脱硫废水经共沉淀法合成钙矾石及其在锌离子去除中的应用

本文研究了利用脱硫废水中的钙和硫酸根离子通过共沉淀法合成钙矾石（ettringite），并将其应用于锌离子的吸附去除。研究发现，优化条件下钙和硫酸根的去除率分别达到95.9%和79.7%，合成的钙矾石对锌离子的最大吸附容量为103.08±4.17 mg/g。该研究为脱硫废水的处理和资源回收提供了新的思路。

　　

论文解读

在当今全球能源需求不断增长的背景下，火力发电厂作为主要的电力来源之一，扮演着至关重要的角色。然而，这些电厂在燃烧煤炭的过程中会产生大量的污染物，尤其是二氧化硫（SO₂），这对大气环境造成了严重的污染。为了应对这一问题，湿法脱硫（FGD）系统被广泛应用于火力发电厂中，通过碱性浆液（如石灰石或石灰）来吸收烟气中的SO₂。然而，这一过程产生了大量的脱硫废水，这些废水含有高浓度的硫酸盐（SO₄^2-）、硬度离子、重金属离子和有机物，具有较高的污染负荷。如果不妥善处理，这些废水可能会对水体和土壤造成二次污染。

在中国，政府已经实施了更为严格的排放标准，要求火力发电厂采用有效的废水处理技术，以实现废水的循环利用和零液体排放。传统的石灰软化法虽然可以去除大部分的SO₄^2-和硬度离子，但由于硫酸钙（CaSO₄）的溶解度较高，处理后的废水中仍然存在较高的Ca²⁺和SO₄^2-浓度。这不仅增加了后续处理的难度，还可能导致设备结垢和腐蚀。

为了解决这一问题，来自中国某研究机构的研究人员提出了一种创新的共沉淀策略，利用铝酸钠（NaAlO₂）和氢氧化钠（NaOH）同时去除Ca²⁺和SO₄^2-。他们通过一系列实验，系统地评估了不同反应条件对处理效果的影响，包括NaAlO₂和NaOH的用量、反应温度以及试剂的添加顺序。

研究结果表明，在最佳条件下（[Al]/[Ca] = 1:2，NaOH = 30 mM），Ca²⁺和SO₄^2-的去除效率分别达到了95.9%和79.7%。此外，生成的沉淀物主要为钙矾石（ettringite），其含量高达87.9%。这种富含钙矾石的固体随后被用作吸附剂，用于去除水中的锌离子（Zn²⁺）。实验结果显示，钙矾石对Zn²⁺的最大吸附容量为103.08±4.17 mg/g，吸附动力学符合伪二级模型，并在30分钟内达到平衡。等温线分析表明，吸附过程符合Langmuir模型，表明其为单层化学吸附。

为了验证这一假设，研究人员采用了多种分析方法。首先，他们通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对生成的沉淀物进行了表征，确认其主要成分为钙矾石。其次，他们通过吸附实验评估了钙矾石对Zn²⁺的吸附性能，使用了伪一级和伪二级动力学模型以及Weber-Morris内扩散模型来拟合实验数据。最后，他们通过Langmuir和Freundlich等温线模型分析了Zn²⁺的吸附行为。

这项研究的意义在于，它不仅有效地解决了脱硫废水中Ca²⁺和SO₄^2-的残留问题，还为废水的资源化利用提供了一种新的途径。通过生成钙矾石这种高效的吸附剂，不仅可以去除废水中的重金属离子，还可以实现资源的回收和再利用。这对于推动火力发电行业的可持续发展具有重要意义。

这篇论文发表在《Desalination and Water Treatment》期刊上，展示了研究人员在废水处理领域的创新成果。通过对脱硫废水的处理和资源化利用，这项研究为环境保护和资源回收提供了一个新的视角和方法。