粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废弃物，具有吸附和助凝作用，逐渐用于废水处理领域。研究表明，粉煤灰对废水中的COD、有机化合物、金属离子、浊度有去除作用，但将粉煤灰直接用于废水处理效果并不理想[1, 2, 3]。壳聚糖是一种有机高分子助凝剂，无毒，具有电中和与吸附架桥作用，但其在酸性条件下才溶解，且溶解速度较慢，直接应用受到一定限制，而且壳聚糖价格较贵，直接使用成本较高，故将其与膨润土、蒙脱石、硅藻土、粉煤灰等联合起来处理废水是当前的研究热点[4, 5, 6, 7]。笔者制备了改性粉煤灰与壳聚糖的复合吸附剂，利用壳聚糖的电中和与架桥作用，以及粉煤灰的吸附作用去除高浊水的浊度，并对其除浊性能进行研究。
1 实验部分
1.1 材料与仪器
实验所用粉煤灰取自银川某电厂，其主要成分如表1所示。
实验试剂：盐酸，分析纯，四川西陇化工有限公司;硫酸，分析纯，成都市科龙化工试剂厂;氢氧化钠，分析纯，天津市致远化学试剂有限公司;冰乙酸，分析纯，天津市瑞金特化学品有限公司;壳聚糖，分析纯，国药集团化学试剂有限公司;高岭土，分析纯，天津市光复精细化工研究所。主要仪器：T8-1型磁力加热搅拌器，重庆吉祥教学实验设备有限公司;FA2004B型电子天平，上海精密科学仪器有限公司;HSB-B88循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司;101型电热鼓风干燥箱，北京科伟永兴仪器有限公司;pHS-25型pH计，上海精密科学仪器有限公司;ZD型浊度仪，无锡优量仪表公司。
1.2 吸附剂的制备
(1)粉煤灰的酸浸。选用2 mol/L H2SO4溶液，以液固比10 mL∶3 g对粉煤灰进行酸浸，常温搅拌后静置24 h，抽滤，并用蒸馏水多次冲洗，放入105 ℃电热鼓风干燥箱中烘干，冷却至室温，用研钵研细即得改性粉煤灰。
(2)吸附剂的制备。将质量分数为98%的冰醋酸稀释至5%的溶液，用此稀释溶液将壳聚糖配制成质量分数为2%的壳聚糖溶液，按不同的质量比加入改性粉煤灰，常温下搅拌均匀呈糊状后，放入105 ℃电热鼓风干燥箱中烘干，冷却后磨细，即得吸附剂。
1.3 实验方法
取一定量校园池塘水加入一定量的高岭土，搅拌均匀，静置24 h后，取上清液。测其浊度为200 NTU，pH为6.8。
取该高浊水100 mL，加入一定量的吸附剂，搅拌一定时间后静置15 min，用移液管吸取液面下10 mm处水样测定浊度，并计算除浊率。除浊率按式(1)计算。
式中：N1——原水样的浊度，NTU;
N2——水样经处理后的浊度，NTU。
2 结果与讨论
2.1 质量比对除浊率的影响
取9份100 mL高浊水样置于150 mL烧杯中，分别加入壳聚糖与改性粉煤灰质量比为0∶10、1∶100、1∶50、1∶30、1∶20、1∶15、1∶10、1∶8、1∶6的吸附剂各0.3 g，搅拌30 min，静止15 min，测定其浊度，质量比对除浊率的影响见图1。
图1 质量比对除浊率的影响
由图1可知，随着壳聚糖与改性粉煤灰质量比的增加，废水除浊率先升高后下降，质量比为0.1时除浊率最高，达到89%。原因主要为改性粉煤灰单独存在时，其与高岭土表面的负电荷有一定排斥作用，除浊效果较差，当加入壳聚糖后可产生电中和与架桥作用，其包裹在粉煤灰表面使粉煤灰带正电荷，与高岭土表面的负电荷发生电中和作用，有利于吸附和凝聚;但随着壳聚糖的增加，粉煤灰与高岭土颗粒表面均被占据，不存在吸附空位，不利于壳聚糖的架桥作用，同时废水中高岭土颗粒表面的负电荷被完全中和后，剩余的正电荷使其表面电荷性质反转，颗粒间斥力增大，不利于除浊。因此壳聚糖与改性粉煤灰最佳质量比为0.1。
2.2 吸附剂投加量对除浊率的影响
取100 mL高浊水样7份置于150 mL烧杯中，分别加入0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.5、0.7 g质量比为1∶10的复合吸附剂，搅拌30 min后静止15 min，测定其浊度，投加量对除浊率的影响见图2。
图2 复合吸附剂投加量对除浊率的影响
由图2可知，复合吸附剂投加量对高浊水样的除浊效果影响比较明显，投加量从 0.05 g 增加到 0.3 g时除浊率由62.5%增加到 97.5%以上。这是由于吸附剂投加量增加，水中颗粒进入吸附架桥作用范围内的数量增加，同时正电荷增加，颗粒表面的负电荷不断被中和减少，有利于颗粒的去除;当吸附剂投加量超过 0.3 g 后，继续增加吸附剂的用量，浊度去除率反而降低，这可能是由于吸附剂投加量过大造成颗粒表面被高分子覆盖，使架桥作用难以发生，同时颗粒表面带有正电荷，相互排斥作用力增加，反而产生稳定作用，不利于絮凝沉降。因此，选择3 g/L 为吸附剂的最佳投加量。
2.3 搅拌时间对除浊率的影响
分别取100 mL高浊水样7份置于150 mL烧杯中，分别加入0.3 g质量比为1∶10的复合吸附剂，搅拌一定时间，静止15 min，测定其浊度，考察搅拌时间对除浊率的影响，结果见图3。由图3可知，搅拌时间对浊度去除率的影响较大。前10 min除浊率变化急剧，是因为搅拌时间太短，吸附剂与水中颗粒没有充分接触。10~30 min时除浊率随搅拌时间的增加而增大。搅拌时间超过30 min后，浊度去除率基本保持不变，说明此时吸附剂的吸附已接近饱和。因此最佳搅拌时间为30 min。
图3 搅拌时间对除浊率的影响
2.4 pH对除浊率的影响
分别取100 mL高浊水样12份置于150 mL烧杯中，调节pH，分别加入0.3 g质量比为1∶10的复合吸附剂，搅拌30 min，静止15 min，测其浊度，考察pH对除浊率的影响，见图4。
图4 pH对除浊率的影响
由图4可知，pH对高浊水样的浊度去除率有很大影响。当 pH 在3~8 时吸附剂的除浊率较高，变动较小，pH为7~8时除浊率最高，可达98%;pH<3时除浊率急剧下降，这可能是因为在强酸性环境中壳聚糖会发生酸溶，影响其吸附性能;pH在9~10时除浊率急剧下降，这可能是由于碱性条件下壳聚糖的电离受阻，不能产生电中和作用;当pH继续增大时，除浊率有所增加，溶液中出现细小絮状物，鉴于高浊水是由高岭土配制而成，其主要成分含有Si、Al等，在强碱性条件下生成了硅铝酸盐，具有分子筛的吸附功能。实验确定最佳pH范围为7~8。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3 结论
对改性粉煤灰负载壳聚糖用于处理高浊水，结果表明：(1)随着壳聚糖与改性粉煤灰质量比的增大，除浊率先增加后降低，当壳聚糖与改性粉煤灰的质量比为0.1时，除浊效果最好;(2)搅拌时间为 30 min时除浊效果最佳，搅拌时间减少会降低除浊率;(3)pH对除浊效果影响较大，pH在3~8时除浊效果较好，pH为7~8时除浊率最高，达到98%;(4)随着吸附剂投加量的增加，除浊率先增加后降低，投加量为3 g/L时对废水的除浊率最高。
