焦化廢水是在消費(fèi)焦炭、煤氣、焦油及其他焦化產(chǎn)品的過(guò)程中產(chǎn)生的以含酚為主的高濃度有機(jī)廢水，需經(jīng)預(yù)處置、生化處置和深度處置后才干達(dá)標(biāo)排放。吸附法能有效地去除廢水中的多種污染物，處置后出水水質(zhì)好且較穩(wěn)定。

硅酸鈣是粉煤灰經(jīng)提取高鋁粉后產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物，其顯微構(gòu)造呈蜂窩狀、層狀、卷曲層狀，因微粒內(nèi)部及外表孔隙發(fā)育的特性，其對(duì)污染物具有一定的吸附性能。但直接用硅酸鈣吸附污染物存在吸附容量有限、處置本錢較高等問題。研討標(biāo)明，硅酸鈣經(jīng)改性后，其吸附性能能夠進(jìn)步，但有的改性辦法在進(jìn)步吸附效果的同時(shí)也加大了工業(yè)廢水處理費(fèi)用。

S. Wang 等經(jīng)過(guò)超聲波與堿共同作用對(duì)粉煤灰實(shí)施改性處置后，與未改性的粉煤灰相比，其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附才能從0.006 mmol/g 進(jìn)步到0.012mmol/g。筆者應(yīng)用超聲波空化作用所引發(fā)的能量效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)對(duì)硅酸鈣實(shí)施改性使其構(gòu)造和外表化學(xué)性質(zhì)發(fā)作改動(dòng)，以進(jìn)步其吸附才能，并研討了其對(duì)焦化廢水的吸附效果。

1 資料與辦法

1.1 實(shí)驗(yàn)資料

實(shí)驗(yàn)所用硅酸鈣（CaSiO3）由內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開發(fā)有限公司提供。

實(shí)驗(yàn)用水取自某焦化廢水處置廠生化出水，其pH 6.87~7.66，COD 120~200 mg/L，NH3-N 100~150mg/L。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

752N 紫外分光光度計(jì)，上海精細(xì)科學(xué)儀器有限公司；HY-B2 盤旋振蕩器，常州國(guó)華電器有限公司；pHS-3C 型酸度計(jì)，上海精細(xì)科學(xué)儀器有限公司；SK2210LHC 超聲清洗器，上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司。

1.3 改性硅酸鈣的制備辦法

將硅酸鈣研磨過(guò)0.15 mm（100 目）分樣篩后，取一定量的硅酸鈣與水依照一定的固液比混合平均，置于超聲波清洗器中，在一定頻率、超聲功率及水浴溫度的條件下，超聲振蕩一段時(shí)間后，抽濾、烘干，研磨過(guò)0.15 mm 分樣篩，即制得超聲波改性硅酸鈣。

1.4 實(shí)驗(yàn)辦法

在室溫下，稱取一定量的改性硅酸鈣于盛有100 mL 廢水的錐形瓶中，于150 r/min 的條件下振蕩一定時(shí)間后，靜置，取濾液實(shí)施COD 及NH3-N 的測(cè)定。其中COD 的測(cè)定采用重鉻酸鉀法，NH3-N 的測(cè)定采用納氏試劑分光光度法。

2 結(jié)果與剖析

2.1 影響要素的討論剖析

2.1.1 投加量對(duì)吸附效果的影響

依次稱取0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50 g 改性硅酸鈣于9 個(gè)盛有100 mL 廢水的錐形瓶中，置于振蕩器上振蕩60 min，靜置，過(guò)濾，取濾液實(shí)施COD 及NH3-N 的測(cè)定，并計(jì)算去除率。為了比照硅酸鈣改性前后對(duì)污染物的吸附效果，同時(shí)取硅酸鈣實(shí)施上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖 1。

圖 1 投加量對(duì)COD 及NH3-N 去除率的影響

由圖 1 可知，隨著改性硅酸鈣投加量的增加，COD 及NH3-N 的去除率均呈先增大后減小的現(xiàn)象，并在投加質(zhì)量濃度為17.5 g/L 時(shí)，對(duì)COD、NH3-N去除率到達(dá)最大，其中COD 去除率為43.93%，NH3-N去除率為65.87%，但之后隨著投加量的增加，COD及NH3-N 去除率均呈降落趨向，這可能是由于改硅酸鈣投加量的增加使水樣性質(zhì)變化，不利于其對(duì)COD 的吸附。另外吸附劑顆粒之間會(huì)發(fā)作頻繁的碰撞，不利于吸附劑吸附溶液中的氨氮，從而使吸附效果降低〔5〕。因而，改性硅酸鈣的最佳投加質(zhì)量濃度為17.5 g/L。在相同投加量下，改性硅酸鈣對(duì)COD 的去除率均高于硅酸鈣的對(duì)應(yīng)值，其中改性后的硅酸鈣對(duì)NH3-N 的去除率比未改性時(shí)進(jìn)步約1 倍。闡明經(jīng)超聲波改性后，NH3-N 易與吸附劑上的活性位點(diǎn)分離而被吸附。

2.1.2 振蕩時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

取8 個(gè)錐形瓶，分別參加1.75 g 改性硅酸鈣、100 mL 廢水，于振蕩器上分別振蕩15、30、45、60、75、90、105、120 min，靜置，過(guò)濾，取濾液實(shí)施COD及NH3-N 的測(cè)定，并計(jì)算去除率。為了比照硅酸鈣改性前后的吸附效果，取硅酸鈣實(shí)施上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖 2。

圖 2 振蕩時(shí)間對(duì)COD 及NH3-N 去除率的影響

由圖 2 可知，隨著振蕩時(shí)間的延長(zhǎng)，改性硅酸鈣對(duì)COD 及NH3-N 的去除率均呈先增加后減少的趨向。并在振蕩時(shí)間為60 min 時(shí)，對(duì)COD 及NH3-N的去除率到達(dá)最大，分別為44.87%、68.34%。振蕩60~120 min 時(shí)COD 及NH3-N 的去除率均呈現(xiàn)降落趨向，其緣由可能是發(fā)作理解吸，因而，肯定最佳振蕩時(shí)間為60 min。同時(shí)，改性后的硅酸鈣提早15 min到達(dá)吸附均衡，可能是因改性后硅酸鈣上的比外表積增大、活性位點(diǎn)增加，從而加快了吸附速率，縮短了吸附均衡時(shí)間。

2.1.3 廢水pH 對(duì)吸附效果的影響

分別取100 mL 水樣于8 個(gè)250 mL 的錐形瓶中，將水樣的pH 用濃度為1 mol/L 的NaOH 或分別調(diào)至3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，然后向錐形瓶中均投入1.75 g 的改性硅酸鈣，置于振蕩器上振蕩60 min，靜置，過(guò)濾，取濾液實(shí)施COD及NH3-N 的測(cè)定，并計(jì)算去除率。為了比照硅酸鈣改性前后對(duì)污染物的吸附效果，取相同質(zhì)量的硅酸鈣實(shí)施上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖 3。

圖 3 pH 對(duì)COD 及NH3-N 去除率的影響

由圖 3可知，pH 在3~10 范圍內(nèi)，改性硅酸鈣的COD 及NH3-N 的去除率均呈先增大后減小的趨向，其中當(dāng)pH 為6~8 時(shí)，改性硅酸鈣的COD 去除率為37.77%~42.44%，增加較為穩(wěn)定，闡明中性偏堿性的條件，利于改性硅酸鈣對(duì)COD 的吸附。

當(dāng)pH=7 時(shí)，改性硅酸鈣的NH3-N 去除率達(dá)最大，為68.84%，這是由于pH 較低時(shí)，溶液中的H+濃度比擬高，氨氮主要以NH4+方式存在，改性硅酸鈣外表所提供的吸附活性位點(diǎn)被H+占領(lǐng)，影響對(duì)NH4+的吸附才能； 而在堿性的條件下，NH3-N 以游離氨的方式存在，可能是改性后硅酸鈣的化學(xué)性質(zhì)發(fā)作變化使其不易吸附游離氨所致。

綜上，單要素實(shí)驗(yàn)標(biāo)明，改性硅酸鈣對(duì)焦化廢水的最優(yōu)吸附條件為： 改性硅酸鈣投加質(zhì)量濃度為17.5 g/L，振蕩時(shí)間為60 min，pH=7。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

按L9（33）設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，要素程度表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 1、表 2。

由表 2 中的極差值R 能夠看出，3 個(gè)要素的影響大小依次是： 振蕩時(shí)間>pH>改性硅酸鈣投加量；正交實(shí)驗(yàn)標(biāo)明，改性硅酸鈣對(duì)焦化廢水的最優(yōu)吸附條件為：改性硅酸鈣投加質(zhì)量濃度為20.0 g/L，振蕩時(shí)間為45 min，pH=6。

2.3 比照實(shí)驗(yàn)

依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別稱取2.0 g 改性硅酸鈣、硅酸鈣、粉煤灰、活性炭于4 個(gè)250 mL 的錐形瓶中，然后向錐形瓶中均參加100 mL 焦化廢水生化出水，振蕩45 min 后，靜置，過(guò)濾，取濾液實(shí)施COD 及NH3-N 的測(cè)定，并計(jì)算去除率，結(jié)果見圖 4。

圖 4 不同吸附劑吸附效果比照

由圖 4 可知：在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，改性硅酸鈣的吸附性能明顯高于硅酸鈣、粉煤灰，對(duì)氨氮的去除率高于活性炭，對(duì)COD 的去除率低于活性炭。

3 結(jié)論

（1）超聲波改性可明顯進(jìn)步硅酸鈣的吸附性能，單要素實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，投加質(zhì)量濃度為17.5 g/L 時(shí)，改性硅酸鈣對(duì)COD 與NH3-N 的去除效果最好；在振蕩時(shí)間為60 min 時(shí)到達(dá)吸附均衡； 在堅(jiān)持原水pH 的狀況下，有利于改性硅酸鈣對(duì)COD 與NH3-N的吸附。

（2）在單要素實(shí)驗(yàn)的根底上，實(shí)施正交實(shí)驗(yàn)以肯定最佳的吸附操作條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，在改性硅酸鈣投加質(zhì)量濃度為20.0 g/L，振蕩時(shí)間為45 min；pH=6 的條件下，COD 與NH3-N 的去除率分別為41.16%、66.16%。

（3）在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，將改性硅酸鈣、硅酸鈣、粉煤灰及活性炭實(shí)施比照實(shí)驗(yàn)。結(jié)果標(biāo)明，改性硅酸鈣的吸附性能明顯高于硅酸鈣、粉煤灰，對(duì)氨氮的去除率高于活性炭，對(duì)COD 的去除率低于活性炭。