張聰力 李少冬 馬瑞強(qiáng)

摘 要：本論文以低分子化合物合成技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行以內(nèi)蒙古西部高鋁粉煤灰為原料生產(chǎn)中性無機(jī)絮凝固化劑工藝過程的研究。對實驗室所研制成功的絮凝固化劑的絮凝效果考察結(jié)果表明，在現(xiàn)有廢水處理設(shè)備中的使用效果及處理工藝過程得以優(yōu)化，以中性無機(jī)絮凝劑替代現(xiàn)用的高成本有機(jī)絮凝劑成為可能，完全符合國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。利用絮凝固化劑所得到的處理物進(jìn)行綜合處理后沉淀泥，基本達(dá)到安全農(nóng)田回填增肥、工程基礎(chǔ)建筑等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；廢水處理；絮凝固化劑；開發(fā)利用

1 前言

目前，國家政策約定的重點推廣的粉煤灰應(yīng)用技術(shù)有以下幾個方面：粉煤灰粘土燒結(jié)磚、粉煤灰用于筑路材料、粉煤灰在工程中的使用、粉煤灰混凝土和砂漿材料應(yīng)用于建筑施工、粉煤灰作為生產(chǎn)水泥的原料、選取飄珠和飄珠制品、粉煤灰加氣混凝土、粉煤灰改良土攘、純灰植樹等[1]。這些技術(shù)相對簡單，且用灰量也大，不僅便于推廣使用，而且可以在近期內(nèi)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。此類手段大多是對粉煤灰的低級開發(fā)利用，從環(huán)境保護(hù)意義上來講，對粉煤灰開發(fā)有積極作用，但是，對于粉煤灰開發(fā)利用的附加值較小，且造成一定的二次環(huán)境污染。在當(dāng)今能源緊缺的時代，深度開發(fā)利用粉煤灰意義重大。

2 國際現(xiàn)狀

歐美、日本等發(fā)達(dá)國家的粉煤灰資源化利用比例已經(jīng)達(dá)到了60%以上，這些國家或地區(qū)已經(jīng)基本上實現(xiàn)了粉煤灰資源循環(huán)再利用；此外，廢水處理硬件設(shè)備相當(dāng)完善，只是在衛(wèi)生改良、水環(huán)境改良、湖泊及河流沉積泥漿改良等方面仍在做進(jìn)一步的研究。

中國目前粉煤灰仍以工程用途為主；廢水處理物大部分被風(fēng)干處理、掩埋或流放。此類處理手段都會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。對于粉煤灰總體利用率不足30%的中國，粗放開發(fā)利用對環(huán)境已經(jīng)造成了二次污染，同時回收利用附加值也比較低。伴有相當(dāng)數(shù)量的重金屬離子的粉煤灰的逐年排放與堆積，對有限耕地的保護(hù)、地表水資源的威脅、沙塵的形成等帶來了隱患。

粉煤灰的處理與環(huán)境保護(hù)休戚相關(guān)。雖然國家大力發(fā)展水電、核電，但是燃煤發(fā)電仍占主導(dǎo)地位，而且在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)仍為主要能源。只有將污染防治、廢物處理與資源開發(fā)緊密結(jié)合，才能使排放粉煤灰的電力工業(yè)擺脫面臨環(huán)保法越來越嚴(yán)、粉煤灰處置費用越來越高的困境。這也是本專項立項的基礎(chǔ)。

加之，目前國內(nèi)絮凝法廢水處理主要采用水溶性高分子聚合物-聚丙烯酰胺，但存在成本高、環(huán)境壓力大等缺陷。而日本等發(fā)達(dá)國家對于中性無機(jī)絮凝劑的研究成果，可以使處理后的污泥物符合其國家排放標(biāo)準(zhǔn)。以此為切入點，研發(fā)出粉煤灰為原材料的絮凝固化劑。這樣，既高效利用了粉煤灰，又為廢水處理提供了優(yōu)良絮凝固化劑，且處理物可安全回田。

3 粉煤灰組分與絮凝固化特性

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰中大量Si、Al活性氧化物為主的玻璃微珠具有較好的吸附性能；此外，粉煤灰中還含有許多不規(guī)則形狀的玻璃狀顆粒（圖1），這些顆粒中還含有不同數(shù)量的微小氣泡和微小活性通道，因此粉煤灰表面成多孔結(jié)構(gòu)，其比表面積較大，使得粉煤灰具有較好的表面活性。Si、Al元素，使得粉煤灰具有很強(qiáng)的物理、化學(xué)吸附性能，特別是重金屬離子[2]。

絮凝固化劑中，除聚鋁、聚鐵外，還有聚活性硅膠及其改性品，如聚硅鋁（鐵）、聚磷鋁（鐵）。改性的目的是引入某些高電荷離子以提高電荷的中和能力，引入羥基、磷酸根等以增加配位絡(luò)合能力，從而改變絮凝效果，其可能的原因是：某些陰離子或陽離子可以改變聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)及分布，或者是兩種以上聚合物之間具有協(xié)同增效作用[3]。粉煤灰中的SiO2和具有弱酸性的A12O3及Fe2O3可以與有機(jī)物羥基氧上的孤對電于形成很強(qiáng)的化學(xué)鍵，發(fā)生物理化學(xué)吸附。

加之，粉煤灰具有較大的比表面積和靜電吸附作用，以及顯著的去除COD和脫色效果，這為印染類廢水處理提供了先天優(yōu)越條件。

可見，粉煤灰中氧化物成分也是廢水處理用絮凝固化劑基本元素，利用粉煤灰，研開制造絮凝固化劑是一捷徑。而且，粉煤灰結(jié)構(gòu)特性決定了其本身對廢水處理某些指標(biāo)具有控制作用，故以粉煤灰為原料研發(fā)廢水處理用絮凝固化劑是成本低、效率高的有效途徑。實驗證明，此絮凝固化劑具有優(yōu)良的絮凝、使固液分離效果。

4 實驗

本項目是與日本某科研機(jī)構(gòu)合作研發(fā)課題，日方提供其的工業(yè)公害防止技術(shù)、廢水處理效率提高辦法。并以內(nèi)蒙古西部豐富的富鋁粉煤灰為主要原料，加入適當(dāng)輔料，研發(fā)出了廉價高效的新型絮凝固化劑，此藥劑為中性無機(jī)絮凝劑，在絮凝速度、脫水率、中水物COD值等指標(biāo)及脫水性等指標(biāo)明顯優(yōu)于現(xiàn)用有機(jī)絮凝劑（圖2）。在現(xiàn)有絮凝法廢水處理設(shè)備無須更換的前提下，替代昂貴的有機(jī)高分子絮凝藥劑，且廢水處理后泥土符合國家有關(guān)有機(jī)肥無害化回田標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

此成果應(yīng)用，擬高效利用粉煤灰、提高廢水處理廠所用絮凝劑性能，并做為樣本工程在業(yè)內(nèi)推廣。廢水處理土壤回田，既改良了農(nóng)耕土地，又減少了灰塵；擬將研發(fā)絮凝固化劑，大面積地應(yīng)用到沙漠流沙固化、保濕綠化事業(yè)，可最終使來自黃土高原以及黃河流域的沙塵的減少能起到一定作用。治沙是一個國際課題，應(yīng)用于鄂爾多斯沿黃一級高速公路邊坡做固沙保濕種草試驗，花草成活率優(yōu)于現(xiàn)采用的遠(yuǎn)山正英“四角插柳法”，為我區(qū)的防風(fēng)治沙提供一新的手段。具體實驗室試樣測定，砂餅強(qiáng)度等各項數(shù)據(jù)指標(biāo)比較理想（圖3）。

5 結(jié)束語

粉煤灰高效利用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式中的廢物“零排放”理念。如果中性無機(jī)絮凝劑以高鋁粉煤灰為主要原料的技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，則標(biāo)志著中國大宗利用粉煤灰的瓶頸將被打破。使中西部地區(qū)，特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)的火力發(fā)電廠排放的大量高鋁粉煤灰的消耗成為可能。預(yù)計成果的產(chǎn)業(yè)化推廣和商業(yè)化普及意味著二氧化碳排放量的減少，既保護(hù)了有限的耕地，又減少了沙塵暴的形成，更有意義地是為廢水處理提供了廉價、高效的絮凝固化劑。從而也避免了粉煤灰的粗放開發(fā)利用，以減少其對環(huán)境的二次污染，使以煤炭為主要能源的內(nèi)蒙古自治區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的優(yōu)化。并創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

在此基礎(chǔ)上，利用內(nèi)蒙古西部的高鋁粉煤灰，研發(fā)適合我區(qū)的廢水處理技術(shù)，以達(dá)到我國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。而且使處理后污泥可穩(wěn)定、無害化回田；廢水處理后的中水可作為低成本工業(yè)用水或農(nóng)田灌溉用水等方式再利用，以緩減地下水源不足的矛盾。

參考文獻(xiàn)

[1]王振山，等.粉煤灰開發(fā)再利用對節(jié)能減排的影響[J].神華科技，2011，9（3）：93～95.

[2]許玉國，劉玉言.深度開發(fā)利用粉煤灰淺探[J].煤炭科技，2010，2：21～22.

[3]耿春，香路帥.粉煤灰的環(huán)境污染與綜合利用[J].上海環(huán)境科學(xué)，2004，23（4）：182～184.

作者簡介：張聰力（1971-），女，內(nèi)蒙古人，歸僑，工程師，主要從事電廠能源評估工作。