焦化廢水是在生產(chǎn)焦炭、煤氣、焦油及其他焦化產(chǎn)品的過程中產(chǎn)生的以含酚為主的高濃度有機(jī)廢水，需經(jīng)預(yù)處理、生化處理和深度處理后才能達(dá)標(biāo)排放〔1〕。吸附法能有效地去除廢水中的多種污染物，處理后出水水質(zhì)好且較穩(wěn)定〔2〕。

硅酸鈣是粉煤灰經(jīng)提取高鋁粉后產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物，其顯微結(jié)構(gòu)呈蜂窩狀、層狀、卷曲層狀，因微粒內(nèi)部及表面孔隙發(fā)育的特點〔3〕，其對污染物具有一定的吸附性能。但直接用硅酸鈣吸附污染物存在吸附容量有限、處理成本較高等問題。研究表明，硅酸鈣經(jīng)改性后，其吸附性能可以提高，但有的改性方法在提高吸附效果的同時也加大了水處理成本。

S. Wang 等〔4〕通過超聲波與堿共同作用對粉煤灰進(jìn)行改性處理后，與未改性的粉煤灰相比，其對亞甲基藍(lán)的吸附能力從0.006 mmol/g 提高到0.012mmol/g。筆者利用超聲波空化作用所引發(fā)的能量效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)對硅酸鈣進(jìn)行改性使其結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，以提高其吸附能力，并研究了其對焦化廢水的吸附效果。

1 材料與方法
 
1.1 實驗材料
 
實驗所用硅酸鈣（CaSiO3）由內(nèi)蒙古大唐國際再生資源開發(fā)有限公司提供。

實驗用水取自某焦化廢水處理廠生化出水，其pH 6.87~7.66，COD 120~200 mg/L，NH3-N 100~150mg/L。

1.2 實驗設(shè)備
 
752N 紫外分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司；HY-B2 回旋振蕩器，常州國華電器有限公司；pHS-3C 型酸度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SK2210LHC 超聲清洗器，上海科導(dǎo)超聲儀器有限公司。

1.3 改性硅酸鈣的制備方法
 
將硅酸鈣研磨過0.15 mm（100 目）分樣篩后，取一定量的硅酸鈣與水按照一定的固液比混合均勻，置于超聲波清洗器中，在一定頻率、超聲功率及水浴溫度的條件下，超聲振蕩一段時間后，抽濾、烘干，研磨過0.15 mm 分樣篩，即制得超聲波改性硅酸鈣。

1.4 實驗方法
 
在室溫下，稱取一定量的改性硅酸鈣于盛有100 mL 廢水的錐形瓶中，于150 r/min 的條件下振蕩一定時間后，靜置，取濾液進(jìn)行COD 及NH3-N 的測定。其中COD 的測定采用重鉻酸鉀法，NH3-N 的測定采用納氏試劑分光光度法。

2 結(jié)果與分析
 
2.1 影響因素的討論分析
 
2.1.1 投加量對吸附效果的影響
 
依次稱取0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50 g 改性硅酸鈣于9 個盛有100 mL 廢水的錐形瓶中，置于振蕩器上振蕩60 min，靜置，過濾，取濾液進(jìn)行COD 及NH3-N 的測定，并計算去除率。為了對比硅酸鈣改性前后對污染物的吸附效果，同時取硅酸鈣進(jìn)行上述實驗，結(jié)果見圖 1。

圖 1 投加量對COD 及NH3-N 去除率的影響

由圖 1 可知，隨著改性硅酸鈣投加量的增加，COD 及NH3-N 的去除率均呈先增大后減小的現(xiàn)象，并在投加質(zhì)量濃度為17.5 g/L 時，對COD、NH3-N去除率達(dá)到最大，其中COD 去除率為43.93%，NH3-N去除率為65.87%，但之后隨著投加量的增加，COD及NH3-N 去除率均呈下降趨勢，這可能是由于改硅酸鈣投加量的增加使水樣性質(zhì)變化，不利于其對COD 的吸附。另外吸附劑顆粒之間會發(fā)生頻繁的碰撞，不利于吸附劑吸附溶液中的氨氮，從而使吸附效果降低〔5〕。因此，改性硅酸鈣的最佳投加質(zhì)量濃度為17.5 g/L。在相同投加量下，改性硅酸鈣對COD 的去除率均高于硅酸鈣的對應(yīng)值，其中改性后的硅酸鈣對NH3-N 的去除率比未改性時提高約1 倍。說明經(jīng)超聲波改性后，NH3-N 易與吸附劑上的活性位點結(jié)合而被吸附。

2.1.2 振蕩時間對吸附效果的影響
 
取8 個錐形瓶，分別加入1.75 g 改性硅酸鈣、100 mL 廢水，于振蕩器上分別振蕩15、30、45、60、75、90、105、120 min，靜置，過濾，取濾液進(jìn)行COD及NH3-N 的測定，并計算去除率。為了對比硅酸鈣改性前后的吸附效果，取硅酸鈣進(jìn)行上述實驗，結(jié)果見圖 2。

圖 2 振蕩時間對COD 及NH3-N 去除率的影響

由圖 2 可知，隨著振蕩時間的延長，改性硅酸鈣對COD 及NH3-N 的去除率均呈先增加后減少的趨勢。并在振蕩時間為60 min 時，對COD 及NH3-N的去除率達(dá)到最大，分別為44.87%、68.34%。振蕩60~120 min 時COD 及NH3-N 的去除率均出現(xiàn)下降趨勢，其原因可能是發(fā)生了解吸，因此，確定最佳振蕩時間為60 min。同時，改性后的硅酸鈣提前15 min達(dá)到吸附平衡，可能是因改性后硅酸鈣上的比表面積增大、活性位點增多〔6〕，從而加快了吸附速率，縮短了吸附平衡時間。

2.1.3 廢水pH 對吸附效果的影響
 
分別取100 mL 水樣于8 個250 mL 的錐形瓶中，將水樣的pH 用濃度為1 mol/L 的NaOH 或分別調(diào)至3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，然后向錐形瓶中均投入1.75 g 的改性硅酸鈣，置于振蕩器上振蕩60 min，靜置，過濾，取濾液進(jìn)行COD及NH3-N 的測定，并計算去除率。為了對比硅酸鈣改性前后對污染物的吸附效果，取相同質(zhì)量的硅酸鈣進(jìn)行上述實驗，結(jié)果見圖 3。

圖 3 pH 對COD 及NH3-N 去除率的影響  

由圖 3可知，pH 在3~10 范圍內(nèi)，改性硅酸鈣的COD 及NH3-N 的去除率均呈先增大后減小的趨勢，其中當(dāng)pH 為6~8 時，改性硅酸鈣的COD 去除率為37.77%~42.44%，增加較為穩(wěn)定，說明中性偏堿性的條件，利于改性硅酸鈣對COD 的吸附。

當(dāng)pH=7 時，改性硅酸鈣的NH3-N 去除率達(dá)最大，為68.84%，這是因為pH 較低時，溶液中的H+濃度比較高，氨氮主要以NH4+形式存在，改性硅酸鈣表面所提供的吸附活性位點被H+占據(jù)，影響對NH4+的吸附能力； 而在堿性的條件下，NH3-N 以游離氨的形式存在，可能是改性后硅酸鈣的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化使其不易吸附游離氨所致。

綜上，單因素實驗表明，改性硅酸鈣對焦化廢水的最優(yōu)吸附條件為： 改性硅酸鈣投加質(zhì)量濃度為17.5 g/L，振蕩時間為60 min，pH=7。

2.2 正交實驗
 
按L9（33）設(shè)計正交實驗，因素水平表及試驗結(jié)果見表 1、表 2。

由表 2 中的極差值R 可以看出，3 個因素的影響大小依次是： 振蕩時間>pH>改性硅酸鈣投加量；正交試驗表明，改性硅酸鈣對焦化廢水的最優(yōu)吸附條件為：改性硅酸鈣投加質(zhì)量濃度為20.0 g/L，振蕩時間為45 min，pH=6。

2.3 對比實驗
 
根據(jù)正交實驗結(jié)果，分別稱取2.0 g 改性硅酸鈣、硅酸鈣、粉煤灰、活性炭于4 個250 mL 的錐形瓶中，然后向錐形瓶中均加入100 mL 焦化廢水生化出水，振蕩45 min 后，靜置，過濾，取濾液進(jìn)行COD 及NH3-N 的測定，并計算去除率，結(jié)果見圖 4。

圖 4 不同吸附劑吸附效果對比

由圖 4 可知：在相同的實驗條件下，改性硅酸鈣的吸附性能明顯高于硅酸鈣、粉煤灰，對氨氮的去除率高于活性炭，對COD 的去除率低于活性炭。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論
 
（1）超聲波改性可明顯提高硅酸鈣的吸附性能，單因素實驗結(jié)果表明，投加質(zhì)量濃度為17.5 g/L 時，改性硅酸鈣對COD 與NH3-N 的去除效果最好；在振蕩時間為60 min 時達(dá)到吸附平衡； 在保持原水pH 的情況下，有利于改性硅酸鈣對COD 與NH3-N的吸附。

（2）在單因素實驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交實驗以確定最佳的吸附操作條件。實驗結(jié)果表明，在改性硅酸鈣投加質(zhì)量濃度為20.0 g/L，振蕩時間為45 min；pH=6 的條件下，COD 與NH3-N 的去除率分別為41.16%、66.16%。

（3）在相同的實驗條件下，將改性硅酸鈣、硅酸鈣、粉煤灰及活性炭進(jìn)行對比試驗。結(jié)果表明，改性硅酸鈣的吸附性能明顯高于硅酸鈣、粉煤灰，對氨氮的去除率高于活性炭，對COD 的去除率低于活性炭。