粉煤灰是一种多孔的松散固体集合物，是一种海绵状、中空的球形细小颗粒，其真密度：2000～2300kg/m3，堆积密度：550～658kg/m3，孔隙率：60%～75%，氮吸附法测得的比表面积可达800～19500cm2/g。粉煤灰的主要化学成分为SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO及未燃烧的炭，还含有少量K、P、S、Mg等的化合物和Cu、Zn等的微量元素。近年来，粉煤灰产量不断攀升。预计到2020年，总累积堆存量将达到30亿吨左右。如此大量的粉煤灰，如果仅仅是普通存放而并不加以特殊处理，除占据大片耕地良田外，其扬尘也会造成空气的严重污染，并且由于淋滤作用，排放地也会浸污地下水系，而灰浆排放到江河湖泊中也会阻塞污染河道，直接影响到水生物的生长，导致生态平衡的破坏。因此，粉煤灰的有效利用不仅关系到中国煤炭产业、电力工业及相关工业的可持续发展问题，还对实现循环经济同样具有特别重要意义。
目前，我国粉煤灰的利用范围很广，涉及到了建筑、道路、农业、化工等众多领域。本文就粉煤灰处理废水这一方面展开研究，为处理各种废水提供一种新思路。
1、粉煤灰处理废水的机理
根据粉煤灰的理化性质，粉煤灰对废水中有害物质的去除主要是通过吸附、絮凝沉淀与过滤作用。粉煤灰的比表面积大、表面能高，铝与硅等活性点比较多，具有较强的吸附能力，包括物理吸附与化学吸附。物理吸附是由粉煤灰的多孔性与比表面积决定的。比表面积越大，其吸附效果也就越好。化学吸附主要取决于粉煤灰表面的大量Si-O-Si键、Al-O-Al键、极性分子产生偶极-偶极键的吸附，以及阴离子与粉煤灰中次生的带正电荷的硅酸铝、硅酸钙、硅酸铁之间形成离子交换或离子对的吸附。除吸附除掉有害物质，粉煤灰的一些成分还能够和废水中的有害物质相互作用产生絮凝沉淀，与粉煤灰构成吸附-絮凝沉淀协同作用，如：氧化钙溶于水之后产生钙离子，钙离子能够和染料中的磺酸基相互作用形成磺酸盐沉淀，也能与氟离子相互作用形成氟化钙沉淀。因此，用氧化钙含量比较低的粉煤灰来处理含氟废水或染料废水时，经常采用粉煤灰-石灰体系，其目的就是增加溶液中钙离子浓度。此外，粉煤灰的孔隙率很高，当废水通过粉煤灰时，粉煤灰就可以过滤并截留大部分悬浮物。粉煤灰的沉淀与过滤在吸附过程中起着辅助作用，不能取代吸附的主导地位。
2、粉煤灰处理废水
2.1 粉煤灰处理城市垃圾渗滤液
城市垃圾渗滤液一般具有特殊的气味，含有大量有机物、硫化物、氨氮、悬浮物与微生物等，它具有很强的毒性及污染性，治理难度特别大。垃圾渗滤液的处理方法一般有絮凝沉淀法、化学氧化法、生物降解法与光催化法等。
阮湘元等以具絮凝、吸附与降解多功能粉煤灰废水处理材料填充成一个絮凝沉降降解过滤箱，组合有鼓气和臭氧的连续式5级垃圾场渗滤液集成处理系统。在垃圾渗滤液流量、臭氧流量、吹风量分别为40L/h、15mg/L、40L/(m3·h)的工艺条件下，渗滤液的色度、悬浮物、CODCr、BOD5、氨氮与硫化物等主要污染物指标分别降低90%、93%、96%、92%、86%与92%，达到了垃圾场渗滤液二级控制的标准。吴烈善等采用物理方法与化学方法对粉煤灰进行了改性处理，然后用改性粉煤灰处理垃圾渗滤液。改性粉煤灰对垃圾渗滤液中COD和色度的去除率分别可达到67.3%和87.3%。刘作华等采用粉煤灰吸附分离与微波高级氧化的组合工艺处理垃圾渗滤液，来降低其化学需氧量浓度。粉煤灰是有机废水吸附剂，同时其溶出的铁与其他过渡金属离子能和H2O2形成Fenton类试剂，形成氧化能力非常强的羟基自由基，氧化处理渗滤液中有机物。当pH=2，粉煤灰量达到20g/L，搅拌1h后过滤分离;每1L滤液加入2mL30%的H2O2(质量比)，放入微波炉，温度为80℃，功率600W条件下，在微波中作用20min，其化学需氧量的去除率可以达69.81%。
2.2 粉煤灰处理电镀废水
电镀工业是我国一大行业，全国有上千家电镀厂。据文献报道，我国每年排出的电镀废水量约为40×108m3，主要来自于地面清洗水，滴、漏、渗带出的电镀液与废电镀液等，含有氰化物、六价铬等剧毒成分，危害特别大，还含有锌、铜、镍等金属离子。所以，在排放前有必要对其进行处理。
吴小东用粉煤灰作为主要原料，以粘土作为胶结材料，碳酸钙、蛭石与珍珠岩为造孔材料，于一定掺和比例与烧制温度下制备了一种Ni2+吸附剂，研究了其对Ni2+的吸附动力学与等温吸附等主要吸附性能，考察了其在不同络合条件下和多重金属混合条件下对Ni2+的吸附能力，最后对电镀废液中的Ni2+进行了振荡吸附与模拟反应器吸附，得到了可以作为实际应用的参考条件。罗榕梅将电镀废水作为研究对象，采用酸浸粉煤灰-少量亚铁离子联合的方法处理电镀废水。探讨了该处理方法对废水中的Cr6+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的去除率与影响因素，如盐酸浓度、还原时间、絮凝时间、pH值、水样初始浓度与粉煤灰用量等，从而确定了最佳实验条件。实验结果表明，该方法不仅能够有效去除水中的Cr6+等金属离子，而且能够快速产生絮凝体，污泥量小，含水量小，具有较高的社会效益和经济效益。薛金凤发现，用盐酸浸泡的粉煤灰和少量的亚铁离子联合处理电镀废水，再用氢氧化钠与电镀废液中的重金属离子发生反应形成沉淀，不仅可以减少亚铁离子的用量，而且能够有效去除六价铬与多种重金属离子，而电镀废水也能达标排放，絮体生成快，沉淀速度快，含水量小。
2.3 粉煤灰处理焦化废水
焦化废水是指在炼焦、煤气净化与焦化产品回收过程中产生的难以处理的工业废水。目前，大部分企业采用生化处理对焦化废水中酚类物质去除率比较高，但难以降解的有机物处理效果却不好，处理后的水质往往达不到国家的排放标准。近年来，随着环保要求的提高，特别是对氨氮在废水中的排放浓度提出了更高的要求。因此，寻找一种廉价可行的深度处理焦化废水的方法显得尤为重要。
周静等采用粉煤灰-石灰联合体系作为吸附剂，对焦化废水中的氨氮进行了深度处理，考察了药剂投加量、pH值、吸附时间等影响因素，得出最佳处理条件：pH值为5左右，每100mL焦化废水中加入生石灰0.25g，粒径为100目以上的粉煤灰15g，吸附时间为1h。处理后的焦化废水的氨氮可以达到污水综合排放标准(GB8978-96)中的二级排放标准。王奕晨等以硫酸对粉煤灰进行改性，并将其用于焦化废水深度处理。实验确定了粉煤灰最佳改性条件：H+浓度1.75mol/L，常温，时间2h，每升废水中改性后粉煤灰投加量10g，水处理pH3.0～4.5。在这基础上又深入探讨了二氧化硫改性粉煤灰的可行性。
2.4 粉煤灰处理印染废水
目前，我国纺织印染工业废水排放总量占到了工业废水排放总量的35%。由于其有机污染物含量高、色度深、水质变化大、碱性大，难以达到标准排放，其处理成本高，给企业带来了巨大压力。因此，开发一种廉价高效的印染废水处理剂，已经成为印染工业废水综合治理的一项紧迫任务。
刘发现依据粉煤灰的比表面积大具有吸附能力，采用水热合成法与离子交换法对粉煤灰进行了改性，处理印染废水。实验结果表明，改性后的粉煤灰脱色率为71.0%～99.4%，COD除去率为66.3%～81.9%，两项处理指标均获得了满意效果。常云海研究了粉煤灰对印染废水的吸附脱色作用，确定了最佳脱色条件及穿透曲线的特征，并讨论了其对印染废水的COD、Cr的去除率。实验结果表明：对色度均为700倍，COD和Cr分别为664.2mg/L、947.1mg/L的红色、蓝色印染废水，粉煤灰处理的最佳用量分别为18g与16g，最佳吸附接触时间分别为2.0h和2.5h，最佳pH为5～7，穿透体积分别为115mL、120mL，脱色率均可达到95%以上;COD与Cr的去除率分别为81.5%和41.1%。
2.5 粉煤灰处理造纸工业废水
活性炭和硅藻土等是吸附法处理工业废水的常用吸附剂。活性炭具有吸附容量大、价格低廉、使用后再生等优点，是目前应用最为广泛的吸附剂。但在使用过程中，活性炭的吸附性能逐渐劣化，需要经常补充新鲜的活性炭，活性炭的再生成本相对较高。粉煤灰表面积大，吸附容量不如活性炭，但它属于工业废渣，来源非常广泛，使用过后无需再生，可作墙体材料与路基填料。因此，粉煤灰非常适合于造纸工业废水的处理。
刘全校对粉煤灰处理造纸废水进行了研究，实验结果表明，脱色效果非常显著，也可以去除一定的COD，具有一定的经济效益与环境效益。王春峰采用H2SO4活化方法制备活化粉煤灰吸附材料。通过试验研究了该种吸附材料对造纸工业废水中COD的吸附性能及影响因素。于晓彩用盐酸、硫酸等试剂对粉煤灰进行改性，制备了粉煤灰吸附混凝剂，研究了其处理造纸工业废水的一般规律。实验结果表明，以盐酸和硫酸的混合物为改性剂处理的粉煤灰对造纸工业废水有良好的吸附混凝性能。当废水的COD浓度为800～1500mg/L，pH9～12，改性粉煤灰的用量为25g/100mL，改性粉煤灰粒径范围74～83μm时，造纸工业废水中的COD、BOD、悬浮物和色度的去除率分别为81.5%、80.7%、99.1%和94%。
2.6 粉煤灰处理含油废水
石油是人类社会非常宝贵的资源，石油及其制品广泛应用于各个领域与日常生活中，随着石油用量的增加，水污染加剧。尤其是含量并不特别丰富的油井，通常是采用注水的开采方式，因此产生了大量的含油废水。含油废水若是不经任何处理就直接排放，会减少水体中溶解氧，从而使水中动物窒息死亡。因此，含油废水的处理成为了废水处理的重要内容。
周珊等采用不同方法将粉煤灰改性，用其对含油废水进行了处理。实验结果表明：经AlCl3与FeCl3改性的粉煤灰除油效果最好。在最佳工艺条件下，含油废水经其吸附处理后，出水含油量由256mg/L降至9.3mg/L，除油率为96.36%，已经达到了国家含油废水的一级排放标准。邓书平通过正交实验研究了改性粉煤灰吸附处理含油废水的效果。在最佳条件下，除油率达到了96%以上，符合国家含油废水的一级排放标准。王瑛研究了三种改性粉煤灰的方法，并将其应用于含油废水的COD处理上。实验结果表明，经AlCl3和FeCl3改性处理的粉煤灰去除化学需氧量的效果最好。在最佳工艺条件下，出水的化学需氧量去除率达到了90%以上。
2.7 粉煤灰处理含氟废水
氟在环境中广泛分布，含氟废水来自有色金属冶炼、铝电解精炼、玻璃陶瓷制造、农药磷肥生产、电子原器件清洗等各行业，将排出大量含氟废水。工业产生的高浓度含氟废水如不加处理直接排放，必然会污染环境，腐蚀钢材、损坏建筑物，更严重的会危及人畜健康。传统上的处理方法不仅药剂费用很高，设备工艺特别复杂，而且劳动条件很差，出水含盐量增高，还会产生大量污泥。
王代芝采用改性粉煤灰浸泡Ca(OH)2溶液24h处理含氟废水，除氟率达到98%。周凤鸣研究了粉煤灰处理含氟工业废水的若干条件。结果表明，粉煤灰能够显著降低含氟废水的含氟量，同时也调整了废水的pH值。对除氟后的粉煤灰，则建议制成各种固化砌块适当得以利用。马艳然探讨了利用粉煤灰、粉媒灰-生石灰体系处理含氟水的能力和影响因素。结果表明：粉煤灰可以使含氟为20mg/L的原水降至10mg/L以下，使含氟50～100mg/L的原水的除氟率达50%以上;粉煤灰-生石灰体系处理含氟20～100mg/L的原水，均可使其降至10mg/L以下。用此法工艺简单，操作方便，成本低廉，可达到以废治废的目的。
3、结语
目前，粉煤灰处理废水已进入应用研究阶段，一些技术已在工业实践中得到应用。但在推广应用过程中仍存在一些关键问题有待解决。
(1)饱和灰的最终处理。粉煤灰对废水的处理效果一直是人们关注的焦点，却对吸附饱和灰的最终处理问题视而不见。吸附饱和灰不能任意丢弃，如果不能再利用，应该将其放在贮灰场进行处理，若贮灰场没有防渗层，可能会污染地下水。
(2)如何提高粉煤灰的吸附能力问题一直是科技工作者关注的焦点，但目前仍然没有很好地解决。这个问题将是未来的研究重点。同时，要重视粉煤灰在废水处理中的作用机理和反应动力学等理论问题的研究。只有这样，才能在提高粉煤灰吸附性能方面取得突破。
(3)加强实用技术和配套设备的研发，促进粉煤灰在废水处理领域的推广应用。(来源：中国平煤神马集团炼焦煤资源利用及综合开发国家重点实验室，中国平煤神马集团能源化工研究院，河南平煤神马节能科技有限公司)