據統計我國燃煤電廠每年排放的粉煤灰總量逐年增加，截止到2010年已達2億多t，而約60%的粉煤灰堆放于灰場，給我國國民經濟建設和生態環境造成了巨大的壓力。國內外試驗研究證明，粉煤灰能夠廣泛應用于各種工業廢水的處理，對重金屬離子、磷酸根離子、有機物、懸浮物、油類及色度等都有較好的去除效果。

印染廢水是一類較難處理的工業廢水，它色度高，無機化合物種類多。本研究從特定的直接紫-N染料廢水展開研究，從粉煤灰形態結構、活性等微觀機理上研究粉煤灰利用處置的資源與環境屬性，為印染廢水處理和粉煤灰綜合利用提供新的途徑。

1 實驗材料與方法
 
1.1 實驗材料與主要儀器
 
本研究所用粉煤灰取自內蒙古包頭電廠，顏色為灰白色。實驗前，先將粉煤灰經過0.125 mm的篩子，然后放入烘箱中烘干備用。取一定質量的粉煤灰和一定濃度的改性劑溶液按一定比例混合，常溫條件下攪拌反應活化，活化后的粉煤灰烘干，即制得實驗所用的改性粉煤灰。染料為工業用直接紫-N 染料。

主要儀器：球形冷凝管、電熱板或電爐、滴定管、六聯攪拌器、分析天平、烘箱、分光光度計等。

處理的廢水是實驗室配制的模擬直接紫-N印染廢水。染料質量濃度為0.2 g/L，廢水中NaCl質量濃度為0.02 g/L，COD 164 mg/L，SS 90 mg/L，色度 2 048倍。本實驗中用分光光度計測量直接紫-N染料廢水的吸光度，獲得最大吸收波長為570 nm。

1.2 實驗方法
 
本實驗通過選取最佳的改性試劑和改性時間對粉煤灰進行改性，利用改性活化粉煤灰對直接紫-N廢水進行處理，通過對色度的去除率選取最佳的單一變量條件，最后對處理后的廢水測其COD、SS的去除率。通過試驗，研究了廢水的最佳pH、粉煤灰的最佳投加量、最佳攪拌時間、吸附時間和灰水比對吸附效果的影響。經過預實驗，確定用φ（HCl）∶ φ（H2SO4）=1∶3的混酸對粉煤灰進行改性，改性時間為2 h，色度去除率可達99%以上。后續試驗中均使用混合酸對粉煤灰改性。

2 結果與討論
 
2.1 pH對染料廢水處理效果的影響
 
取500 mL容量燒杯7只，各加入400 mL的模擬染料廢水，每只燒杯中加入5 g改性后粉煤灰。用HCl和NaOH分別將廢水的pH調至 2、4、6、8、10、12、14。將燒杯放到攪拌器上攪拌，攪拌過程分為三個階段，第一階段轉速為250 r/min，攪拌時間為 1.5 min；第二階段轉速為150 r/min，攪拌時間為 5 min；第三階段轉速為100 r/min，攪拌時間為 20 min。攪拌完成后將燒杯依次放在桌面上靜置10 min，最后測定廢水的吸光度，計算色度去除率，確定最佳pH范圍。實驗結果見圖 1。

 pH可影響染料在廢水中的溶解，還影響粉煤灰表面帶電情況，從而影響粉煤灰對染料的脫色效果。由圖 1可知，在pH為6~8時，脫色率變化不大；當pH>8后，脫色率下降；當pH＜6時，脫色率增加。染料在水溶液中一般以陰離子形式存在，在堿性條件下，一方面染料陰離子在粉煤灰表面競爭吸附，另一方面由于粉煤灰表面帶有大量負電荷，產生了靜電斥力，妨礙了染料陰離子吸附。本研究中，當pH≤2時，色度去除率可達99％以上。

2.2 改性粉煤灰投加量對染料廢水處理效果的影響
 
取500 mL容量燒杯8只，各加入400 mL的模擬染料廢水，分別加入粉煤灰0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 g并調節廢水的pH至2。將燒杯放到攪拌器上按2.1中的攪拌過程攪拌后靜置10 min，最后測定廢水的吸光度，計算色度去除率，選出效果最佳的粉煤灰的投加量。實驗結果見圖 2。

 由圖 2可以看出，一開始隨著粉煤灰用量的增加，脫色率快速增加。但當粉煤灰投加質量大于2.5 g后脫色率反而有所下降。這可以理解為此時的粉煤灰加入量正好用來吸附廢水中的有機物，實現了完全的吸附，再加入更多的粉煤灰反而使得沒有完全進行吸附的那部分粉煤灰影響了廢水的吸光度，從而降低了脫色率。本實驗中，粉煤灰投加質量從2.0 g提高到2.5 g時，色度去除率基本保持不變，而從經濟的角度來看，選擇2.0 g為最佳投加質量，即改性粉煤灰的最佳投加質量濃度為5 g/L。

2.3 改性粉煤灰投加量對染料廢水處理效果的影響
 
取500 mL容量燒杯7只，各加入400 mL的廢水，調節廢水的pH至2，粉煤灰投加質量為2.0 g。根據前期實驗結果，控制第一階段轉速為250 r/min，攪拌時間為1.5 min，第二階段轉速為150 r/min，攪拌時間為5 min，第三階段轉速為100 r/min，改變這一階段攪拌時間分別為0、5、10、15、20、25、30 min。攪拌完成后靜置10 min，測定廢水吸光度，計算色度去除率，選出效果最佳的攪拌時間。實驗結果見圖 3。

 從圖 3可以看出，當第三階段的攪拌時間為 20 min時，脫色率達到了最高。如果攪拌的時間過長，會破壞已經形成的絮體，使得廢水變得渾濁，懸浮物增加，從而影響廢水的污染物去除。

2.4 靜置時間對染料廢水處理效果的影響
 
取500 mL容量燒杯6只，各加入400 mL的廢水，在每只燒杯中分別加入2.0 g的粉煤灰，并將廢水的pH調至2。攪拌完成后分別靜置0、10、20、30、40、50 min，最后測定廢水的吸光度，計算色度去除率，得出最佳靜置時間。實驗結果見圖 4。

 隨著靜置時間的變長，去除率不斷增加，當靜止時間達到20 min后色度去除率達到穩定。

2.5 最優條件下染料廢水處理效果研究
 
實驗通過在單一因素的變化下，確定了每一種影響因素的最優條件。在各最優條件下，對預配制模擬廢水進行了處理，為了驗證處理的效果，對廢水處理后的污染因子進行了測定，以評價廢水的處理效果是否達到了國家規定的印染廢水排放標準。

原水和改性粉煤灰處理后的廢水中的COD、SS和色度的去除情況如表 1所示。

由表 1可知，用酸改性活化后的粉煤灰能較好地處理直接紫-N染料廢水。改性粉煤灰對直接紫-N廢水的COD的去除率達87.8%，處理后的廢水中的COD達到了排放標準。改性粉煤灰對直接紫-N廢水的脫色效果也十分明顯，去除率達到了98.4%，處理后的廢水顏色較淺，也達到了排放標準。而改性粉煤灰對廢水中SS去除率卻較低，只有11%，這主要是因為直接紫-N是可溶性染料，廢水中本身所含SS較少，因此，處理后的廢水中總的SS去除率較低，但溶液中SS的絕對量很少。

3 結論
 
對于質量濃度為0.2 g/L直接紫-N染料溶液，改性粉煤灰的最佳吸附條件是：溶液的pH=2，改性粉煤灰的最佳投加質量濃度為5 g/L；溶液的最佳攪拌時間為三個過程，第一階段轉速為250 r/min，攪拌時間為1.5 min；第二階段轉速為150 r/min，攪拌時間為5 min；第三階段轉速為100 r/min，攪拌時間為20 min；廢水的最佳靜置時間為20 min。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

在最佳吸附條件下測得COD為20 mg/L，去除率為87.8％；色度的去除率達到了98.4%，處理后的廢水顏色較淺，改性粉煤灰對COD和色度的去除率較高。改性粉煤灰處理直接紫-N染料廢水效果顯著，處理后的出水達到《紡織染整工業污染排放標準》（GB 4287—1992）要求。