达９８　。粉煤灰对磷的吸附数据很好得符合Ｆｒｅ—　

ｕｎｄｌｉｃｈ公式，吸附参数表明粉煤灰对磷吸附过程容易进行，改性粉煤灰可作为污水深度处理中除磷的吸　

附剂。　

关键词：粉煤灰；改性；污水厂尾水；磷；吸附　

中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４５４０（２０１１）０６　Ｏ９ｌ—Ｏ３　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｅｗａｇｅ　ｗｉｔｈ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｆｌｙ　ａｓｈ　

ＷＵ　Ｃｈａｎｇ—ｎｉａｎ，　ＺＨＥＮＧ　Ｌｉ—ｆｅｉ，　ＴＡＮＧ　Ｌｉ—ｈｕａ，ＬＩＮＧ　Ｑｉ，ＨＵＡＮＧ　Ｄａｎ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３００２２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｐｈｏｓｐｈｏｕｒｓ　ｉｎ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｅｆｆｌｕｅｎｔ　ｂｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｆｌｙ　ａｓｈ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕ—　

ｅｎｅｅ　ｏｆ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｅｆｆｆｉｃｅｎｃｙ　ｏｆ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｓｔａｔｉｃ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉ—　

ｔｉｏｎｓ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅａｃｈ　ａｂｏｖｅ　９８　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉ—　

ｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｐＨ　ｒａｎｇｅ　６～８，ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　１．０ｍｇ／Ｌ，ｔｈｒｏｗｉｎｇ　ａｂｏｕｔ　

５ｇ／Ｉ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　３０ｍｉｎ．Ｔｈｅ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｕｌｄ　

ｂｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｂｙ　Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ　ｆｏｒｍｕｌａ．Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｆｌｙ　ａｓｈ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａｎ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　ｔｏ　ｒｅｍｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｈｏｓ—　

ｐｈａｔｅ　ｉｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｅｗａｇｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｌｙ　ａｓｈ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｔａｉｌ　ｗａｔｅｒ　ｏｆ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｌａｎｔ；ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　

粉煤灰是燃煤发电厂排出的固体废物，我国　

脱除有色物质、降低色度、吸附并除去污水中的耗　

粉煤灰每年排放量达数亿吨，且利用率较低［１　］。　

氧物质。利用粉煤灰的特性来处理废水，能达到　

粉煤灰主要成分为ＳｉＯ　和ＡＩ　Ｏ。，其中存在大量　资源综合利用、以废治废，既具有环境意义，又具　

Ａ１、Ｓｉ等活性点，能与吸附质通过化学键结合，同　

有经济效益［６－８３。　

时粉煤灰的结构多孔，比表面积较大，因而具有一　

现有污水处理厂主要侧重于去除有机物和营　

定的吸附性能，有时甚至可代替活性炭、硅胶等作　

养物质，多采用生物法为基础的工艺，经二级处理　

为专用吸附剂［３　］。　后的出水，达到《城镇污水处理厂污染物排放标　

具有一定的活性基团能吸附污水中悬浮物、　准３（ＧＢ１８９１８－－２ＯＯ２）一级Ｂ标准，欲提升出水的　

收稿日期：２０１１—１０—１７　

基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（２００８ＺＸ０７３１６－－００２）；安徽高校省级自然科学研究重点项目（　２Ｏ１ＯＡＯ６７）。　

作者简介：伍昌年（１９７３一），男，博士，讲师，主要从事污染控制与水处理技术研究。　

９２　安徽建筑工业学院学报（自然科学版）　第１９卷　

水质，需要对尾水进行深度处理。基于粉煤灰具　

有很强的吸附性能，本文选用粉煤灰作为吸附剂，　

经硫酸与盐酸的混合酸改性后，用于处理污水厂　

尾水，探讨了反应条件对磷的去除效果影响，寻求　

去除磷的最佳条件，对粉煤灰吸附的机理进行　

分析。　

１　实　验　

（１）实验材料和试剂实验所用粉煤灰取自　

某发电厂电除尘器收集的烟尘，其化学组成（质　

量百分比）为：Ｓｉ０２　４７．５５　，Ａｌ２（）３　３１．９７　，　

Ｆｅ２（）３１０．８　，ＣａＯ　４．０６　，ＭｇＯ　０．８３　Ａ，Ｎａ２Ｏ　ｏ

０．６４　，Ｋ２Ｏ　０．６４　，烧失量４．３９　，经混酸改　

性后备用。磷酸二氢钾，钼酸铵，酒石酸锑氧　

钾，抗坏血酸，浓硫酸，浓盐酸，氢氧化钠，所　

有试剂均为分析纯，。污水取自合肥某污水处　

理厂尾水。　

（２）主要实验仪器ｐＨＳ一３型酸度计，　

ＵＶ９２００紫外／可见分光光度计，ＨＺＱ—Ｃ双层　

气浴振荡器，ＤＨＧ一９０７０Ａ型电热恒温烘　

箱等。　

１．３实验方法　

１．３．１改性粉煤灰的制备　

分别配制浓度为２ｍｏｌ／Ｌ的硫酸及４ｍｏｌ／Ｌ　

的盐酸溶液，按体积比（１：１）混合制备混合酸溶　

液。按照灰水比（ｇ／ｍＬ）为１：１的比例，将混合　

酸溶液与粉煤灰混合后，室温下搅拌，经静置、烘　

干、碾磨，即得到改性的粉煤灰。　

１．３．２　改性粉煤灰对磷去除率影响的实验　

７一　

ＣＯ－－

竹一—

—

Ｃ×１００％　入　（１）　

取一定体积尾水水样加入到锥形瓶中，加入　

一

定量的改性粉煤灰，在一定温度下振荡，经静　

置、离心，采用钼锑抗分光光度法于７００ｎｍ处测　

定上清液的吸光度　，每次试验均作空白对比，计　

算尾水中磷去除率（　）及改性粉煤灰的吸附量　

（ｑｅ）。　

ｑ　ｅ　

Ｖ

—　

（ｃｏ

－ｃ）

：

——

一　（２）　

式中，Ｃ。，水样中磷初始浓度，ｍｇ／Ｌ；ｃ，经粉煤灰　

处理后的水样中磷浓度，ｒａｇ／Ｌ；ｑ　，单位质量吸附　

剂吸附量，ｍｇ／ｇ；ｍ，吸附剂干重，ｇ；　，溶液体　

积，ｍＬ。　

２结果与讨论　

２．１　粉煤灰改性前后对污水厂尾水处理效果对比　

　’

取浓度为１．０ｍｇ／Ｌ的污水厂尾水１００ｍＬ，分　

别取不同质量的改性粉煤灰和未改性粉煤灰，振　

荡３０ｍｉｎ，静置后离心，然后取上清液测定计算磷　

的去除率，结果见图ｌ。由图１可知，随着粉煤灰　

投加量增加，未改性的粉煤灰对磷的去除率为　

２Ｏ．４　提高至４０．７　，改性粉煤灰对磷的去除率　

为９２．４５　９／６提高至９８．９７　，改性后的粉煤灰对磷　

的去除率远高于未改性粉煤灰，酸改性剂可以激　

发粉煤灰的活性使粉煤灰表面变得粗糙，能打开　

粉煤灰封闭孔道，增加孔隙率，增大比表面积，大　

量的Ａｌ、Ｓｉ等活性点暴露。以下实验均采用混和　

酸改性的粉煤灰作吸附剂。　

粉煤灰投加鲢　．Ｌ　

图１　粉煤灰改性前后处理效果对比　

２．２　ｐＨ值对吸附效果的影响　

ｐＨ是粉煤灰吸附磷的重要影响参数，在室　

温下，取磷初始浓度为１．０ｍｇ／Ｌ水样１００ｍＬ，加　

粉煤灰０．５ｇ，用ＨＣ１和ＮａＯＨ调节ｐＨ值，ｐＨ　

值选取４～１２，置于振荡器上振荡３０ｍｉｎ，静置后　

离心，然后取上清液测定计算磷的去除率，结果如　

图２所示。　

１　

１　

１　

一　

瓣　

篮　

稍　

ｐＨ值　

图２　ｐＨ值对吸附效果的影晌　

第６期　伍昌年，等：改性粉煤灰在污水深度处理中的研究　

果如图４所示。　

９３　

由图２可知，随着ｐＨ上升，去除率先上升后　

下降。当ｐＨ为６～８时，磷的去除率最高，达到　

９８　以上，在强酸或强碱性条件下，磷的去除率均　

呈现下降的趋势，可见在中性附近，磷的去除效果　

最好。在强酸眭条件下，粉煤灰中的氧化物与水　

形成络合物，离解后在固相表面形成酸根，不利于　

粉煤灰对磷的吸附。　

而在碱性条件下，溶液中过多的ＯＨ一会与磷　

酸根离子竞争粉煤灰上的活性中心；高ｐＨ值使　

粉煤灰表面富集大量负电荷，静电斥力的影响使　

磷酸根离子不易于接近粉煤灰颗粒表面，导致磷　

的去除率有所下降Ｌ１　］。　

２．３粉煤灰投加量对吸附效果的影响　

在室温和中性条件下，取１００ｍＬ磷初始浓度　

为１．０ｍｇ／Ｌ水样，粉煤灰投加量在２～１０ｇ／Ｌ范　

围内变化，振荡３０ｍｉｎ，静置后离心，然后取上清　

液测定计算磷的去除率，结果如图３所示。由图　

３可知，随着投加量增量，去除率呈增加的趋势，　

当粉煤灰投加量为５ｇ／Ｌ时，磷的去除率达到　

９８　以上。继续增加投加量时，磷的去除率增加　

缓慢。　

吸附剂浓腹／ｍｇ．Ｌ－‘　

图３粉煤灰投加量对吸附效果的影响　

对于给定浓度的污水厂尾水，磷的去除率随　

着粉煤灰投加量的增大而增大，粉煤灰的吸附达　

到饱和时，继续增加粉煤灰的量时，污染物吸附量　

增加缓慢，此时由于吸附剂的量相对于吸附质来　

说是过量的，不能被充分利用，产生了空余的活性　

物质【＝ｌ＝｛］。　

２．４　吸附时间对吸附效果的影响　

吸附时问也是影响粉煤灰的吸附效果主要参　

数，在室温和中性条件下，向１００ｍＬ磷初始浓度　

为１．０ｍｇ／Ｌ水样中投加０．５ｇ粉煤灰，振荡，每　

间隔１０ｍｉｎ取样，测定计算磷的去除率，实验结　

｛Ｈ删，１ｎｉ１１　

图４吸附时间对吸附效果的影响　

由图４可知，吸附时间从１０ｍｉｎ增加至　

３０ｍｉｎ，磷的去除率从８７．４５％提高到９８．０７　，而　

随吸附时问进一步增加，磷的去除率增加缓慢。　

改性后粉煤灰基本以大孔径为主，在持续震荡下，　

污染物能较快地在大孔隙内扩散；随时间的增加，　

污染物可由大孔径扩散Ｎ４，￣Ｌ径的孔隙。达到吸　

附平衡后，在增加吸附时间对磷的去除率影响　

不大。　

２．５吸附温度对吸附效果影响　

为考察吸附温度对粉煤灰吸附过程的影响，　

取磷浓度为１．０ｍｇ／Ｌ水样１００ｍＬ，加入０．５ｇ改　

性粉煤灰吸附剂，中性条件下，吸附温度设定为　

２０℃，２５】Ｃ，３０℃，３５℃，４Ｏ℃，振荡３０ｍｉｎ，取上清　

液测定计算磷去除率，如图５所示。　

瀣艘／‘℃　

图５吸附温度对吸附效果的　

由图５可知，随着吸附温度增加，粉煤灰对磷　

的去除率先增加后减小，在吸附温度为３０℃，磷　

的去除率为９８．１９　９／６，当吸附温度升至４０￣Ｃ时，磷　

的去除率降至９２．５３　。可能由于温度升高促进　

了离子的扩散，从而促进了磷的去除［１　４１］。吸附过　

程可分为物理吸附和化学吸附，物理吸附没有选　

择性，为多层吸附，是一个放热的过程，吸附热较　

小，在低温条件下即可进行．而化学吸附为选择性　

９４　安徽建筑工业学院学报（自然科学版）　第１９卷　

吸附，主要为单层吸附，同样也为放热过程，但化　

学吸附效果的显现需要一定的温度条件［１５，１６］。　

２．６吸附等温线　

参考文献　

１陈有治，丁庆军，徐瑛，等。粉煤灰的改性及应用研　

吸附等温线描述的是在恒定温度下平衡吸附　

量与平衡浓度之间的关系曲线。将０．５ｇ改性粉　

煤灰加入ｌＯＯｍＬ不同浓度的水样中，在室温和中　

性条件下振荡，静置，取上清液离心，取样测定磷　

究．武汉理工大学学报，２００１，２３（１１）：１９—２３．　

２　Ｄｅｎｎｉｓ　Ｇ　Ｇ，Ｇｕｉｍａｒａｅｓ　Ｍ　Ｓ，Ｖａｌｅｎｃｉａ　Ｒ　Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　

ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　３ｎ　ａｃｉｄｉｃ　ｔｙｐｅ　Ｆ　ｆｌｙ　ａｓｋ　Ｊｏｕｒｎａｌ　

ｏｆ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０００，７６（８）：２１７—２３６．　

３　Ｂａｙａｔ　１３．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　

的平衡质量浓度和粉煤灰的平衡吸附量。对实验　

ｏｆ　Ｔｕｒｋｉｓｈ　ｆｌｙ　ａｓｈｅｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，　

结果进行Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温模型拟合ｌ＿１　。　

２００２，９５（６）：２７５—２９０．　

Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温式：　

４丁益，任启芳．粉煤灰活化处理技术与应用进展　

１　

ｌｇｑ　一ｌｇｋ＋￣－

］．安徽建筑工业学院学报，２００９，１７（３）：７２—７５．　

，‘　

Ｉｇｃ　（３）　

［Ｊ

５章璨嵩，于少明．由膨润土合成介孑Ｌ分子筛及其吸附　

式中：ｋ、　，为常数；　

性能研究［Ｊ］。安徽建筑工业学院学报，２００９，１７（５）：１２　

将得到的实验数据按上式进行线性拟合得到　

—

１６．　

吸附等温线如图６所示。由图６可知，１／ｎ一　

６韩怀强，蒋挺大．粉煤灰利用技术．北京：化学工业出　

０．３０４４，ｌｇｋ—Ｏ．４８５８，由于１／ｎ值在０．１～０．５之　

版社，２００１．　

间，说明改性粉煤灰对磷具有较好的吸附能力。　

７郑宾国，刘军坛，崔节虎，等．粉煤灰在我国废水处理　

经计算的相关系数Ｒ＝０．９９１，表明粉煤灰对磷的　

领域的利用研究．水资源保护，２００７，２３（３）：３６—３　８．　

吸附符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ公式。　

８　ＵｇｕｒｌｕＡ，ＳａｌｍａｎＲ．Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｂｙ　ｆｌｙ　ａｓｈ．　

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９８，２４（８）：９１１—９１８．　

１．　

０．　

９国家环境保护总局．ＧＢ　１１８９３—８９．水质总磷的测定：　

０．　

钼酸铵分光光度法．１９８９．　

０一　

１ｏ张文艺，翟建平，李琴．粉煤灰吸附法处理污水机　

吕０．　

０　

理．粉煤灰综合利用，２００６，２：５４—５６．　

－

０　

１ｌ何水清．粉煤灰处理废水的机理与应用．中国资源综　

—

０　

合利用，２００１，６：１３—１５．　

０　

１２　Ｃｈｅｎ　Ｊ，Ｋｏｎｇ　Ｈ，ＷｕＤ，ＣｈｅｎＸ，Ｚｈａｎｇ　Ｄ，ＳｕｎＺ．　

Ｏ　

５　

Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｂｙ　

ｌｇｃ　

ｆｌｙ　ａｓｈｅｓ　ｉｎ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｊ　Ｈａｚａｒｄ　

图６吸附等温线　

Ｍａｔｅｒ　２００７；１３９：２９３－－３００．　

３结　论　

１３赵振国．吸附作用原理［Ｍ］．北京：化学工业出版　

社，２００５．　

（１）利用２ｍｏｌ／Ｌ的硫酸与４ｍｏｌ／Ｌ盐酸按体　

１４　闫春燕，伊文涛．改性粉煤灰处理含磷废水的探索研　

积比（１：１）混合酸对粉煤灰进行改性，能够显著　

究．非金属矿，２００９，３２（６）：６１—６４．　

提高粉煤灰对磷的吸附能力。　

１５　近藤精一，石川达雄，安部郁夫（著），李国希（译）．吸　

（２）在室温下，粉煤灰的投加量为５　Ｌ，溶液体　

附科学．北京：化学化工出版社，２００５．　

系ｐＨ值６～８，对污水厂尾水磷浓度１．０　ｍｇ／Ｌ左右　

１６韩德刚，高盘良化学动力学基础［Ｍ］．北京：北京大　

的水样，振荡３０ｒａｉｎ后，磷的去除率达９８　以上。　

学出版社，１９８７．　

（３）对该吸附过程的吸附等温线研究表明，经　

１７　Ｎａｄｉａ　Ｒｏｏｓｔａｅｉ，Ｆ．Ｈａｎｄａｎ　Ｔｅｚｅ１．Ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｐｈｅ—　

酸改性后的粉煤灰对磷的吸附符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ　

ｎｏｌ　ｆｒｏｍ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｂｙ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ．Ｅｎ—　

ｖｉｒｏｎ．Ｍａｎａｇｅ，２００４：７０，１５７—１６４．　

公式。