粉煤灰是燃煤電廠粉煤燃燒排放的廢棄物，目前我國(guó)每年的排放量已超過(guò)2×108 噸。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和電力發(fā)展速度的加快，粉煤灰的產(chǎn)量還將持續(xù)增加。粉煤灰以其獨(dú)特的物理化學(xué)特性以及低廉的價(jià)格，在水處理方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。粉煤灰中含有較多的活性氧化鋁和氧化硅等，具有較強(qiáng)的吸附能力，可應(yīng)用于廢水的處理。但粉煤灰吸附容量不高，對(duì)其進(jìn)行改性使其更適于廢水處理就顯得非常必要，因此近年來(lái)的研究多圍繞粉煤灰的改性方法展開(kāi)。筆者對(duì)粉煤灰在廢水處理中的應(yīng)用及粉煤灰的改性方法進(jìn)行了總結(jié)，指出了粉煤灰在廢水處理中存在的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

一、粉煤灰的物化特性及吸附機(jī)理

粉煤灰是一種多孔性松散固體集合物，其主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO 等。它的形成過(guò)程與活性炭的制作過(guò)程有相似之處，因此其顆粒的形態(tài)和表面結(jié)構(gòu)與活性炭相似，具有多孔性和較大的比表面積，孔隙率一般為60%~75%，比表面積可達(dá)2 700~3 500 cm2/g。粉煤灰在廢水處理中應(yīng)用的主要機(jī)理為吸附，其中也包括接觸絮凝、中和沉淀和過(guò)濾攔截等協(xié)同作用。粉煤灰中存在Al、Si 等活性點(diǎn)，使其可與吸附質(zhì)通過(guò)化學(xué)鍵或離子鍵結(jié)合發(fā)生化學(xué)吸附作用，這是粉煤灰處理廢水的主要機(jī)理。

二、粉煤灰在廢水處理中的應(yīng)用

1. 粉煤灰的改性

粉煤灰的改性主要是對(duì)粉煤灰進(jìn)行物理的或化學(xué)的處理，以改變粉煤灰表面和微孔的粗糙度，增加比表面積，提高其吸附性能。粉煤灰的改性方法采用較多的有：酸改性、堿改性、鹽改性。

將粉煤灰用1 mol/L 的H2SO4 溶液于50℃下處理24小時(shí)，然后用蒸餾水進(jìn)行多次洗滌，過(guò)濾，將過(guò)濾后的粉煤灰于105℃下烘干20小時(shí)，再將粉煤灰過(guò)450~700 目的分離篩，最終得到硫酸改性的粉煤灰。結(jié)果表明，改性后的粉煤灰與改性前的相比，比表面積和吸附容量均得到提高。對(duì)粉煤灰進(jìn)行堿改性，顆粒表面的SiO2 可發(fā)生化學(xué)解離而產(chǎn)生可變電荷，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(lái)石及非晶狀玻璃相熔融，從而提高活性。采用水熱法以NaOH 對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改性后的粉煤灰比表面積增加了8倍，陽(yáng)離子交換能力也較原粉煤灰有了進(jìn)一步提高。對(duì)粉煤灰進(jìn)行鹽改性，主要是將含有Al3+和Fe3+的溶液與粉煤灰浸泡一段時(shí)間后過(guò)濾、洗滌、烘干，即得改性后的粉煤灰。采用Al(NO3)3 溶液對(duì)粉煤灰進(jìn)行浸泡得到了改性的粉煤灰。結(jié)果表明，改性后的粉煤灰對(duì)銅具有較強(qiáng)的吸附性能。

用高分子絮凝劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性可改變其顆粒表面的帶電性質(zhì)，提高對(duì)陰離子型污染物的吸附電中和能力。采用聚二甲基二烯丙基氯化銨對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性。結(jié)果表明，改性粉煤灰對(duì)有機(jī)分子的吸附能力和離子交換能力都得到了增強(qiáng)，對(duì)染料分子的去除能力比未改性的粉煤灰高出12.5%。粉煤灰和沸石在組成上的相似為粉煤灰轉(zhuǎn)化成沸石提供了可能，用粉煤灰合成的沸石的比表面積比粉煤灰增大很多，去除水中污染物的性能也相應(yīng)增強(qiáng)。對(duì)以水熱合成法、堿融法粉煤灰沸石合成工藝進(jìn)行探討。結(jié)果表明，堿融法合成的沸石對(duì)Cr6+的去除效果優(yōu)于水熱合成法合成的沸石，前者對(duì)Cr6+的去除率可達(dá)90%以上。

2. 改性粉煤灰在廢水處理中的應(yīng)用

(1)改性粉煤灰處理重金屬離子廢水

目前處理含重金屬離子廢水的方法中，吸附法是一種簡(jiǎn)單有效的處理技術(shù)。粉煤灰因其價(jià)格低廉，已被廣泛地應(yīng)用于處理低濃度重金屬離子廢水。粉煤灰呈堿性，與水結(jié)合時(shí)pH 在10~13 之間，其表面帶負(fù)電荷，因此可通過(guò)沉淀或靜電吸附去除水中的重金屬離子。

采用鐵屑+粉煤灰的微電解法對(duì)高Cr地下水進(jìn)行處理。該工藝?yán)梅勖夯抑械奶颗c鐵組成原電池，其中粉煤灰中的炭粒充當(dāng)陰極，鐵充當(dāng)陽(yáng)極。鐵將地下水中的Cr6+還原成Cr3+，而鐵則轉(zhuǎn)變成Fe2+。鐵離子具有絮凝作用，能夠達(dá)到很好的凈化效果。利用粉煤灰去除市政固體廢物濾出液中的重金屬離子，結(jié)果表明，其具有很好的去除效果。

(2)改性粉煤灰處理染料和含酚廢水

染料廢水是目前難處理的工業(yè)廢水之一。其特點(diǎn)是廢水量高，有機(jī)物濃度大，難生物降解。用鹽酸對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，作為實(shí)驗(yàn)廢水中亞甲基藍(lán)的吸附劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其對(duì)亞甲基藍(lán)的去除效果很好。用0.5 mol/L 的HCl 對(duì)吸附后的粉煤灰進(jìn)行再生實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，再生粉煤灰對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率仍能達(dá)到96%左右。以鈦白粉廢酸與粉煤灰為原料研制粉煤灰基混凝劑，并將其用于印染廢水的混凝和吸附處理。結(jié)果表明，廢水的化學(xué)需用量和色度去除率分別達(dá)到80.4%和91.6%。

酚類化合物是重要的化工原料，大多具有高毒性，能致癌、致突變，而且難以生物降解?？疾觳煌瑮l件下粉煤灰對(duì)水溶液中苯酚的吸附去除效果。結(jié)果表明：水溶液中苯酚的初始濃度對(duì)去除效果有一定的影響。當(dāng)苯酚初始質(zhì)量濃度由100 mg/L 增加為700 mg/L 時(shí)， 其去除率也由95.6%增大為98.1%。在pH 為8、接觸時(shí)間為2 小時(shí)的條件下，可以達(dá)到很好的去除效果。

(3)改性粉煤灰處理含磷廢水

用亞鐵離子對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，并研究改性后的粉煤灰對(duì)磷的吸附行為。結(jié)果表明，粉煤灰用適量亞鐵離子改性后對(duì)磷的吸附能力有較大改善。溫度是影響吸附效果的重要因素，在30 ~50 ℃內(nèi)，溫度的升高有利于磷的吸附。100 mL含磷50 mg/L 的溶液投加改性粉煤灰的質(zhì)量分別為2.5、3.5g 時(shí)，其對(duì)磷的吸附率分別達(dá)98%、99%以上。加入磷酸鹽后，粉煤灰懸浮液的pH 和鈣離子的濃度均有所降低，對(duì)比吸附前后粉煤灰的X射線衍射圖，發(fā)現(xiàn)后者的譜圖中有磷酸鈣的晶形，進(jìn)一步證實(shí)了利用粉煤灰去除磷酸鹽的主要機(jī)理是形成了磷酸鈣沉淀。

(4)改性粉煤灰在其他廢水處理中的應(yīng)用

改性粉煤灰在含氟、含油、造紙廢水等領(lǐng)域也有應(yīng)用。以粉煤灰作為吸附材料對(duì)含氟廢水進(jìn)行處理。結(jié)果表明，在最佳處理?xiàng)l件下去除率可達(dá)到94%以上。對(duì)改性粉煤灰吸附處理含油廢水進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，廢水中油的去除率在96%以上，改性粉煤灰對(duì)油的吸附符合Freundlich 模型。

3. 聯(lián)合處理廢水

(1)改性粉煤灰與芬頓法的聯(lián)合

芬頓(Fenton)試劑是指由H2O2 和Fe2+所配成的混合溶液，具有極強(qiáng)的氧化能力。Fenton 試劑處理廢水具有處理效率較高、不易造成二次污染且容易控制等優(yōu)點(diǎn)。用粉煤灰和Fenton 試劑聯(lián)合的方法處理羅丹明B廢水。結(jié)果表明，單獨(dú)使用粉煤灰只能去除54%的羅丹明B，而將二者結(jié)合起來(lái)，在酸性條件下，2 分鐘內(nèi)羅丹明B的去除率即可達(dá)97%，30分鐘內(nèi)化學(xué)需氧量的去除率為72%。

(2)改性粉煤灰與生化法的聯(lián)合

粉煤灰與生化方法聯(lián)合使用，可用于處理焦化廢水。粉煤灰可以將廢水中不能被生物降解的污染物吸附下來(lái)，從而使生化處理的效果顯著提高。對(duì)粉煤灰催化鐵生物耦合工藝處理某高濃度焦化廢水進(jìn)行初步試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置為自行設(shè)計(jì)，研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰催化鐵工藝可以較好地和生物法耦合，去除難降解的有機(jī)大分子物質(zhì)，并對(duì)化學(xué)需氧量和氨氮的去除做出了較大貢獻(xiàn)，耦合工藝對(duì)二者的去除率最高分別達(dá)89.6%、74.9%。

粉煤灰作為一種新型、略經(jīng)預(yù)加工處理的吸附劑，其原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，并具有以廢治廢、節(jié)約資源和經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而粉煤灰在廢水處理方面的應(yīng)用還存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究。

(1)采用不同的物理和化學(xué)方法對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性以提高其吸附性能，開(kāi)發(fā)適應(yīng)范圍較廣、處理效果較好、污泥產(chǎn)率較低的改性粉煤灰，對(duì)其生產(chǎn)方案的研究也有待進(jìn)一步深入。

(2)加大對(duì)粉煤灰中重金屬元素浸出特性研究。粉煤灰中含有多種微量有害重金屬元素， 將粉煤灰應(yīng)用于水處理， 這些重金屬元素的浸出會(huì)帶來(lái)新的污染， 粉煤灰中有害元素含量及影響其溶出的因素等已成為人們關(guān)注的問(wèn)題。

(3)粉煤灰作為吸附劑，處理一段時(shí)間后，其吸附性能達(dá)到飽和。對(duì)飽和粉煤灰進(jìn)行再生能夠有效降低成本，并且減少不必要的資源浪費(fèi)。采用何種方法進(jìn)行粉煤灰再生主要取決于吸附物質(zhì)的性質(zhì)。如何高效再生吸附飽和的粉煤灰以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理利用，已成為粉煤灰工業(yè)中必須重點(diǎn)解決的問(wèn)題，同時(shí)亦是國(guó)內(nèi)外研發(fā)的熱點(diǎn)。

(4)利用粉煤灰合成沸石已有多年歷史，在其制備方法、產(chǎn)品表征和應(yīng)用方面已經(jīng)進(jìn)行了大量的探索性研究工作。但對(duì)沸石的基礎(chǔ)性和實(shí)用性方面的研究還有很多工作要做。

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