劉精今，李小明，楊麒
（湖南大學環境科學與工程系，湖南 長沙 410082）

　　摘　要：通過分析爐渣的主要化學成分及處理工業廢水的機理，在總結爐渣處理工業廢水實踐的基礎上，認為爐渣對工業廢水中的有機物、重金屬等污染物有良好的吸附作用，可在一定程度上取代活性炭，降低廢水處理的費用。
　　關鍵詞：爐渣；廢水處理；吸附
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009－2455（2003）01－0012－04

　　爐渣是電廠鍋爐、各種工業及民用鍋爐，爐窯燃燒煤炭后排出的固體廢棄物。由于煤炭在燃燒過程中進入大量空氣，冷卻后又逃逸，導致生成的爐渣形成多孔結構。爐渣中含有的多種堿性氧化物（CaO、Al₂O₃等）在與工業廢水接觸后能溶出部分堿性物，因而對工業廢水中的有機物、重金屬、懸浮物具有一定的吸附、過濾、中和及絮凝作用。近年來國內利用爐渣對工業廢水進行處理的報道越來越多，一些技術已用于工業實踐，本文即對爐渣在處理工業廢水的機理和應用實踐作一綜述。

1 爐渣的化學組成和理化特性

1.1 爐渣的化學組成
　　爐渣是煤炭燃燒后的融熔產物，含有大量硅、鎂、鈣、鋁、鐵的氧化物，化學組成見表1^[1]。

表１　燃煤爐渣化學成分 煤種 w(SiO₂) w(Fe₂O₃) w(Al₂O₃) w(CaO) w(MgO) w(k₂O) w(殘炭) 煙煤 37.8-60.9 4.3-24.9 16.8-35.2 0.9-9.6 0.4-3.9 0.3-3.4 10-30 無煙煤 49.3-62.5 5.1-16.1 15.1-25.2 0.7-4.9 0.5-1.8 1.3-2.8 10-30 褐煤 21.0-59.1 4.5-12.2 12.2-23.1 1.7-41.3 1.1-2.4 0.9-2.8 10-30

1.2 爐渣的物理特性
　　爐渣的物理特性見表2^[2]。

表2 爐渣的物理特性 有效粒徑d₁₀/m 不均勻系數k₈₀ 當量粒徑dp/m 床層孔隙率ε 密度ρs/（kg.m^-3) 吸水率H₂O 0.315×10^-3 1.99 0.45×10^-3 0.555 2.30×10³ 0.413 注：經人工破硫篩分，粒徑在0.2-0.9mm范圍

表3 爐渣被水浸泡后水的pH值 tr> 水浸泡時間/h 1 2 3 4 5 pH值 7.83 8.64 9.12 9.54 9.76 注：浸泡水的pH=7.0

表4 爐渣被水淋洗后水的pH值 水淋溶時間/h 24 48 72 96 120 pH值 9.05 9.55 9.67 9.80 9.94 注：淋溶水的pH=6.86

表5 爐渣被水浸泡后鋁的溶出量 爐渣被水浸泡時間/min 35 45 55 65 溶出鋁ρ（Al)/(mg.L^-1) 22.48 44.6 46.75 53.04

1.3 爐渣被水浸泡、淋洗后的部分化學特性
　　爐渣在被水（pH=7.0）浸泡、淋洗后，水中pH值變化和鋁的溶出量見表3、表4^[4]和表5^[5]。

2 爐渣處理廢水機理

　　爐渣去除工業廢水中污染物的過程較復雜，與其物理結構、化學成分，廢水性質(pH值、有機物組成等）等因素有關。根據目前的有關資料，爐渣處理廢水的主要機理為吸附、中和及絮凝沉降作用。
2.1 吸附過濾作用
　　爐渣具有多孔結構，孔隙率達50％－60％，比表面積較大，表面能高，爐渣中含有的殘炭達10％－30％，這些殘炭具有活性炭的性質，因此爐渣對工業廢水中的有機物、重金屬、懸浮物具有較強的物理和化學吸附作用。表6為爐渣對某些廢水中污染物的吸附情況[5-7]。

表6 爐渣對工業廢水中污染物的吸附情況 廢水種類 爐渣吸附情況 中藥廢水 有機物（COD）吸附量達1.71g/kg[爐渣] 化工硝基廢水　 硝基廢水中有機物吸附為23.7-37.7g/kg[爐渣] 對硝基物（NB）吸附為1.5-27.3g/kg[爐渣] 植物油脂廢水 油脂吸附率為5-8kg/m³[爐渣]，廢水中懸浮物吸附為25-30kg/m³[爐渣]

2.2 中和作用
　　爐渣中含有的CaO，MgO，Fe₂O₃，Al₂O₃，K₂O，Na₂O等堿性氧化物被水浸泡后進入廢水中，能提高廢水的堿度，可用來中和酸性廢水的酸度，這在處理酸性除塵廢水，酸性礦井廢水以及某些酸性重金屬廢水方面有較好的效果。
2.3 絮凝沉降作用
　　爐渣在被中性水浸泡35－65min后，被溶出的鋁達到22.5－53mg／L。鋁在水中形成的氫氧化物是良好的絮凝劑，能對廢水中有機物、重金屬、懸浮物起絮凝作用，加強其澄清沉降效果，此外爐渣中的部分無機粉塵對廢水也有混凝作用。

3 爐渣在工業廢水處理中的應用

3.1 對印染廢水的處理
　　印染廢水的特點是水質復雜，含各種有機物濃度高，堿度大、色度大。近年來紡織行業不斷改變產品結構，提高紡織物印染性能，帶來印染廢水中難生物降解物質日益增多。爐渣所具有的對廢水吸附和中和性能特別適宜對印染廢水中染料、漿料。
助劑、色度、堿度等進行吸附處理。表7^[8-11]為國內部分印染廠采用爐渣吸附處理印染廢水實例。

表7 爐渣吸附處理印染廢水 處理工藝 進水水質 爐渣過濾后水質 ρ（COD）/(mg.L^-1) 色度 pH值 ρ（COD）/(mg.L^-1) 色度 pH值 廢水→絮凝爐→渣過濾 946.5 1.03×30（吸光度） 10.82 93.3 0.021(吸光度） 10 廢水→除塵→爐渣過濾 729.5 885.1（倍） 10.85 94.5 0.33（倍） 6.98 廢水→煙氣中和→爐渣過濾 400-1200 ＞250(倍） ＜10 ＜10 無色 7-7.8 廢水→SBR→爐渣過濾 COD去除率30.7%-35.7% 色度脫色率60%-80%

3.2 對染料廢水的處理
　　染料廢水是較難處理的難生物降解廢水，與印染廢水相比，染料生產廢水不僅成分復雜，而且各種污染物濃度更高。國內一些研究者研究了利用爐渣來處理染料廢水。例如：張建志研究了用爐渣直接過濾染料廢水，廢水中色度，COD，SS，S，胺基物和硝基物去除率分別達94％，73.7％，78.5％，25％，9.4％和25.5％。如在爐渣中摻人少量粉煤灰和焦渣，在過濾廢水大于爐渣體積16.7倍情況下，對廢水中硝基物和胺基物去除率在70％以上^[12]； 孫華研究了利用爐渣處理含偶氮、酞菁有機染料的廢水，在進水ρ（COD）為251mg／L時，處理效率為44.3％，脫色率為 50％^[13]。
3.3 對制藥廢水的處理
　　制藥廢水不論是中藥廢水還是化學制藥廢水都是含有機物和各種化學物質較多的工業廢水，特別是抗菌素廢水，每升廢水中含COD高達數萬毫克，是當前國內外都較難處理的一類工業廢水。表8^[14-16]為國內部分制藥廠（含中藥廠和化學制藥廠）利用爐渣處理制藥廢水的情況。

表8 爐渣處理制藥廢水情況 廢水類型 處理工藝 廢水處理前 廢水處理后 ρ（COD）/（mg.L^-1) pH值 ρ（SS）/（mg.L^-1) ρ（COD）/（mg.L^-1) pH值 ρ（SS）/（mg.L^-1) 中藥廢水 爐渣直接過濾 1728 6.4 1656 822 8.5 106 中成藥廢水 爐渣吸附 2500 0.5 1050 8 麻黃素、抗菌素廢水 爐渣過濾 460 7.4 120 7 化學制藥廠有機廢水 爐渣過濾+生物處理 1162 6.8 382 35.8 7.1 22.4

3.4 對造紙廢水的處理
　　同秀芝^[17]等利用爐渣處理再生紙廢水，處理工藝為爐渣吸附-化學混凝沉淀，經爐渣吸附過濾后的廢水，其水質色度，SS，COD和BOD去除率分別達41.5％，29.6％，32.6％和30.3％。
3.5 對鍋爐濕法除塵廢水的處理
　　鍋爐濕法除塵廢水的特征是pH值低（pH=2－4），含大量懸浮物，要達到除塵廢水回用目的，需除去廢水中過高的酸度和懸浮物。表9[18]為國內廠家利用爐渣處理鍋爐除塵廢水情況。
3.6 爐渣對其它工業廢水處理
　　爐渣直接過濾吸附二藝適用于許多工業廢水凈化處理，如對再生膠廢水，化工硝基廢水。制革廢水等。

表9 爐渣處理鍋爐除塵廢水 廢水類型 處理工藝 進水 出水 ρ（COD）/（mg.L^-1) pH值 ρ（SS）/（mg.L^-1) ρ（COD）/（mg.L^-1) pH值 ρ（SS）/（mg.L^-1) 鍋爐脫硫除塵廢水 爐渣過濾 830 3.22 1712 100-400 7.94 未測出 鍋爐除塵廢水 爐渣和微孔陶瓷過濾 2.4 300-430 6.5 100

4 影響爐渣處理效果因素

4.1 爐渣的粒徑和比表面積
　　爐渣的粒徑越小，同樣體積的爐渣比表面積越大，與廢水接觸面積也越大，對廢水的吸附效果也越好。因此對于鏈條爐和一些老式鍋爐爐渣（多呈塊狀）在一定條件下可將其打碎篩選后使用，而對于沸騰爐的爐渣可不需篩選直接用于廢水處理。
4.2 爐渣的化學成分
　　如果爐渣化學組分中，SiO₂及Al₂O₃等活性物含量高，則有利于化學吸附。CaO的含量對爐渣處理效果有一定影響，當爐渣中CaO含量較低時，應投加一定量的石灰對爐渣進行改性，提高爐渣處理廢水能力。
4.3 廢水pH值
　　爐渣對于pH值較低的酸性工業廢水處理效果較好，這主要由于爐渣含堿性物質，爐渣在處理這類廢水時既起到了吸附作用也起到了中和作用。例如爐渣處理硝基苯工業廢水，pH值是影響其吸附效果的主要因素，當廢水pH值從1上升到3時，爐渣對硝基苯廢水中COD和NB吸附效果由42％－74％和9％－27％下降到10％－31％和1.5％－16％。
4.4 溫度影響
　　一般來說，爐渣處理廢水，溫度越低處理效果越好。
4.5 污染物濃度影響
　　爐渣處理合重金屬離子的工業廢水，對于低濃度的工業廢水，處理效果較好。如含Cr³⁺和Pb²⁺的廢水，在ρ（Cr³⁺）＜10mg／L，ρ（Pb²⁺）＜50mg/L時，經爐渣吸附能使廢水很快達到排放標準，而對于較高濃度的Cr³⁺、Pb²⁺、廢水，需加大爐渣量或采用絮凝沉淀法后再用爐渣吸附工藝處理。

5 結語

　　爐渣是一種良好的吸附介質，對工業廢水中的有機物，重金屬離子、懸浮物（SS）、酸性物、色度有良好的吸附和中和能力，可用于工業廢水的前處理和深度處理，并可在一定程度上代替活性炭，因而可降低工業廢水處理費用，吸附飽和后的爐渣可進焚燒爐焚燒，以消除二次污染。

參考文獻：

　　[1] 李彩亭，劉精今.爐渣處理煙氣脫硫除塵廢水[J].環境與開 發，1996，11（4）：10—12.
　　[2] 王學文，曲愛平，文聯奎.爐渣在深層過濾中的應用研究＊ 環境工程，1994，12（5）；43－45
　　[3] 臺明青，鄧李玲，何文惠.火電廠灰渣水溶性試驗[J].化工環 保，1998，18（3）：80－183
　　[4] 席炳炬 以廢治廢與廢水凈化再用[M].北京：中國環境科學 出版社，1992
　　[5] 李魚，范軍 爐渣在中的廢水預處理和深度處理中的應用[J]環境科學動態，1995，（3）：17－19
　　[6] 朗咸明。吳昊、孟菊英，爐渣吸附法處理硝基為水的研究[J]. 環境供護科學，2001，27（3）；18－19
　　[7] 薛福連.利用爐渣處理植物油廠廢水[J].化工環保，1999，19（1）：60－60
　　[8] 王鋼鎖，對印染廢水吸附脫色的探討[J]，環境科學研究，1990，3（4）；10-11
　　[9] 葉斌.對印染廢水的吸濾-焚燒處理研究[J]，工業水處理，1997，17（3）：36－37
　 ［10］敖國慶，侯秋月，李國林.印染廢水循環利用技術及其實踐 [J].節能技術，1997，（2）：23－26.
　 ［11］趙韻琪，祁夢蘭. 微電解-SBR組合工藝處理漂染廢水［J］ 上海環境科學，1998，17（9）：22－24
　　[12] 張建志，呂步云 半煤渣吸附法處理染料工業廢水[J].環境 工程，1991，9（1）：1-5
　 ［13］孫華.混合染料化工廢水的處理研究[J].上海環境科學， 2001，20（11）：549－551.
　　[14］解斌，何芳 爐渣吸附處理中成藥生產廢水的研究＊ 環境 污染與防治，1992，14（5）：17－19。
　　[15] 施凱，田立英，劉振儒 綜合治理藥廠廢水的研究［川 水處 理技術，1999，25（1）：54－58
　　[16] 李武，董有、夏文林. 煤灰預處理-好氧生物技術處理有機 廢水研究[J].環境科學研究，2001，14（1）：31-33
　　[17] 閆秀芝.灰渣吸附-化學混疑沉淀處理再生紙廢水[J].環境 保護科學，1999.25（5）：9—10
　　[18] 楊聯京.堿渣中和法在灰水回用中的應用[J].中國給水排 水，1995，11（4）：8-11

　　作者簡介：劉精今（1950--），男，湖北武漢人，高工，電話（0731）8821801。