隨著國(guó)家的快速發(fā)展，我國(guó)鐵路建設(shè)也得到了飛速發(fā)展，鐵路的節(jié)能環(huán)保越來(lái)越受到重視。節(jié)能減排，減少污染物的排放量，實(shí)現(xiàn)污水資源化尤為重要。鐵路機(jī)務(wù)段機(jī)車中內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車部件的整備和檢修過(guò)程，以及整備場(chǎng)機(jī)車的清洗是其含油廢水的主要來(lái)源，其主要污染物為油、COD等。目前主要的處理方法為隔油、混凝氣浮、過(guò)濾等方法。研究表明經(jīng)隔油-氣浮處理后的出水水質(zhì)含油量約為50～200mg/L，難以達(dá)到現(xiàn)行業(yè)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。從技術(shù)角度來(lái)看，要使水中含油量從50～200mg/L進(jìn)一步降低，其難度遠(yuǎn)大于預(yù)處過(guò)程采用隔油-氣浮將水中油含量從250～350mg/L降至50～200mg/L。由此可見(jiàn)，含油廢水的深度處理是含油污水達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。
近年來(lái)，粉煤灰由于其來(lái)源廣泛，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，比表面積大，具有良好的吸附性能而被廣泛運(yùn)用于廢水處理，建筑建材等方面。粉煤灰是燃煤電廠排出的一種工業(yè)廢棄物，其主要成分為：SiO2、Ai2O3、Fe2O3、CaO等，具有多孔結(jié)構(gòu)和較大的孔隙率。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性處理，能大大提高其吸附性能。劉轉(zhuǎn)年對(duì)三種不同粉煤灰進(jìn)行酸改性和堿改性，得出采用Ca(OH)2改性的效果最好，對(duì)Cr6+的吸附效率提高了2.01~2.44倍。VisaM等用NaOH和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)改性粉煤灰去除染料廢水中的重金屬，Cu2+和Cd2+去除率分別達(dá)到85%和90%。MuñozMI等通過(guò)固定巰基乙醇或巰基乙酸，制備了一種化學(xué)改性粉煤灰降解水溶液中低含量的鉛，去除率達(dá)到80%。
本研究采用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(PAM)作為改性劑，對(duì)粉煤灰進(jìn)行化學(xué)改性，并作為吸附劑處理鐵路含油廢水。此方法工藝簡(jiǎn)單，原料易得，制備過(guò)程無(wú)毒無(wú)害，在投加量為10g/L時(shí)，除油率達(dá)到74.86%。
SEM、BET分析
如圖所示，為原始粉煤灰和改性粉煤灰的SEM圖。（a）圖和（b）圖為原始粉煤灰的掃描電鏡圖，可以看出原始粉煤灰為規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，其大小和粒徑呈不均勻分布狀態(tài)，且其表面比較均勻光滑，粘附大量無(wú)機(jī)鹽顆粒，使其吸附位點(diǎn)很少暴露在外面，大大降低其吸附性能。（c）圖和（d）圖為HCl改性粉煤灰的SEM圖，通過(guò)與（a），（b）圖對(duì)比可以看出，經(jīng)過(guò)HCl腐蝕清洗預(yù)處理的粉煤灰的表面粗糙度大大增加，其表面形成大量凹槽和孔洞，這是由于HCl的溶解鹽類和腐蝕作用形成的。在改性的過(guò)程中HCl溶解粘附在粉煤灰表面鹽類和有機(jī)物的同時(shí)腐蝕粉煤灰的玻璃體結(jié)構(gòu)。
圖（e）-（g）分別是CTAB，PAM單改性和2.5gCTAB，0.05%PAM雙改性的掃描電鏡圖。可以看出在預(yù)處理后粗糙表面上分散吸附了部分CTAB和PAM，而并不是完全包裹，吸附的改性劑改變了粉煤灰的表面性質(zhì)。經(jīng)Zeta電位測(cè)定儀測(cè)量，原始粉煤灰的表面帶負(fù)電，Zeta電位為-10.4mV，HCl改性后Zeta電位為-21.3mV。CTAB，PAM單改性和雙改性后的粉煤灰表面帶正電，分別為+4.5mV，+6.8mV和+12.9mV，由于油分子表面帶負(fù)電荷，材料表面帶正電荷有利于油的吸附。
總之，運(yùn)用粉煤灰處理廢水利用其較大的比表面積，通過(guò)BET的測(cè)試結(jié)果得出，經(jīng)HCl改性前后，粉煤灰的比表面積分別為2.41m2/g和11.43m2/g。主要原因是通過(guò)酸化處理后，雜質(zhì)和可揮發(fā)性物質(zhì)明顯降低，增加了比表面積。大量的吸附活性位點(diǎn)吸附廢水中的有毒有害物質(zhì)并沉淀，從而使其從廢水中分離。改性可以使粉煤灰表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生改變，表面粗糙度增加和暴露更多的吸附位點(diǎn)，從而提高其吸附能力。
上圖為原始粉煤灰及改性粉煤灰的XRD譜圖。由圖可知，原始粉煤灰的X射線衍射譜圖與經(jīng)過(guò)改性的粉煤灰的X射線衍射譜圖相比，特征峰位置基本不變，這與粉煤灰是在高溫下形成的有很大關(guān)系，其在高溫下形成玻璃體結(jié)構(gòu)和組成成分很難改變。SiO2的特征衍射峰在26°附近，Al2O3的特征衍射峰在43°附近，Ca(OH)2的特征衍射峰在32°附近，峰面積與其含量有關(guān)，含量越高，峰面積越大。由圖可知，SiO2的特征峰基本不變，說(shuō)明粉煤灰的基本玻璃體結(jié)構(gòu)大部分未被破壞。Al2O3和Ca(OH)2的特征衍射峰值略微減少，說(shuō)明HCl改性使其溶出，增大了粉煤灰的表面粗糙度，增加了吸附位點(diǎn)，這與SEM圖表征結(jié)果一致。粉煤灰中玻璃體的含量可以由XRD圖譜上有許多分散的細(xì)小峰包的峰面積和峰范圍大小相對(duì)表示，由圖可得，粉煤灰的衍射強(qiáng)度降低，改性粉煤灰的峰包面積小于原始粉煤灰，說(shuō)明改性過(guò)后的玻璃體結(jié)構(gòu)部分被破壞。