本文摘要：摘要：利用煤制甲醇?xì)饣ざ螐U棄爐渣制備爐渣吸附劑，并將其用于洗煤廢水處理，取得了良好的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)洗煤廢水pH值為4，投加0.3g/L的爐渣吸附劑和0.04g/L的雞毛角蛋白助凝劑，攪拌10min后靜置20min，吸附率R達(dá)到最大99.33%。此外，通過與工業(yè)用
摘要：利用煤制甲醇?xì)饣ざ螐U棄爐渣制備爐渣吸附劑，并將其用于洗煤廢水處理，取得了良好的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)洗煤廢水pH值為4，投加0.3g/L的爐渣吸附劑和0.04g/L的雞毛角蛋白助凝劑，攪拌10min后靜置20min，吸附率R達(dá)到最大99.33%。此外，通過與工業(yè)用PAM、PAC等水處理助劑對(duì)洗煤廢水處理結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在特定條件下，爐渣吸附劑對(duì)洗煤廢水的吸附效果優(yōu)于PAM、PAC等常用水處理助劑，這也為廢棄爐渣的循環(huán)再利用提供了一條新思路。
關(guān)鍵詞：廢棄爐渣吸附劑,洗煤廢水吸附,吸附率,雞毛角蛋白助凝劑
以煤氣化為關(guān)鍵主體的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)于緩解我國(guó)當(dāng)下的能源緊張局面，找到一條適合我國(guó)國(guó)情的能源長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展路徑具備重大的功能和意義。其關(guān)鍵原則在于破除存在的行業(yè)壁壘和限制，緊緊圍繞煤氣化，綜合能源、化工等不同領(lǐng)域的生產(chǎn)程序，進(jìn)而借助合成氣生產(chǎn)電力、熱能等不同方面的下游產(chǎn)品。
在該系統(tǒng)內(nèi)部，將煤炭氣化跟聯(lián)合循環(huán)等高效地融為一體，獲得了更為積極的生產(chǎn)效果，具備熱效率突出、環(huán)�？萍�、適應(yīng)面廣泛、節(jié)約水資源等一系列優(yōu)勢(shì)，能夠在多聯(lián)產(chǎn)的模式下發(fā)揮最大的生產(chǎn)效能，同時(shí)以較低的經(jīng)濟(jì)投入更高效地解決了二氧化碳的問題，具備良好的環(huán)保表現(xiàn)。系統(tǒng)在運(yùn)行的環(huán)節(jié)中，能夠科學(xué)處理尾氣脫硫、脫硝等一系列問題，不過煤炭氣化的副產(chǎn)品未能被高效地利用，形成了一定的浪費(fèi)問題[1]。
在榆林煤炭資源豐富，產(chǎn)生了大量的氣化爐渣和洗煤廢水難以處理。目前，氣化爐渣尚未得到很好利用，國(guó)內(nèi)外對(duì)于氣化爐渣的研究以及利用報(bào)道較少，基本集中在煤氣化爐渣的基本物理化學(xué)特性研究，如R.H.Matjie等研究了氣化爐渣及其殘余碳的基本特性[2-4];湯云等[5]針對(duì)Texaco爐渣的基礎(chǔ)特征以及運(yùn)用等問題開展分析，提出這一爐渣的核心構(gòu)成屬于SiO2以及殘余碳等物質(zhì)，實(shí)際的爐渣歸屬于特殊的多孔架構(gòu)，其較多歸屬海綿狀的架構(gòu)，實(shí)際的不定形玻璃比較致密[5];同時(shí)也有使用爐渣來制造建筑用磚的研究，如A.Acosta利用氣化爐渣與粘土制備了建筑用磚[6-9]。云正、于鵬超等人在研究中，重點(diǎn)分析了氣化爐渣對(duì)相關(guān)墻體材料性能帶來的影響和作用[10]等。
但都沒有研究汽化爐渣的再利用問題。洗煤廢水是在濕法選煤加工過程中，不能形成閉路循環(huán)需向外界排放的多余污水。主要污染物包括懸浮物、油類物質(zhì)、有機(jī)藥劑等，洗煤環(huán)節(jié)后的廢水一般需要進(jìn)行專業(yè)處理，其內(nèi)部含有較為豐富的SS、高濃度CODCr等，電位級(jí)處在負(fù)狀態(tài)下[10-13]，污染嚴(yán)重，假如處理不好會(huì)對(duì)環(huán)境帶來強(qiáng)大的負(fù)面作用。對(duì)于此類廢水的后續(xù)處理而言，方法有絮凝法、過濾法、吸附法、離子交換法等。
其中，絮凝法又稱凝聚法，是向污水中投加一定比例的絮凝劑在污水中生成親油性的絮狀物，使微小油滴吸附于其上，然后用沉降或氣浮的方法將油分去除。無機(jī)絮凝劑是應(yīng)用最早使用最廣的絮凝劑。其內(nèi)部包含的成分重點(diǎn)為鐵鹽、鋁鹽等。借助無機(jī)鹽在溶液中發(fā)生化學(xué)變化進(jìn)而獲得正離子，跟煤炭的細(xì)微物質(zhì)等出現(xiàn)接觸，進(jìn)而對(duì)煤炭物質(zhì)的負(fù)電性實(shí)現(xiàn)了中和，進(jìn)而表面能被削弱，讓相關(guān)微粒物質(zhì)出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象。
但多數(shù)存在處理藥劑成本較高，有二次污染等問題。雖然由于煤種、氣化方式不同，所得的爐渣的化學(xué)成份和礦物組成也不同，但其主要成份為30%左右的的碳和硅鹽、鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽等化合物。而爐渣中所含的Al2O3、Fe2O3等無機(jī)組分具有氧化和絮凝從而達(dá)到去除污染物的效果。本課題擬將煤制甲醇?xì)饣ざ螐U棄爐渣經(jīng)過高溫焙燒制成多孔性廢水吸附劑，用于洗煤廢水處理。研究氣化廢渣吸附劑對(duì)洗煤廢水的吸附性能，期望實(shí)現(xiàn)以廢治廢、資源合理有效的配置的目的。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1材料與儀器
廢棄爐渣，兗礦榆林能化公司;洗煤廢水，陜西榆林金浩源洗煤廠;碳酸鈉，天津市天力化學(xué)試劑有限公司;乙酸(36%)、鹽酸(36%~38%)，AR，滬試;傅里葉變換紅外光譜儀(NicoletIs10)，賽默飛世爾;場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡(TecnaiG2F20)，F(xiàn)EI;多站比表面積及空隙分析儀(ASAP2460)，麥克默瑞提克(上海);全自動(dòng)X射線衍射儀(D/Max2550VB+/PC)，日本理學(xué);COD快速測(cè)定儀(5B-3C)，蘭州連華環(huán)�？�;UV-2450。相關(guān)可見光光度計(jì)，來源于日本島津。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1爐渣吸附劑的制備工藝
取兗礦煤制甲醇?xì)饣ざ螐U棄爐渣xg于烘箱中50℃干燥24h，研磨后標(biāo)記為爐渣GS。稱取GS30g和2.1g碳酸鈉(100:7)固體研磨直至混合均勻，置于管式加熱爐中，在N2氣氛下于700℃焙燒3h，隨爐冷卻至室溫后，加入4mol/L的鹽酸90mL浸泡3h，烘干后記為MGSN吸附劑;相同的工藝條件，在氧氣氣氛下于700℃焙燒3h后鹽酸浸泡，干燥后標(biāo)記為MGS吸附劑。
1.2.2洗煤廢水的吸附工藝
在洗煤廢水中先加入0.3g/L的爐渣吸附劑攪拌1min后，攪拌5min后靜置30min，取上清液測(cè)COD、SS、總磷和氨氮的含量。
2結(jié)果與分析
2.1爐渣吸附劑表征
2.1.1FTIR分析
分別將充分干燥的GS、MGSN、MGS吸附劑和溴化鉀以1：120的比例混合研磨后壓片，采用傅立葉紅外光譜儀分析其紅外吸收光譜圖。爐渣GS和吸附劑MGSN、MGS在3438cm-1處都存在-OH伸縮振動(dòng)，推斷為鐵羥基的特征峰[14,15]。從吸收強(qiáng)度看，MGS和MGSN的吸收峰比GS更強(qiáng)，表明經(jīng)高溫煅燒酸浸后鐵氧化物的含量增多，這有利于污染物的吸附和絮凝沉降。1110~830cm-1區(qū)域的峰為硅氧鍵，其中，MGS中Si-O吸收最強(qiáng)。在1500cm-1左右的為鋁氧基的伸縮振動(dòng)，即存在Al2O3。
2.1.2XRD分析
采用X射線衍射儀考察爐渣GS與吸附劑MGSN、MGS的結(jié)構(gòu)與物相，爐渣GS的結(jié)構(gòu)與物相以無定形碳和石英礦物晶相為主，這歸因于煤粉在高溫爐中燃燒不完全導(dǎo)致殘存的碳較多。石英礦物的形成歸因于爐渣在冷卻過程中，所含的玻璃相析晶而生成SiC等化合物。
在N2保護(hù)下，經(jīng)高溫鍛燒的MGSN吸附劑主要表現(xiàn)為晶相結(jié)構(gòu)，例如大量硅酸鹽、硅鋁鹽的形成。同時(shí)，由于殘余碳產(chǎn)生的活性炭導(dǎo)致形成微弱無定型結(jié)構(gòu)。在O2氣氛下鍛燒的MGS吸附劑則主要表現(xiàn)為剛玉、硅酸鹽晶相結(jié)構(gòu)。
渣吸附劑具有IV型等溫線的特征。這是因?yàn)樵诿?xì)管凝聚作用區(qū)，出現(xiàn)了吸附滯后現(xiàn)象，說明廢棄爐渣和爐渣吸附劑都而爐渣吸附劑則在相對(duì)壓力p/p0約為0.75時(shí)，N2，但吸附能力明顯降低。這可能是由于改性前爐渣以介孔占主導(dǎo)，存在大孔，但是改性后大孔減少，孔徑大小變得均勻，單純吸附能力降低，起吸附絮凝作用的可能是渣中析出的鋁鹽和鐵鹽。
3結(jié)論
(1)爐渣吸附劑中鐵氧化物的含量多，表面微孔粗糙，孔隙率增加，大孔減少，孔徑大小變得均勻，表明爐渣吸附劑的吸附能力較強(qiáng)。
(2)在室溫下，當(dāng)爐渣吸附劑用量為0.3g/L時(shí)，助凝劑雞毛角蛋白為0.04g/L時(shí)，洗煤廢水的COD值和固體懸浮物質(zhì)SS值為最小值。當(dāng)繼續(xù)增大用量時(shí)，COD值和SS值不再變化，說明吸附達(dá)到飽和。
(3)爐渣吸附劑與雞毛角蛋白、PAM、PAC處理洗煤廢水效果比較后發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的增加，爐渣吸附劑的吸附率高于其他幾種水處理助劑，且吸附速度快，當(dāng)吸附30~40min吸附率達(dá)到最高。
(4)隨著pH值的增加，COD含量先減小后增大，相應(yīng)的也是SS先減小后增大。當(dāng)pH為4時(shí)，廢水COD含量達(dá)到最小為167mg/L，SS達(dá)到最小54mg/L。
(5)廢棄爐渣吸附劑對(duì)洗煤廢水的吸附率隨著溫度的升高至60℃時(shí)，溫度對(duì)廢棄爐渣吸附劑的吸附率和COD含量影響不大，當(dāng)溫度超過60℃時(shí)，一部分雞毛角蛋白分解，助凝劑量減少，因此對(duì)吸附率和COD含量有較大的影響，均有一定程度的下降，但實(shí)際的變動(dòng)相對(duì)較小，因此針對(duì)廢水的吸附測(cè)試都確定為25℃的環(huán)境中開展。
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