據(jù)統(tǒng)計(jì)我國燃煤電廠每年排放的粉煤灰總量逐年增加，截止到2010年已達(dá)2億多t，而約60%的粉煤灰堆放于灰場，給我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力。國內(nèi)外試驗(yàn)研究證明，粉煤灰能夠廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)廢水的處理，對重金屬離子、磷酸根離子、有機(jī)物、懸浮物、油類及色度等都有較好的去除效果。

印染廢水是一類較難處理的工業(yè)廢水，它色度高，無機(jī)化合物種類多。本研究從特定的直接紫-N染料廢水展開研究，從粉煤灰形態(tài)結(jié)構(gòu)、活性等微觀機(jī)理上研究粉煤灰利用處置的資源與環(huán)境屬性，為印染廢水處理和粉煤灰綜合利用提供新的途徑。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法
 
1.1 實(shí)驗(yàn)材料與主要儀器
 
本研究所用粉煤灰取自內(nèi)蒙古包頭電廠，顏色為灰白色。實(shí)驗(yàn)前，先將粉煤灰經(jīng)過0.125 mm的篩子，然后放入烘箱中烘干備用。取一定質(zhì)量的粉煤灰和一定濃度的改性劑溶液按一定比例混合，常溫條件下攪拌反應(yīng)活化，活化后的粉煤灰烘干，即制得實(shí)驗(yàn)所用的改性粉煤灰。染料為工業(yè)用直接紫-N 染料。

主要儀器：球形冷凝管、電熱板或電爐、滴定管、六聯(lián)攪拌器、分析天平、烘箱、分光光度計(jì)等。

處理的廢水是實(shí)驗(yàn)室配制的模擬直接紫-N印染廢水。染料質(zhì)量濃度為0.2 g/L，廢水中NaCl質(zhì)量濃度為0.02 g/L，COD 164 mg/L，SS 90 mg/L，色度 2 048倍。本實(shí)驗(yàn)中用分光光度計(jì)測量直接紫-N染料廢水的吸光度，獲得最大吸收波長為570 nm。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法
 
本實(shí)驗(yàn)通過選取最佳的改性試劑和改性時(shí)間對粉煤灰進(jìn)行改性，利用改性活化粉煤灰對直接紫-N廢水進(jìn)行處理，通過對色度的去除率選取最佳的單一變量條件，最后對處理后的廢水測其COD、SS的去除率。通過試驗(yàn)，研究了廢水的最佳pH、粉煤灰的最佳投加量、最佳攪拌時(shí)間、吸附時(shí)間和灰水比對吸附效果的影響。經(jīng)過預(yù)實(shí)驗(yàn)，確定用φ（HCl）∶ φ（H2SO4）=1∶3的混酸對粉煤灰進(jìn)行改性，改性時(shí)間為2 h，色度去除率可達(dá)99%以上。后續(xù)試驗(yàn)中均使用混合酸對粉煤灰改性。

2 結(jié)果與討論
 
2.1 pH對染料廢水處理效果的影響
 
取500 mL容量燒杯7只，各加入400 mL的模擬染料廢水，每只燒杯中加入5 g改性后粉煤灰。用HCl和NaOH分別將廢水的pH調(diào)至 2、4、6、8、10、12、14。將燒杯放到攪拌器上攪拌，攪拌過程分為三個(gè)階段，第一階段轉(zhuǎn)速為250 r/min，攪拌時(shí)間為 1.5 min；第二階段轉(zhuǎn)速為150 r/min，攪拌時(shí)間為 5 min；第三階段轉(zhuǎn)速為100 r/min，攪拌時(shí)間為 20 min。攪拌完成后將燒杯依次放在桌面上靜置10 min，最后測定廢水的吸光度，計(jì)算色度去除率，確定最佳pH范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 1。

 pH可影響染料在廢水中的溶解，還影響粉煤灰表面帶電情況，從而影響粉煤灰對染料的脫色效果。由圖 1可知，在pH為6~8時(shí)，脫色率變化不大；當(dāng)pH>8后，脫色率下降；當(dāng)pH＜6時(shí)，脫色率增加。染料在水溶液中一般以陰離子形式存在，在堿性條件下，一方面染料陰離子在粉煤灰表面競爭吸附，另一方面由于粉煤灰表面帶有大量負(fù)電荷，產(chǎn)生了靜電斥力，妨礙了染料陰離子吸附。本研究中，當(dāng)pH≤2時(shí)，色度去除率可達(dá)99％以上。

2.2 改性粉煤灰投加量對染料廢水處理效果的影響
 
取500 mL容量燒杯8只，各加入400 mL的模擬染料廢水，分別加入粉煤灰0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 g并調(diào)節(jié)廢水的pH至2。將燒杯放到攪拌器上按2.1中的攪拌過程攪拌后靜置10 min，最后測定廢水的吸光度，計(jì)算色度去除率，選出效果最佳的粉煤灰的投加量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 2。

 由圖 2可以看出，一開始隨著粉煤灰用量的增加，脫色率快速增加。但當(dāng)粉煤灰投加質(zhì)量大于2.5 g后脫色率反而有所下降。這可以理解為此時(shí)的粉煤灰加入量正好用來吸附廢水中的有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)了完全的吸附，再加入更多的粉煤灰反而使得沒有完全進(jìn)行吸附的那部分粉煤灰影響了廢水的吸光度，從而降低了脫色率。本實(shí)驗(yàn)中，粉煤灰投加質(zhì)量從2.0 g提高到2.5 g時(shí)，色度去除率基本保持不變，而從經(jīng)濟(jì)的角度來看，選擇2.0 g為最佳投加質(zhì)量，即改性粉煤灰的最佳投加質(zhì)量濃度為5 g/L。

2.3 改性粉煤灰投加量對染料廢水處理效果的影響
 
取500 mL容量燒杯7只，各加入400 mL的廢水，調(diào)節(jié)廢水的pH至2，粉煤灰投加質(zhì)量為2.0 g。根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，控制第一階段轉(zhuǎn)速為250 r/min，攪拌時(shí)間為1.5 min，第二階段轉(zhuǎn)速為150 r/min，攪拌時(shí)間為5 min，第三階段轉(zhuǎn)速為100 r/min，改變這一階段攪拌時(shí)間分別為0、5、10、15、20、25、30 min。攪拌完成后靜置10 min，測定廢水吸光度，計(jì)算色度去除率，選出效果最佳的攪拌時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 3。

 從圖 3可以看出，當(dāng)?shù)谌�階段的攪拌時(shí)間為 20 min時(shí)，脫色率達(dá)到了最高。如果攪拌的時(shí)間過長，會(huì)破壞已經(jīng)形成的絮體，使得廢水變得渾濁，懸浮物增加，從而影響廢水的污染物去除。

2.4 靜置時(shí)間對染料廢水處理效果的影響
 
取500 mL容量燒杯6只，各加入400 mL的廢水，在每只燒杯中分別加入2.0 g的粉煤灰，并將廢水的pH調(diào)至2。攪拌完成后分別靜置0、10、20、30、40、50 min，最后測定廢水的吸光度，計(jì)算色度去除率，得出最佳靜置時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 4。

 隨著靜置時(shí)間的變長，去除率不斷增加，當(dāng)靜止時(shí)間達(dá)到20 min后色度去除率達(dá)到穩(wěn)定。

2.5 最優(yōu)條件下染料廢水處理效果研究
 
實(shí)驗(yàn)通過在單一因素的變化下，確定了每一種影響因素的最優(yōu)條件。在各最優(yōu)條件下，對預(yù)配制模擬廢水進(jìn)行了處理，為了驗(yàn)證處理的效果，對廢水處理后的污染因子進(jìn)行了測定，以評價(jià)廢水的處理效果是否達(dá)到了國家規(guī)定的印染廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

原水和改性粉煤灰處理后的廢水中的COD、SS和色度的去除情況如表 1所示。

由表 1可知，用酸改性活化后的粉煤灰能較好地處理直接紫-N染料廢水。改性粉煤灰對直接紫-N廢水的COD的去除率達(dá)87.8%，處理后的廢水中的COD達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。改性粉煤灰對直接紫-N廢水的脫色效果也十分明顯，去除率達(dá)到了98.4%，處理后的廢水顏色較淺，也達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。而改性粉煤灰對廢水中SS去除率卻較低，只有11%，這主要是因?yàn)橹苯幼?N是可溶性染料，廢水中本身所含SS較少，因此，處理后的廢水中總的SS去除率較低，但溶液中SS的絕對量很少。

3 結(jié)論
 
對于質(zhì)量濃度為0.2 g/L直接紫-N染料溶液，改性粉煤灰的最佳吸附條件是：溶液的pH=2，改性粉煤灰的最佳投加質(zhì)量濃度為5 g/L；溶液的最佳攪拌時(shí)間為三個(gè)過程，第一階段轉(zhuǎn)速為250 r/min，攪拌時(shí)間為1.5 min；第二階段轉(zhuǎn)速為150 r/min，攪拌時(shí)間為5 min；第三階段轉(zhuǎn)速為100 r/min，攪拌時(shí)間為20 min；廢水的最佳靜置時(shí)間為20 min。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

在最佳吸附條件下測得COD為20 mg/L，去除率為87.8％；色度的去除率達(dá)到了98.4%，處理后的廢水顏色較淺，改性粉煤灰對COD和色度的去除率較高。改性粉煤灰處理直接紫-N染料廢水效果顯著，處理后的出水達(dá)到《紡織染整工業(yè)污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4287—1992）要求。