摘 要：针对粉煤灰对含锌废水处理效果的四个影响因素：反应时间、粉煤灰加入量、pH、铁屑与粉煤灰的比例，进行正交设计，分析结果表明，本处理实验的最佳工艺条件为：反应时间60min、反应开始体系pH5.0、粉煤灰加入量8g/100ml（8%）、铁屑与粉煤灰比例为3：1，此工艺条件下锌去除率为99.50%。单因素影响试验结果表明：随着粉煤灰加入量的增加、反应时间的增大，锌的去除率都将增大，酸碱性过强将降低去除率，铁与粉煤灰的比例在一定范围内对锌去除效果影响不大。
关键词：含锌废水；粉煤灰；铁屑
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.041 含锌废水具有持久性、毒性大、污染严重等特点，一旦进入环境后不能被生物降解，大多数参与食物链循环，最终在生物体内积累，影响生物体正常生理代谢[1]。
粉煤灰是火力发电的燃煤高温燃烧后的残留物，其结构具有多孔性、表面价键的不饱和性以及存在大量的含氧基团，使其表面有很强的吸附活性，是一种廉价的高浓度污水预处理吸附剂[2]。研究结果表明，粉煤灰对废水中的重金属有良好的去除能力[3-4]。王大军等[5]实验发现，煤粉灰对锌具有较强的吸附能力，以氧化钙为改性剂改性的粉煤灰对含锌废水具有良好的吸附性能。Alinnor[6]用粉煤灰处理了水中的Pb2+、Cu2+，获得吸附过程的动力学方程式为一级方程式，并测定了速率常数。本研究利用两种工业废弃物处理人工配制含锌废水，重点讨论了处理时间、pH、粉煤灰加入量等因素对处理效果的影响。
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
实验室用硫酸锌配制含Zn2+浓度为500mg/L的人工废水。处理用粉煤灰经烘干处理，铁屑分别经碱液、酸液浸泡去除铁屑表面的油、锈迹和氧化膜，两种物质均过筛选取粒度20-40目。
1.2 试验方法
分别取待处理废水100ml于锥形瓶中，按照试验条件，用10%NaOH或H2SO4溶液调节pH，室温条件下搅拌，静置分层后取上清液用双硫腙分光光度法测定Zn2+，计算锌去除率。
2 结果与讨论
2.1 pH对处理效果的影响
分别调待处理含锌废水初始pH为3、5、7、9、11，按最佳工艺条件的其他工艺指标对废水进行处理。
随着起始处理浓度的逐渐升高，锌的去除率也逐渐升高，在pH在5-9之间时，锌去除率基本维持在98%左右，但当pH为11时，锌去除率急剧下降。
锌的氢氧化合物为两性化合物，pH值过高或过低，均能使沉淀返溶而使出水超标[1]。因此，当pH为3及11时，均反应出较差的去除效果，其中pH为11时尤为明显。
2.2 反应时间对处理效果的影响
按最佳工艺条件的其他工艺指标，分别振荡20、40、60、80、100min，随着反应时间的增加，锌去除率迅速增大，在反应进行到60 min时，锌的去除率最高，为98.1%，随着反应时间的进一步增加，锌去除率略有降低，但降低幅度不大。
试验处理工艺对锌的去除综合了电解法、化学沉淀法、铁氧体法、吸附法等方法的共同作用，随着反应时间的增加，电解反应及吸附反应将深度进行，粉煤灰的吸附主要是物理吸附作用，吸附过程分为3个阶段，分别是颗粒外扩散过程，颗粒内扩散过程及吸附反应过程，完成之后将会出现解吸作用，超过一定的时间会使去除率下降。
2.3 粉煤灰加入量对处理效果的影响
分别在100ml废水中加入粉煤灰2、4、6、8、10g，按最佳工艺条件的其他工艺指标处理废水。
随着粉煤灰加入量的逐渐增加，锌的去除率也在逐渐增加，在本实验工艺条件下，在粉煤灰加入量为8g时，锌去除率达到最高，为98.4%。但当粉煤灰加入量进一步增高时，锌去除率略有下降。对反应过程实验现象的观察也发现，当粉煤灰投加量为8g/L时，停止搅拌后沉降速度最快，沉淀后上澄液清澈。当投加量为10g/L时，停止搅拌后沉降速度较慢，沉淀分离较难。
粉煤灰在絮凝过程中有协同效应，作为助凝剂，粉煤灰为絮凝提供了凝聚晶核，为絮凝的迅速长大创造了条件。又因粉煤灰本身密度大，当粉煤灰颗粒卷入矾花后，能增加絮体的密度，加速矾花的沉降速度。而且，增加粉煤灰的加入量，将增加接触面积，扩大吸附容量。因此加入一定量的粉煤灰能够起到去除废水中的有�C污染物的功能。
但由于粉煤灰为细小微粒，当粉煤灰投加量过多时，未凝聚的粉煤灰不仅不能起到絮凝的作用，反而影响了废水的沉降性能，从而不容易形成絮凝体，泥水分离效果差，从而影响去除率。
2.4 粉煤灰与铁屑的比例对处理效果的影响
按铁：粉煤灰分别为3：1、2：1、1：1、1：2、1：3加入铁及粉煤灰，按最佳工艺条件处理废水。
在处理体系中，当粉煤灰加入量一定时，随着铁屑的加入量的逐渐减少，锌去除率变化不大，基本在97.2-98.1%之间，但当体系中铁含量为处理剂的1/4时，锌去除率急剧下降，仅为94.7%。
3 结论
利用工业废弃物粉煤灰与铁屑，通过对含锌废水的处理，在适当的工艺条件下，对锌离子有明显的去除效果。
（1）酸碱性过强，将使处理体系锌去除率下降，本工艺条件最佳处理pH范围为5-9。
（2）粉煤灰加入量对处理效果有一定影响，随着粉煤灰加入量的增加，锌去除率将增大，但粉煤灰加入量过多时，将降低去除率。
（3）随着处理时间的增加，锌去除率也将增大，但处理时间过长，将使锌去除效果变差。
（4）铁屑与粉煤灰的比例对处理效果影响不大，建议在试验允许的适宜比例条件下，尽可能减少铁屑的加入量。
参考文献：
[1]方艳，闵小波，唐宁等.含锌废水处理技术的研究进展[J].工业安全与环保，2006，32（07）：5-8.
[2]程爱华，姚改焕，路瑞.粉煤灰在水处理中的应用[J].中国资源综合利用，2005，7（07）：20-21.
[3]王代芝，赵艳萍.粉煤灰处理含汞废水的研究[J].化学与生物工程，2004（06）：4-50.
[4]王湖坤，龚文琪，卫苗苗.粉煤灰吸附处理铜冶炼废水中Cu（Ⅱ）的试验研究[J].冶金能源，2006，25（04）：50-52
[5]王大军，许弟军，单连斌等.改性粉煤灰处理含锌废水的研究[J].环境保护科学，2005，31（03）：19-21.