改性粉煤灰对染料吸附的研究 - 图文

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煤灰改性时用酸的种类和浓度、改性粉煤灰投加量、废水pH值值等因素对除磷效果的影响。结果显示，采用2moI/L的硫酸溶液改性粉煤灰时，磷的处理效果最好。在投加量为5g/L，pH值为4～10的范围内，处理后的水均可达标排放。周珊等[23]采用不同的改性方法对粉煤灰进行了处理，并用得到的各种改性粉煤灰处理含油废水。其研究结果表明，在几种所得到的改性粉煤灰中，除油效果最好的是经AlCl3和FeCl3改性的粉煤灰。同时探索了改性粉煤灰处理含油废水时的最佳工艺条件。实验表明改性粉煤灰除油的最佳工艺条件为室温，pH值=10，搅拌时间为30min，灰水的质量比为1：10。在该工艺条件下，改性粉煤灰的除油率为96.36%，达到国家含油废水的一级排放标准。

1.3.2在处理废气中的应用

改性后的粉煤灰不仅可以作为吸附剂处理废水，还可以处理一些废气中的有害物质。蔡志红等

[24]

用粉煤灰为主要原材料，采用三种方法对粉煤灰进行改性，研究

用不同改性方法得到的粉煤灰对空气中甲醛的吸附去除效果，并探讨有关粉煤灰对甲醛的吸附和脱附机理。研究结果表明，三种改性粉煤灰对甲醛的吸附能力由低到高为：水洗粉煤灰，热处理粉煤灰和ZnCl2改性粉煤灰。在温度为25℃，甲醛初始质量浓度为0.41mg／m3，改性粉煤灰用量为1.0g的情况下，其对甲醛的最大去除率达70.48%，远远超过了未改性的粉煤灰对甲醛的最大去除率(30.71%)；ZnCl2改性的粉煤灰经重新活化后可以重复使用，再生实验后的吸附率仍达60%以上。赵毅等[25]利用粉煤灰、石灰和少量的氧化性添加剂制备了含不同添加剂和不含添加剂的高活性吸收剂M（含添加剂M）、N（含添加剂N）和A（不含添加剂）。用模拟烟气，在固定床实验台上同时进行了脱硫脱硝脱汞的实验研究。实验结果显示，吸收剂M的脱硫脱硝和脱汞效率分别为86%，64%和39%；吸收剂N的脱硫脱硝和脱汞效率分别为100%，98%和43%；吸收剂A的脱硫脱硝和脱汞效率分别为84%，0%和18%。具有较好的同时脱硫脱硝和脱汞性能的是粉煤灰吸收剂M和N。

1.3.3在处理污泥中的应用

改性粉煤灰除了作吸附剂处理废水、废气外，还可以在污泥处理中起到助凝剂的作用。郦汇源等[21]降低污泥农用后对土壤和农作物的危害，降低污泥脱水处理成本。利用聚丙烯酰胺(PAM)作为絮凝剂和经硫酸改性的粉煤灰(MFS)作为助凝剂，进行了只投加聚丙烯酰胺和一起投加聚丙烯酰胺、经硫酸改性的粉煤灰的污泥脱水试验。结果表明，加入0.1g的助凝剂经硫酸改性的粉煤灰后，污泥脱水效果得到明显的改善。如此这般可降低污泥农用后对土壤和农作物的危害和污泥脱水处理的成本。

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1.4染料概述

染料是可溶于水或有机溶剂的有机化合物，其在一定介质里，能使纤维或其他物质牢固着色，染料与被染物之前有很强的亲和力。古代的染料取自于动植物。有机化学的一门新学科——染料化学的出现是在1856年Perkin发明第一个合成染料——马尾紫。20世纪50年代。Pattee和StepHen发现含二氯均三嗪基团的染料在碱性条件下与纤维上的羟基发生键合，标志着染料使纤维着色从物理过程发展到化学过程，开创了活性染料的合成应用时期。目前，染料不仅纺织物的印花和染色方面应用广泛，还在塑料、油漆、皮革、纸张、光电通讯、食品等许多部门都得以应用。

染料的分类方法有三种：按来源划分（天然和合成染料）、按化学结构划分、按应用性能划分。染料按其应用性能分为以下几类：

1.直接染料（direct dyes）:范德华力和氢键是该类染料与纤维分子之间相结合的主要作用力，分子中含有的羧基、磺酸基溶于水，在水中以阴离子形式存在，可使纤维直接染色。

2.酸性染料（acid dyes）:在酸性介质中，蛋白纤维分子中的氨基与染料分子内所含的羧基、磺酸基以离子键相结合，酸性染料主要用于蛋白纤维（蚕丝、羊毛、皮革）的染色。

3.分散染料（disperse dyes）:此类染料水溶性较小，染料染色时借助分散剂的作用而呈分散状态从而使疏水性纤维（锦纶、涤纶等）着色。

4.活性染料（reactive dyes）:该染料分子中存在能与纤维分子中的氨基、羟基发生化学反应的基团。通过与纤维分子形成共价键而使纤维着色，所以又称为反应染料。主要用于合成纤维、棉、麻的染色，也应用于蛋白纤维的着色。

5.还原染料（vat dyes）:有可溶和不溶于水两种。不溶性染料染色时在碱性溶液中还原成可溶性，染色时再经过氧化使其在纤维上恢复其不溶性而使纤维着色。可溶性染料作用时则省去还原这一步。该类染料主要用于纤维素纤维的印花和染色。

6.阳离子染料（cationic dyes）:此类染料因在水中呈阳离子状态而得名，用于晴纶纤维的着色，常并入碱性染料类。此外还有冰染染料、缩聚染料、氧化染料、硫化染料等。

1.5染料废水概述

1.5.1染料废水的来源

染料工业污染中尤其以染料废水的污染问题最为突出。近年来，我国每年污水

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排放量达390多亿吨，其中工业污水占51%，而染料废水又占工业废水总排放量的35%，并且还在以1%的速度在逐年的增加着。在染料的应用过程中约有10%～20%的染料随着废水排出，伴随着1t染料的排放就会有20t水体被污染。“三河三湖”中，染料废水对太湖、淮河流域造成的污染状况尤其严重。

染料废水的主要来源是染料及染料中间体的生产企业，由染整过程中排放出的助剂、浆料、染料等物质组成。随着染料工业的迅猛发展，染料废水已成为水体污染中最主要的污染源之一。

1.5.2染料废水的特性和危害

染料废水是较为难处理的工业废水之一，具有水质变化大、色度深和有机污染物含量高的特点。废水中的染料会吸收光线，降低水体透明度，给人们造成视觉上的污染。其中大多数染料为有毒难降解的有机物，带有部分极性基团（—SO3Na，—OH，—NH）和各类显色基团（如—N=N—，—N=O等），大多数是以芳烃和杂环为母体，其化学稳定性强，具有致畸、致癌、致突变作用；直接危害人类健康，还严重破坏水体、土壤及生态环境，造成难以想象的后果。

（1）对农田的污染 染料废水温度高达30～40℃，而土壤微生物和农作物最适生长温度为20～25℃，因此对土壤微生物和农作物将产生不良的影响。染料废水中的悬浮物还会堵塞土壤的孔隙，阻碍农作物根系的呼吸，影响作物的生长。废水中的有毒物质会积累在农作物的根茎和果实中，影响其食用价值。此外，还会对地下水造成污染[26]。

（2）对天然水体的污染 废水色泽深，排入天然水体后，会严重影响水体外观，并且其中所含有的染料能吸收光线，降低水体透明度，严重破坏水体的自然生态链，同时也大大降低了水体的经济价值。同时染料废水所含的大量有机物会迅速消耗溶解在水体中的氧，使河流因缺氧产生厌氧分解，释放出H2S又进一步消耗水体中的溶解氧。当水体中溶解氧大幅度下降时，将威胁水体生物的生存。重金属通常会形成底泥，危害水中动植物的生长[27]。

1.6染料废水处理技术

近几十年来，国内外对染料废水的相关的基础理论及处理工艺进行了大量研究，并取得了一些进展。虽然染料废水的处理方法很多，但普遍存在处理效果差、工艺流程复杂成本高等缺点。染料废水的处理方法大致可分为物理法、化学法、生物法三大类[27]。物理法包括膜分离法、高能物理法、磁分离法、和吸附法。膜分离法是通过孔径筛分作用达到分离、净化、处理的目的。具有操作简单，低能耗，可回收有用物质等的优点；但处理成本相对较高。高能物理法是水在高能射线辐照下产生一系列高活性粒子，使有害物质得到降解的方法。具有有机物的去除率高，操

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作简单，设备占地面积小等的优点；但其设备昂贵，能耗大，能量利用率低，技术要求高，难真正投入实际应用。磁分离法是将废水中微量粒磁化后再分离的方法。吸附法是目前应用比较多且比较有前景的方法，采用多孔状物质的粉末或颗粒与废水混合或使废水通过由颗粒状物质组成的滤床，使废水中染料等物质吸附于多孔物质表面而除去。主要应用于废水的预处理和深度处理，方法简便易行，投资小；但其受吸附材料的价格制约，吸附剂的再生也存在问题。化学法包括臭氧氧化法、光氧化法、混凝法、电化学法。其中臭氧氧化法是指在臭氧的作用下，染料分子中发色基团的不饱和双键由于氧化作用而被断开，形成分子量较小的无机物或有机物。对多数染料有良好的脱色效果；对硫化、还原等不溶于水的染料脱色效果较差，耗电多，大规模推广应用有一定困难。光氧化法包括光催化氧化法和光激发氧化法。此方法无污泥产生，氧化作用剧烈，无二次污染，脱色效率较高；同时电耗和设备投资还有待进一步降低。使污染物等胶粒由于絮凝剂的加入而絮凝成沉淀物被除去的方法是混凝法。该法处理量大，费用低占地面积小，对含疏水性染料的染料废水处理效果好；但对含亲水性染料的染料废水处理效果差，且管理困难，泥渣量大，COD(化学需氧量,表示用强氧化剂把有机物氧化为H2O和CO2所消耗的相当氧量)的去除率低。电化学法是直接或间接利用电解作用，把有毒物质转化为低毒或无毒物质或把水中的污染物去除的方法。此法设备占地少、运行管理简单、对酸性染料废水有较好的处理效果；但对CODcr(用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学耗氧量)高、颜色深的废水处理效果较差。生物法包括厌氧法、好氧法、厌氧好氧结合法。厌氧法是利用利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物的方法。该法提供废水可生化性，去除部分有机物，运行费用较低；但反应速度慢，BOD（好氧微生物在20℃下，经一定天数降解每升水中有机物所消耗的游离氧）和色度去除率低，有机物氧化不完全，处理水质不够稳定。好氧法是利用好氧微生物(包括兼性微生物)来去除废水中的有机物的方法，其对BOD去除效果明显，速度快；但对色度和COD去除率不高，运行费用高，剩余污泥处理量大。厌氧好氧组合法是先由厌氧过程的产酸阶段去除部分较易降解的有机污染物，将较难降解的大分子有机物分解为较简单的小分子有机物，再通过好氧生物处理过程去除。能高效去除废水中的BOD污染物，脱氮除磷，对系统的剩余污泥进行消化；但对色度去除率不高。

吸附法属于物理法的一种，因具有投资费用低、操作简单、对多种染料都有较好的去除效果等优点，在废水处理中占有很大比重。吸附是指用多孔固体（吸附剂）将流体（气体或液体）混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在表面进而达到分离的目的。迄今为止，工业上使用较多的是活性炭吸附剂、煤和炉渣吸附剂、矿物吸附剂、合成无机吸附剂、离子交换树脂吸附剂、天然废料吸附剂[28]等，吸附效果和特点各有不同，随着各种吸附材料的不断引入，吸附处理技术研究的深入，为染料废

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