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粉煤灰是燃煤火力发电厂排出的固体废弃物,开展粉煤灰综合利用,变废为宝保护环境是我国的一项长期技术经济政策。从粉煤灰的化学组成上看,其主要化学成分以Al、Si、Fe为主,这些都是高效絮凝剂的主要化学成分;另外,粉煤灰的多孔颗粒形状使其拥有较大的比表面积,较好的颗粒分散性能,为其在环境废水处理中的应用奠定了基础。目前,改性后的粉煤灰处理废水存在一个突出的问题就是粉煤灰的吸附容量有限。
低能离子注入以其独特的性质受到了研究人员的广泛关注,它不仅能够提高靶物质的理化特征,而且可以改善其表面微观性能。本文以低能离子束刻蚀技术为新的切入点,对粉煤灰颗粒实施刻蚀修饰,优化离子注入参数,研究离子束改性粉煤灰的表观微结构的变化,探讨离子束改性粉煤灰微观结构及吸附性能的机理,为提高改性粉煤灰的利用效率提供可靠的实验依据和理论基础。另外,对实验室前期研究的改性粉煤灰絮凝剂配方进行改进,并对絮凝剂的回收利用进行研究以降低水处理的经济成本;最后,从生态安全性角度考虑,利用秀丽隐杆线虫和大鼠分别对粉煤灰絮凝剂的毒性进行评价。
1.利用BET比表面积的测定结果和扫描电镜的观察发现,在筛选出最佳条件(5keV,15×2.5×1015 ions/cm2)的氮离子束注入不仅可以在粉煤灰球体表面留下大量刻痕,而且可以有效地溅射分解球体颗粒之间的杂质,从而提高了粉煤灰的比表面积。
2.通过XRD、ICP、XPS、FT-IR研究表明,氮离子注入可以有效的破坏粉煤灰表面的Si-O、Al-O等化学键,而且还可能注入其中取代氧原子和硅形成氮化硅(Si3N4)。
综上所述,氮离子注入粉煤灰是一个物理溅射和化学重组并存的过程。
3.粉煤灰絮凝剂配方改进:以不同浓度的稀盐酸代替浓盐酸,参照总磷、总氮和浊度的去除率,确定3M盐酸改性粉煤灰时能获得最好的絮凝效果,同时3M盐酸属于稀酸在空气中不会挥发,与浓盐酸相比,3M盐酸对环境危害要小很多,因此最后确定选用3M盐酸作为粉煤灰改性剂。对絮凝剂进行回用,最佳的回用方式是絮凝剂与藻细胞形成的藻絮体充当磁铁矿粉使用,回用一次与未回用时的絮凝效果相当。采用该回用方式能回用5次以上,回用效果与未回用时相比,各指标去除率略有提高。
4.利用模式生物秀丽隐杆线虫的存活率和大鼠急性口服实验对絮凝剂进行毒理学评价。结果表明,低浓度盐酸改性粉煤灰絮凝剂对两种生物无急性毒性,并在安全性上比高浓度盐酸改性的粉煤灰絮凝剂略有提高。