2.9 在環(huán)境工程中的利用

粉煤灰比表面積大、多孔，具有一定的活性基團，這就使其具有較強的吸附能力成為污水處理的吸附材料。粉煤灰的吸附作用主要包括物理吸附和化學吸附兩種，它能吸附污水中懸浮物、脫除有色物質、降低色度、吸附并除去污水中的耗氧物質。

物理吸附是指粉煤灰與吸附質間通過分子間引力產(chǎn)生吸附，這一作用由粉煤灰的多孔性及比表面積決定。其特征主要是吸附時粉煤灰顆粒表面能降低、放熱，在低溫下可自發(fā)進行；其次是無選擇性，因而對各種污染物都有一定吸附去除能力。

化學吸附是指粉煤灰中存在著大量鋁、鐵、硅等活性點，能與吸附質通過化學鍵發(fā)生結合。例如，粉煤灰中的Al₂O₃、CaO等活性組分，能與氟生成絡合物或生成對氟有絮凝作用的膠體離子，從而具有較好的除氟能力。粉煤灰還具有一定的除臭能力。從某發(fā)電廠的試驗結果可以看出，粉煤灰對含油廢水COD和氨氮去除率超過20%，經(jīng)過工業(yè)運行充分混合，長時間吸附、沉降、過濾及生化處理，效果更佳。

在通常情況下，物理吸附和化學吸附作用同時存在，但在不同條件下（pH值、溫度）體現(xiàn)出的優(yōu)勢不同，導致粉煤灰的吸附性能變化。

2.9.1 處理生活污水

粉煤灰可作為生活污水的吸附劑，它對COD的吸附受pH值、灰水比、粉煤灰粒徑、溫度、時間等因素影響。

（1）pH值的影響

吸附性能隨pH值的增大而減小。原因是當pH值改變時，水及溶解在其中的各種分子或離子態(tài)物質會表現(xiàn)出各種各樣的物理化學行為。另外，粉煤灰的主要化學成分是Al₂O₃、CaO、SiO₂等，酸性條件下鋁及鐵部分溶出變成無機混凝劑，在一定程度上促進了粉煤灰的吸附作用。生活污水的COD去除率隨pH值的變化較平緩，表明pH值對粉煤灰的吸附作用影響不大。從經(jīng)濟方面考慮，生活污水可以不調節(jié)pH值，可以進行直接處理。

（2）灰水比的影響

吸附性能隨灰水比的增大而增加，但灰水比達到一定比例，吸附性能增加不明顯。因此，不同的粉煤灰對不同的生活污水有一個相應的最佳灰水比值。

（3）粒徑的影響

吸附性能隨粒徑變小而減小。因為粉煤灰粒徑越大，顆粒表面粗糙，內(nèi)孔豐富，含碳粒較多，所以吸附性能自然好。而粒徑小的粉煤灰顆粒中含少量碳粒，其余均為透明的玻璃體，顆粒表面光滑且內(nèi)孔細小，所以吸附性能就小。

（4）溫度的影響

吸附性能隨污水溫度的降低而升高，因為吸附反應是一個自發(fā)的放熱反應。但對污水處理來講，一般在常溫進行。

（5）時間的影響

吸附性能隨時間的增加而增大，但到一定時間，吸附達到平衡后，吸附性能與時間基本無關。

2.9.2 處理含氟廢水

高濃度含氟化工廢水的處理采用電石渣混凝沉淀—粉煤灰過濾工藝，處理后氟及其他各種指標均達到國家排放標準。主要控制指標為電石渣用量、攪拌反應時間、接觸時間等。直接用粉煤灰做吸附劑，對含氟質量濃度為10～500mg/L的廢水進行除氟處理，在最佳條件下，除氟率可達90%以上，除氟后的飽和灰燒制成磚塊，對環(huán)境不會造成二次污染。另外，還可以利用粉煤灰-生石灰體系進行處理，在廢水含氟20～100mg/L的情況下，可使其降至10mg/L以下。用此法處理含氟廢水工藝簡單，操作方便，成本低廉。用粉煤灰中回收的磁珠作磁種，加入混凝劑，用高梯度磁分離技術處理含磷廢水效果顯著。

2.9.3 處理焦化廢水

粉煤灰為吸附劑在線處理來自生化處理工序的焦化廢水，可以取得較好的污染物去除效果。某焦化廠處理水量100t/h，粉煤灰用量為1.7t/h時，COD、酚、氰化物、硫化物、油、氨氮、BOD₅、色度的平均去除率為57.4%。處理后水質除氨氮略高外，其余污染物均達到我國一級焦化新廠排放標準。處理后的水60%被回用，用過的粉煤灰可制作建筑材料。

此外，利用粉煤灰的吸附作用，可以有效地進行其他廢水的治理，如富營養(yǎng)化廢水、中藥廢水、含二價鐵離子的酸性礦井水、含砷廢水、酚醛樹脂生產(chǎn)中的含酚廢水等。

2.9.4 用于煙氣脫硫

近幾年來，國內(nèi)外都在開展利用粉煤灰制高級脫硫劑的研究。粉煤灰中主要成分SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和CaO在常溫有水存在的情況下，細粉末狀的火山灰能與堿金屬和堿土金屬發(fā)生“凝硬反應”的特性，被認為是粉煤灰循環(huán)利用過程中提高鈣基吸收劑利用率的原因所在。

試驗證明，用粉煤灰制成的脫硫劑的脫硫效率要高于純的石灰脫硫劑，這是因為氣-固反應中吸收劑比表面積的大小是反應速率快慢的主要決定因素。在適當?shù)幕?石灰比和反應溫度時，脫硫率可達到90%以上。

2.9.5 用于防治噪聲

（1）制作保溫吸音材料

將70%粉煤灰和30%硅質黏土材料以及發(fā)泡劑等混配后，經(jīng)二次燒成工藝制作粉煤灰泡沫玻璃，具有優(yōu)良的防水、保溫、隔熱、吸聲和隔聲等性能，可廣泛應用于建筑工程。用電廠70%的干灰和濕灰加黏結劑、石灰、黏土等制成φ80～100mm的料球放入高溫爐內(nèi)熔化成玻璃液態(tài)，經(jīng)過離心噴吹制成粉煤灰纖維棉，再經(jīng)深加工，可制作高檔新型保溫吸音板等建材產(chǎn)品。

（2）制作CRC雙扣隔聲墻板

輕質隔墻板是現(xiàn)代工業(yè)化建筑體系和新型墻體材料的重要組成部分。條板式CRC圓孔隔墻板在輕質隔墻板中發(fā)展最快，其中，圓孔隔墻板最為突出，約占市場的80%以上。粉煤灰CRC圓孔隔墻板以其重量輕、強度高、防火與耐水性能好、生產(chǎn)成本低、運輸安裝方便等特性得到了我國各級政府的大力推廣與應用。

（3）工程實例

南京某公司開發(fā)了粉煤灰纖維棉防火吊頂板，有關情況如下。

①產(chǎn)品規(guī)格及性能

長×寬：1200mm×600mm，600mm×600mm，30mm×600mm。

厚：10mm、12mm、15mm、18mm。

尺寸公差：長、寬為±2mm，直角度為<1/200。

抗彎強度：平均≥0.62MPa。

含水率：<3%。

熱導率：0.08W/（m·K）（75℃）。

吸聲系數(shù)：0.04～0.06（250～400Hz）。

耐火等級：一級不燃（國家標準）。

密度：250kg/m³，370kg/m³，450kg/m³。

②原材料　主要原材料是粉煤灰纖維棉，加少量添加劑，以淀粉為膠黏劑。

③工藝流程　有關工藝生產(chǎn)過程和機械設備均從國內(nèi)已經(jīng)有成熟技術的礦棉吸聲板移植過來，粉煤灰纖維棉吊頂板工藝流程如圖2-46所示。

④產(chǎn)品應用與開發(fā)前景　粉煤灰纖維棉防火吸聲吊頂板集裝飾、吸聲、保溫、防火、輕質、無公害等功能于一身，已廣泛應用于賓館、飯店、辦公樓、影劇院、食堂、音樂廳、體育館、商場、計算機房、控制室、候機樓、核電站、住宅、別墅等各種民用建筑和工業(yè)建筑中。由于這種材料可以鋸切、刀割，采用吊掛方式安裝，施工方便、快捷，很受歡迎。

目前，國內(nèi)吸聲板市場供不應求，盡管國內(nèi)的吸聲板主要仍將以礦棉或巖棉為原料，但粉煤灰可以作為重要的補充，在與礦棉板和巖棉板的競爭中處于有利的地位。