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粉煤灰吸附-Fenton氧化再生法深度处理焦化废水

任宁梅  
【摘要】:如何对粉煤灰这一固体废弃物进行资源化利用一直以来都是研究热点。本论文以粉煤灰和焦化废水为对象进行相关研究。研究了粉煤灰化学组成、物相、微观形貌和氮气吸附性能;采用静态吸附法,考察粉煤灰对焦化废水的处理效果,在此基础上,用Fenton法对吸附了有机物的粉煤灰进行再生,研究了其再生后对焦化废水的处理效果。 通过XRF分析,粉煤灰主要由硅、铝、铁的氧化物组成,含量达90%以上,还含有少量的钙、镁、钾、钠、磷和钛的氧化物。XRD测定发现粉煤灰主要由非晶体矿物和晶体矿物组成,非晶体矿物主要为玻璃体,占大部分比例,晶体矿物主要为莫来石(Al6Si2O13)、石英(SiO2)以及赤铁矿(Fe2O3)。经SEM分析,粉煤灰主要由玻璃体微粒、未燃尽炭和球形微珠组成。经过Fenton法氧化,球状微粒数量增多,产生大量小孔隙和微孔道,结构由不规则松散状态形成了疏松网状,比表面积增大,吸附能力增强。 通过N2吸脱附实验,粉煤灰BET比表面积、BJH累积孔面积和孔体积分别为6.97m2/g、5.505m2/g、0.0128 cm3/g, BET吸附平均孔径为7.943nm, BJH吸、脱附平均孔径分别1.732nm和1.386nm。 粉煤灰对焦化废水中有机物的吸附属于放热反应,吸附较好的符合Freundlich和Langmuir等温吸附模型,线性回归系数分别为0.985和0.987,相对来说,更符合Langmuir等温吸附模型。采用Lagergren一级吸附速率方程对粉煤灰的吸附进行回归分析,相关系数为0.996,说明粉煤灰对焦化废水中有机物的吸附行为符合一级吸附动力学。 Fenton试剂对粉煤灰的再生有显著效果,经过Fenton氧化,粉煤灰吸附能力得到进一步提升。研究了氧化时间、Fe2+的浓度,H2O2浓度、pH值等因素对再生效果的影响。通过研究发现:吸附了焦化废水中有机物的粉煤灰,其氧化再生的最佳条件为:Fe2+:H2O2=1:3(摩尔比),H2O2:COD=2:3(质量比),温度30℃,pH为5,时间10min,粉煤灰的再生率可达136%。 综上所述,粉煤灰对焦化废水有较好的处理效果,经过Fenton法再生后,吸附性能进一步提升,可以循环重复使用,避免了废水处理中频繁更换粉煤灰和吸附后底泥处理的难题,粉煤灰有望在废水处理领域得到大规模应用。


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