焦化廢水是在消費焦炭、煤氣、焦油及其他焦化產(chǎn)品的過程中產(chǎn)生的以含酚為主的高濃度有機廢水，需經(jīng)預處置、生化處置和深度處置后才干達標排放。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。研討標明，硅酸鈣經(jīng)改性后，其吸附性能能夠進步，但有的改性辦法在進步吸附效果的同時也加大了工業(yè)廢水處理費用。

S. Wang 等經(jīng)過超聲波與堿共同作用對粉煤灰實施改性處置后，與未改性的粉煤灰相比，其對亞甲基藍的吸附才能從0.006 mmol/g 進步到0.012mmol/g。筆者應用超聲波空化作用所引發(fā)的能量效應和機械效應對硅酸鈣實施改性使其構造和外表化學性質發(fā)作改動，以進步其吸附才能，并研討了其對焦化廢水的吸附效果。

1 資料與辦法

1.1 實驗資料

實驗所用硅酸鈣（CaSiO3）由內(nèi)蒙古大唐國際再生資源開發(fā)有限公司提供。

實驗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 實驗設備

752N 紫外分光光度計，上海精細科學儀器有限公司；HY-B2 盤旋振蕩器，常州國華電器有限公司；pHS-3C 型酸度計，上海精細科學儀器有限公司；SK2210LHC 超聲清洗器，上?？茖С晝x器有限公司。

1.3 改性硅酸鈣的制備辦法

將硅酸鈣研磨過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，超聲振蕩一段時間后，抽濾、烘干，研磨過0.15 mm 分樣篩，即制得超聲波改性硅酸鈣。

1.4 實驗辦法

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間后，靜置，取濾液實施COD 及NH3-N 的測定。其中COD 的測定采用重鉻酸鉀法，NH3-N 的測定采用納氏試劑分光光度法。

2 結果與剖析

2.1 影響要素的討論剖析

2.1.1 投加量對吸附效果的影響

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 個盛有100 mL 廢水的錐形瓶中，置于振蕩器上振蕩60 min，靜置，過濾，取濾液實施COD 及NH3-N 的測定，并計算去除率。為了比照硅酸鈣改性前后對污染物的吸附效果，同時取硅酸鈣實施上述實驗，結果見圖 1。

圖 1 投加量對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，并在投加質量濃度為17.5 g/L 時，對COD、NH3-N去除率到達最大，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變化，不利于其對COD 的吸附。另外吸附劑顆粒之間會發(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量濃度為17.5 g/L。在相同投加量下，改性硅酸鈣對COD 的去除率均高于硅酸鈣的對應值，其中改性后的硅酸鈣對NH3-N 的去除率比未改性時進步約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分離而被吸附。

2.1.2 振蕩時間對吸附效果的影響

取8 個錐形瓶，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，過濾，取濾液實施COD及NH3-N 的測定，并計算去除率。為了比照硅酸鈣改性前后的吸附效果，取硅酸鈣實施上述實驗，結果見圖 2。

圖 2 振蕩時間對COD 及NH3-N 去除率的影響

由圖 2 可知，隨著振蕩時間的延長，改性硅酸鈣對COD 及NH3-N 的去除率均呈先增加后減少的趨向。并在振蕩時間為60 min 時，對COD 及NH3-N的去除率到達最大，分別為44.87%、68.34%。振蕩60~120 min 時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，肯定最佳振蕩時間為60 min。同時，改性后的硅酸鈣提早15 min到達吸附均衡，可能是因改性后硅酸鈣上的比外表積增大、活性位點增加，從而加快了吸附速率，縮短了吸附均衡時間。

2.1.3 廢水pH 對吸附效果的影響

分別取100 mL 水樣于8 個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，過濾，取濾液實施COD及NH3-N 的測定，并計算去除率。為了比照硅酸鈣改性前后對污染物的吸附效果，取相同質量的硅酸鈣實施上述實驗，結果見圖 3。

圖 3 pH 對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pH 為6~8 時，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COD 的吸附。

當pH=7 時，改性硅酸鈣的NH3-N 去除率達最大，為68.84%，這是由于pH 較低時，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被H+占領，影響對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性質發(fā)作變化使其不易吸附游離氨所致。

綜上，單要素實驗標明，改性硅酸鈣對焦化廢水的最優(yōu)吸附條件為： 改性硅酸鈣投加質量濃度為17.5 g/L，振蕩時間為60 min，pH=7。

2.2 正交實驗

按L9（33）設計正交實驗，要素程度表及實驗結果見表 1、表 2。

由表 2 中的極差值R 能夠看出，3 個要素的影響大小依次是： 振蕩時間>pH>改性硅酸鈣投加量；正交實驗標明，改性硅酸鈣對焦化廢水的最優(yōu)吸附條件為：改性硅酸鈣投加質量濃度為20.0 g/L，振蕩時間為45 min，pH=6。

2.3 比照實驗

依據(jù)正交實驗結果，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，過濾，取濾液實施COD 及NH3-N 的測定，并計算去除率，結果見圖 4。

圖 4 不同吸附劑吸附效果比照

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

3 結論

（1）超聲波改性可明顯進步硅酸鈣的吸附性能，單要素實驗結果標明，投加質量濃度為17.5 g/L 時，改性硅酸鈣對COD 與NH3-N 的去除效果最好；在振蕩時間為60 min 時到達吸附均衡； 在堅持原水pH 的狀況下，有利于改性硅酸鈣對COD 與NH3-N的吸附。

（2）在單要素實驗的根底上，實施正交實驗以肯定最佳的吸附操作條件。實驗結果標明，在改性硅酸鈣投加質量濃度為20.0 g/L，振蕩時間為45 min；pH=6 的條件下，COD 與NH3-N 的去除率分別為41.16%、66.16%。

（3）在相同的實驗條件下，將改性硅酸鈣、硅酸鈣、粉煤灰及活性炭實施比照實驗。結果標明，改性硅酸鈣的吸附性能明顯高于硅酸鈣、粉煤灰，對氨氮的去除率高于活性炭，對COD 的去除率低于活性炭。