粉煤灰在廢水處理中存在的問題及未來發展展望
粉煤灰是燃煤電廠粉煤燃燒排放的廢棄物，目前我國每年的排放量已超過2×108 噸。隨著經濟建設和電力發展速度的加快，粉煤灰的產量還將持續增加。粉煤灰以其獨特的物理化學特性以及低廉的價格，在水處理方面展現出廣闊的應用前景。粉煤灰中含有較多的活性氧化鋁和氧化硅等，具有較強的吸附能力，可應用于廢水的處理。但粉煤灰吸附容量不高，對其進行改性使其更適于廢水處理就顯得非常必要，因此近年來的研究多圍繞粉煤灰的改性方法展開。筆者對粉煤灰在廢水處理中的應用及粉煤灰的改性方法進行了總結，指出了粉煤灰在廢水處理中存在的問題，同時對未來的發展方向進行了展望。
一、粉煤灰的物化特性及吸附機理
粉煤灰是一種多孔性松散固體集合物，其主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO 等。它的形成過程與活性炭的制作過程有相似之處，因此其顆粒的形態和表面結構與活性炭相似，具有多孔性和較大的比表面積，孔隙率一般為60%~75%，比表面積可達2 700~3 500 cm2/g。粉煤灰在廢水處理中應用的主要機理為吸附，其中也包括接觸絮凝、中和沉淀和過濾攔截等協同作用。粉煤灰中存在Al、Si 等活性點，使其可與吸附質通過化學鍵或離子鍵結合發生化學吸附作用，這是粉煤灰處理廢水的主要機理。
二、粉煤灰在廢水處理中的應用
1. 粉煤灰的改性
粉煤灰的改性主要是對粉煤灰進行物理的或化學的處理，以改變粉煤灰表面和微孔的粗糙度，增加比表面積，提高其吸附性能。粉煤灰的改性方法采用較多的有：酸改性、堿改性、鹽改性。
將粉煤灰用1 mol/L 的H2SO4 溶液于50℃下處理24小時，然后用蒸餾水進行多次洗滌，過濾，將過濾后的粉煤灰于105℃下烘干20小時，再將粉煤灰過450~700 目的分離篩，最終得到硫酸改性的粉煤灰。結果表明，改性后的粉煤灰與改性前的相比，比表面積和吸附容量均得到提高。對粉煤灰進行堿改性，顆粒表面的SiO2 可發生化學解離而產生可變電荷，使玻璃體表面可溶性物質與堿性氧化物反應生成膠凝物質，并使粉煤灰中的莫來石及非晶狀玻璃相熔融，從而提高活性。采用水熱法以NaOH 對粉煤灰進行改性，結果發現，改性后的粉煤灰比表面積增加了8倍，陽離子交換能力也較原粉煤灰有了進一步提高。對粉煤灰進行鹽改性，主要是將含有Al3+和Fe3+的溶液與粉煤灰浸泡一段時間后過濾、洗滌、烘干，即得改性后的粉煤灰。采用Al(NO3)3 溶液對粉煤灰進行浸泡得到了改性的粉煤灰。結果表明，改性后的粉煤灰對銅具有較強的吸附性能。
用高分子絮凝劑對粉煤灰進行改性可改變其顆粒表面的帶電性質，提高對陰離子型污染物的吸附電中和能力。采用聚二甲基二烯丙基氯化銨對粉煤灰進行改性。結果表明，改性粉煤灰對有機分子的吸附能力和離子交換能力都得到了增強，對染料分子的去除能力比未改性的粉煤灰高出12.5%。粉煤灰和沸石在組成上的相似為粉煤灰轉化成沸石提供了可能，用粉煤灰合成的沸石的比表面積比粉煤灰增大很多，去除水中污染物的性能也相應增強。對以水熱合成法、堿融法粉煤灰沸石合成工藝進行探討。結果表明，堿融法合成的沸石對Cr6+的去除效果優于水熱合成法合成的沸石，前者對Cr6+的去除率可達90%以上。
2. 改性粉煤灰在廢水處理中的應用
(1)改性粉煤灰處理重金屬離子廢水
目前處理含重金屬離子廢水的方法中，吸附法是一種簡單有效的處理技術。粉煤灰因其價格低廉，已被廣泛地應用于處理低濃度重金屬離子廢水。粉煤灰呈堿性，與水結合時pH 在10~13 之間，其表面帶負電荷，因此可通過沉淀或靜電吸附去除水中的重金屬離子。
采用鐵屑+粉煤灰的微電解法對高Cr地下水進行處理。該工藝利用粉煤灰中的炭與鐵組成原電池，其中粉煤灰中的炭粒充當陰極，鐵充當陽極。鐵將地下水中的Cr6+還原成Cr3+，而鐵則轉變成Fe2+。鐵離子具有絮凝作用，能夠達到很好的凈化效果。利用粉煤灰去除市政固體廢物濾出液中的重金屬離子，結果表明，其具有很好的去除效果。
(2)改性粉煤灰處理染料和含酚廢水
染料廢水是目前難處理的工業廢水之一。其特點是廢水量高，有機物濃度大，難生物降解。用鹽酸對粉煤灰進行改性，作為實驗廢水中亞甲基藍的吸附劑，實驗結果表明，其對亞甲基藍的去除效果很好。用0.5 mol/L 的HCl 對吸附后的粉煤灰進行再生實驗，研究發現，再生粉煤灰對亞甲基藍的去除率仍能達到96%左右。以鈦白粉廢酸與粉煤灰為原料研制粉煤灰基混凝劑，并將其用于印染廢水的混凝和吸附處理。結果表明，廢水的化學需用量和色度去除率分別達到80.4%和91.6%。
酚類化合物是重要的化工原料，大多具有高毒性，能致癌、致突變，而且難以生物降解。考察不同條件下粉煤灰對水溶液中苯酚的吸附去除效果。結果表明：水溶液中苯酚的初始濃度對去除效果有一定的影響。當苯酚初始質量濃度由100 mg/L 增加為700 mg/L 時， 其去除率也由95.6%增大為98.1%。在pH 為8、接觸時間為2 小時的條件下，可以達到很好的去除效果。
(3)改性粉煤灰處理含磷廢水
用亞鐵離子對粉煤灰進行改性，并研究改性后的粉煤灰對磷的吸附行為。結果表明，粉煤灰用適量亞鐵離子改性后對磷的吸附能力有較大改善。溫度是影響吸附效果的重要因素，在30 ~50 ℃內，溫度的升高有利于磷的吸附。100 mL含磷50 mg/L 的溶液投加改性粉煤灰的質量分別為2.5、3.5g 時，其對磷的吸附率分別達98%、99%以上。加入磷酸鹽后，粉煤灰懸浮液的pH 和鈣離子的濃度均有所降低，對比吸附前后粉煤灰的X射線衍射圖，發現后者的譜圖中有磷酸鈣的晶形，進一步證實了利用粉煤灰去除磷酸鹽的主要機理是形成了磷酸鈣沉淀。
(4)改性粉煤灰在其他廢水處理中的應用
改性粉煤灰在含氟、含油、造紙廢水等領域也有應用。以粉煤灰作為吸附材料對含氟廢水進行處理。結果表明，在最佳處理條件下去除率可達到94%以上。對改性粉煤灰吸附處理含油廢水進行試驗研究，結果表明，廢水中油的去除率在96%以上，改性粉煤灰對油的吸附符合Freundlich 模型。
3. 聯合處理廢水
(1)改性粉煤灰與芬頓法的聯合
芬頓(Fenton)試劑是指由H2O2 和Fe2+所配成的混合溶液，具有極強的氧化能力。Fenton 試劑處理廢水具有處理效率較高、不易造成二次污染且容易控制等優點。用粉煤灰和Fenton 試劑聯合的方法處理羅丹明B廢水。結果表明，單獨使用粉煤灰只能去除54%的羅丹明B，而將二者結合起來，在酸性條件下，2 分鐘內羅丹明B的去除率即可達97%，30分鐘內化學需氧量的去除率為72%。
(2)改性粉煤灰與生化法的聯合
粉煤灰與生化方法聯合使用，可用于處理焦化廢水。粉煤灰可以將廢水中不能被生物降解的污染物吸附下來，從而使生化處理的效果顯著提高。對粉煤灰催化鐵生物耦合工藝處理某高濃度焦化廢水進行初步試驗。實驗裝置為自行設計，研究發現，粉煤灰催化鐵工藝可以較好地和生物法耦合，去除難降解的有機大分子物質，并對化學需氧量和氨氮的去除做出了較大貢獻，耦合工藝對二者的去除率最高分別達89.6%、74.9%。
粉煤灰作為一種新型、略經預加工處理的吸附劑，其原料來源廣泛，價格低廉，操作簡單，并具有以廢治廢、節約資源和經濟高效等優點，具有廣闊的應用前景。然而粉煤灰在廢水處理方面的應用還存在一些問題，需要進一步研究。
(1)采用不同的物理和化學方法對粉煤灰進行改性以提高其吸附性能，開發適應范圍較廣、處理效果較好、污泥產率較低的改性粉煤灰，對其生產方案的研究也有待進一步深入。
(2)加大對粉煤灰中重金屬元素浸出特性研究。粉煤灰中含有多種微量有害重金屬元素， 將粉煤灰應用于水處理， 這些重金屬元素的浸出會帶來新的污染， 粉煤灰中有害元素含量及影響其溶出的因素等已成為人們關注的問題。
(3)粉煤灰作為吸附劑，處理一段時間后，其吸附性能達到飽和。對飽和粉煤灰進行再生能夠有效降低成本，并且減少不必要的資源浪費。采用何種方法進行粉煤灰再生主要取決于吸附物質的性質。如何高效再生吸附飽和的粉煤灰以達到經濟合理利用，已成為粉煤灰工業中必須重點解決的問題，同時亦是國內外研發的熱點。
(4)利用粉煤灰合成沸石已有多年歷史，在其制備方法、產品表征和應用方面已經進行了大量的探索性研究工作。但對沸石的基礎性和實用性方面的研究還有很多工作要做。
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