博才多學：高爐礦渣對工業廢水處理的實驗研究

時間：2013-09-22 10:02:00 作者： 　來源：

摘要高爐礦渣經酸處理后，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構進行了研究，并對其吸附性能進行了實驗研究。利用礦渣混凝劑對工業廢水處理的混凝機理進行了初步探討。

目前，水污染問題已被世界所重視，特別是城市和工業區附近的水體污染尤為嚴重。造成這種現象的原因除城市人口密度大、生活廢水多以外，主要來自工業廢水的污染。城市工業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。此種材料經粉磨后表面具有一定的活性，隨粉磨細度的增加其活性增加，急冷礦渣顆粒呈多孔性質，對于水中雜質具有較好的吸附性能，利用礦渣對工業廢水進行處理可謂以廢治廢，且處理廢水費用低、效果好。我們用酸對礦渣進行了處理，然后對其表面特征、吸附性能及對工業廢水的混凝作用進行了實驗研究和初步的機理分析。

1實驗材料及方法

1.1實驗材料

實驗用礦渣取自濟南鋼鐵廠，其主要化學成分見表1。

實驗用鹽酸、硫酸、FeCl3、Al2（SO4）3購自濟南化工站。實驗用廢水分別取自濟南造紙總廠和濟南制革廠，廢水水質見表2。

1.2實驗方法

將礦渣在烘箱內烘干，用球磨機磨細成325目、240目、170目和80目四個細度等級，然后分別對廢水進行吸附性能實驗。實驗方法：取廢水400 mL，加入磨細的礦渣20 g，攪拌10 min，測定礦渣對廢水中雜質的吸附量。

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。

用酸處理礦渣得到的濕態礦渣混凝劑對工業廢水進行處理，處理方法：取500 mL廢水放入燒杯內，加入適量混凝劑使pH值調至中性，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混凝劑的處理結果相對比。

2實驗結果與分析

2.1高爐礦渣細度對吸附性能的影響

實驗表明，粉磨礦渣對工業廢水雜質具有較好的吸附性能，利用不同細度的礦渣對工業廢水中雜質進行吸附，吸附性能實驗結果表明：240目礦渣的吸附能力比80目礦渣的吸附能力高出約70%。但礦渣細度達到240目后再提高細度對吸附量的影響并不十分顯著，因此細度可控制在240目至320目之間。

2.2酸處理高爐礦渣實驗結果

礦渣在鹽酸、硫酸及硫酸與鹽酸混合液中的鐵、鋁、硅浸出量測定結果見表3。

2.3對廢水的處理結果與分析

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行混凝實驗，結果見表4。

礦渣混凝劑與Al2（SO4）3、FeCl3混凝劑的混凝結果對比見表5。

由表5可以看出礦渣混凝劑的效果明顯優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點為：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構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。這些物質水解可形成許多復雜的多核絡合物，這些絡合物不斷縮聚反應，逐漸形成了高分子聚合物，隨著縮聚反應的不斷進行，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；3)在混凝攪拌的過程中，礦渣懸浮于不斷產生絡合物的廢水當中，許多絡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果見圖1。

3結束語

1)礦渣經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，比普通的混凝劑更容易形成絡合物及高分子聚合物。其混凝過程是電解質的化學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，達到了以廢治廢的效果，因此它是一種很有開發價值的無機混凝劑，其缺點是沉淀物的量較大，在實際工程應用中需重點考慮沉淀物的排放。

參考文獻

［1］何因等.建筑給排水新技術.湖南大學出版社，1989.

［2］張墉等.給水排水化學.中國建筑工業出版社，1979.

作者簡介：第一作者于衍真，1958年生，現為山東建材學院建工系副主任，副教授。

作者單位:山東建筑材料工業學院建工系(山東濟南，250022)