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博才多學(xué)：高爐礦渣對工業(yè)廢水處理的實(shí)驗(yàn)研究
時間：2013-09-22 10:02:00 作者： 來源：
摘要高爐礦渣經(jīng)酸處理后，制得混凝劑。我們采用電子顯微鏡對礦渣混凝劑表面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并對其吸附性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。利用礦渣混凝劑對工業(yè)廢水處理的混凝機(jī)理進(jìn)行了初步探討。
目前，水污染問題已被世界所重視，特別是城市和工業(yè)區(qū)附近的水體污染尤為嚴(yán)重。造成這種現(xiàn)象的原因除城市人口密度大、生活廢水多以外，主要來自工業(yè)廢水的污染。城市工業(yè)廢水排放量占整個廢水量的30%～60%。
高爐礦渣是冶煉生鐵的廢渣，屬于硅酸鹽材料，多用于做水泥混合材料。此種材料經(jīng)粉磨后表面具有一定的活性，隨粉磨細(xì)度的增加其活性增加，急冷礦渣顆粒呈多孔性質(zhì)，對于水中雜質(zhì)具有較好的吸附性能，利用礦渣對工業(yè)廢水進(jìn)行處理可謂以廢治廢，且處理廢水費(fèi)用低、效果好。我們用酸對礦渣進(jìn)行了處理，然后對其表面特征、吸附性能及對工業(yè)廢水的混凝作用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和初步的機(jī)理分析。
1.1實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)用礦渣取自濟(jì)南鋼鐵廠，其主要化學(xué)成分見表1。
實(shí)驗(yàn)用鹽酸、硫酸、FeCl3、Al2（SO4）3購自濟(jì)南化工站。實(shí)驗(yàn)用廢水分別取自濟(jì)南造紙總廠和濟(jì)南制革廠，廢水水質(zhì)見表2。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
將礦渣在烘箱內(nèi)烘干，用球磨機(jī)磨細(xì)成325目、240目、170目和80目四個細(xì)度等級，然后分別對廢水進(jìn)行吸附性能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法：取廢水400 mL，加入磨細(xì)的礦渣20 g，攪拌10 min，測定礦渣對廢水中雜質(zhì)的吸附量。
分別將100 g干礦渣加入到400 mL酸溶液中，酸的種類和濃度為：鹽酸2 mol/L，硫酸2 mol/L，鹽酸1 mol/L與硫酸1 mol/L的混合液，然后在室溫下攪拌20 min，濾出液體并對濾出液中鐵、鋁、硅含量進(jìn)行分析。將濾出的礦渣烘干，用HIACHIs—2500電子顯微鏡觀察顆粒表面形態(tài)。
用酸處理礦渣得到的濕態(tài)礦渣混凝劑對工業(yè)廢水進(jìn)行處理，處理方法：取500 mL廢水放入燒杯內(nèi)，加入適量混凝劑使pH值調(diào)至中性，攪拌5 min，倒入800 mL量筒靜置30 min，觀察上清液高度。測定廢水的懸浮固體去除率(SS去除率)、化學(xué)需氧量(COD)及COD去除率、色度去除率(用透光率法測定)。并與FeCl3混凝劑、Al2（SO4）3混凝劑的處理結(jié)果相對比。
2.1高爐礦渣細(xì)度對吸附性能的影響
實(shí)驗(yàn)表明，粉磨礦渣對工業(yè)廢水雜質(zhì)具有較好的吸附性能，利用不同細(xì)度的礦渣對工業(yè)廢水中雜質(zhì)進(jìn)行吸附，吸附性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：240目礦渣的吸附能力比80目礦渣的吸附能力高出約70%。但礦渣細(xì)度達(dá)到240目后再提高細(xì)度對吸附量的影響并不十分顯著，因此細(xì)度可控制在240目至320目之間。
2.2酸處理高爐礦渣實(shí)驗(yàn)結(jié)果
礦渣在鹽酸、硫酸及硫酸與鹽酸混合液中的鐵、鋁、硅浸出量測定結(jié)果見表3。
2.3對廢水的處理結(jié)果與分析
用酸處理礦渣制得的混凝劑分別對造紙廢水及制革廢水進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。
礦渣混凝劑與Al2（SO4）3、FeCl3混凝劑的混凝結(jié)果對比見表5。
由表5可以看出礦渣混凝劑的效果明顯優(yōu)于單一硫酸鋁混凝劑和單一氯化鐵混凝劑。
單一硫酸浸漬的礦渣，鋁浸出量較高；單一鹽酸浸漬的礦渣鐵、硅浸出量較高；二種酸混合后浸漬的礦渣鋁、鐵、硅量浸出量均較高，見表3。在混凝過程中更易形成高聚絡(luò)合物。特別從礦渣中溶出的活性硅酸，對混凝過程的助凝起較大的作用。
與單一的Al2（SO4）3混凝劑和單一的FeCl3混凝劑相比。酸浸蝕的礦渣混凝劑之優(yōu)點(diǎn)為：1)礦渣混凝劑不僅具備混凝的作用，而且礦渣顆粒具有松散的多孔結(jié)構(gòu)而有很好的吸附作用；2)礦渣混凝劑中含有Al2（SO4）3、FeCl3、AlCl3、Fe2（SO4）3、FeSO4、H2SiO3等多種成分的混凝物質(zhì)。這些物質(zhì)水解可形成許多復(fù)雜的多核絡(luò)合物，這些絡(luò)合物不斷縮聚反應(yīng)，逐漸形成了高分子聚合物，隨著縮聚反應(yīng)的不斷進(jìn)行，聚合物的電荷不斷升高，這更有利于吸引廢水中懸浮的膠體雜質(zhì)；3)在混凝攪拌的過程中，礦渣懸浮于不斷產(chǎn)生絡(luò)合物的廢水當(dāng)中，許多絡(luò)合物和高分子聚合物將礦渣顆粒包裹在中間，由于礦渣的吸附性使它們形成了一個較大的懸浮體。當(dāng)停止攪拌時，這些包含有礦渣顆粒的懸浮體會迅速的沉降，因而提高了混凝的速度，廢水處理的上清液高度測量結(jié)果見圖1。
1)礦渣經(jīng)硫酸與鹽酸混合處理得到的混凝劑，比單一種類的酸處理得到的混凝劑混凝效果好。礦渣的細(xì)度控制在240目至320目之間比較適宜。
2)酸的礦渣混凝劑中含有Al2（SO4）3、FeCl3、H2SiO3、AlCl3等多種電解質(zhì)，比普通的混凝劑更容易形成絡(luò)合物及高分子聚合物。其混凝過程是電解質(zhì)的化學(xué)吸附與礦渣顆粒的物理吸附的雙重作用，混凝效果和速度優(yōu)于普通的混凝劑。
3)礦渣混凝劑制做方便，原材料來源廣，利用廢渣、廢酸就可生產(chǎn)，達(dá)到了以廢治廢的效果，因此它是一種很有開發(fā)價值的無機(jī)混凝劑，其缺點(diǎn)是沉淀物的量較大，在實(shí)際工程應(yīng)用中需重點(diǎn)考慮沉淀物的排放。
參考文獻(xiàn)
［1］何因等.建筑給排水新技術(shù).湖南大學(xué)出版社，1989.
［2］張墉等.給水排水化學(xué).中國建筑工業(yè)出版社，1979.
作者簡介：第一作者于衍真，1958年生，現(xiàn)為山東建材學(xué)院建工系副主任，副教授。
作者單位:山東建筑材料工業(yè)學(xué)院建工系(山東濟(jì)南，250022)
