粉煤灰颗粒和粉煤灰处理精制棉黑液的比较

冯之翔++刘长红++任小米++范立明

摘 要：精制棉蒸煮黑液因色度高、COD值高和可生化性差等特点使得处理的工艺复杂、处理成本较高，一直是环境工程领域的难点。将粉煤灰、黏土和淀粉按质量比为5∶4∶1混合烧结成直径为0.5 cm的小球颗粒，对比分析了粉煤灰颗粒和粉煤灰原渣对精制棉黑液COD和色度的去除效果。研究表明，粉煤灰颗粒对精制棉黑液色度和COD的去除效果明显好于粉煤灰原渣，对黑液色度和COD的最高去除率分别为65%和61%，而粉煤灰原渣对黑液色度和COD的最大去除率分别为24%和26%.

关键词：精制棉黑液；粉煤灰；色度；COD

中图分类号：X703.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.072

精制棉（棉浆粕）是以棉短绒为原料经碱法蒸煮精制而成的一种高纯度纤维素产品，被广泛用于制造纤维素酯类、硝化纤维素（硝化棉）和醋酸纤维素，被誉为“工业味精”，具有较好的市场前景。精制棉生产过程中将产生大量废水，主要为加碱蒸煮废水（蒸煮黑液）、漂白废水和驱水废水。对精制棉加工废水进行分析发现：蒸煮黑液中COD高达5×104 mg/L以上，有机污染物含量高，占了总有机污染物排放量的90%，含有大量棉超短绒、单宁、果胶、油脂、蜡质、木糖、固形物和游离碱等，具有高色度（4 000～5 000倍）、高COD、可生化性差等特点。

粉煤灰主要是燃煤火力发电厂烟道排放，经过捕尘装置捕集的固体废弃物，是燃煤后的非挥发性残渣，其比表面积约为4.36 m2/g，微孔体积约为0.011 m3/g，平均微孔大小为4.93 nm，具有较大的表面积。我国每年粉煤灰的产量高达数亿吨，由火力发电企业产生的粉煤灰已成为我国工业固体废弃物的主要来源。现已有将粉煤灰用于精制棉废水处理的研究报道，主要通过过滤、吸附、接触聚凝和沉淀作用去除废水中污染物。过滤是一种常用处理高色度和高浓度有机污染物废水工艺。多孔陶瓷滤料具有化学稳定好、孔隙率高、强度高、热稳定性好、体积密度小、无二次污染和再生性强等优点，因而可用于高浓度污染物废水的高效处理。因此，本研究将粉煤灰制备成陶瓷颗粒小球，构建成微

型滤床处理精制棉黑液，并比较粉煤灰颗粒小球和粉煤灰原渣对精制棉黑液色度和COD的处理效果。

1 材料与方法

1.1 精制棉黑液的制备

称取10 g棉短绒放入1 L锥形瓶中，加入800 mL质量浓度为20 g/L的氢氧化钠溶液，浸泡3 h。再将锥形瓶置于电加热套中加热，保持瓶内液体沸腾，蒸煮6 h，得到实验用精制棉蒸煮黑液。

1.2 粉煤灰陶瓷颗粒的制备

粉煤灰取自国电大连某发电厂。将粉煤灰、黏土、淀粉按照质量比5∶4∶1混合均匀，制成直径约为0.5 cm的小球颗粒，干燥后放入马弗炉中于1 000 ℃下煅烧5 h。煅烧结束后，将粉煤灰小球静置12 h，完全冷却后取出备用。

1.3 粉煤灰颗粒处理黑液效果的分析

将粉煤灰颗粒装入直径5 cm、高10 cm的圆柱体空管内，将精制棉黑液从上部流入，下部流出。每隔1 h取样10 mL，再加入10 mL原液，8 h后全换一次液。采用重铬酸钾微波消解快速测定COD，采用稀释倍数法测定色度。

2 实验结果与讨论

2.1 粉煤灰颗粒对黑液色度的去除效果

粉煤灰颗粒对精制棉黑液色度的去除效果如图1所示。粉煤灰颗粒对精制棉黑液色度的去除效果明显好于粉煤灰原渣。粉煤灰原渣吸附处理精制棉黑液1 h后，色度的去除率达到最大值24%，然后逐渐减小，吸附处理6 h后，色度的去除率降到16%.粉煤灰颗粒对精制棉黑液处理1 h后，色度去除率为46%，过滤处理3 h后，色度去除率达到最大值65%，然后略有减小，过滤6 h后降到62%.

2.2 粉煤灰颗粒对黑液COD的去除效果

粉煤灰颗粒对精制棉黑液COD的去除效果如图2所示。吸附1 h后，粉煤灰原渣对黑液COD的去除达到最大值26%，连续吸附期间，COD的去除率略有降低，吸附6 h后，COD的去除率降低到23%.粉煤灰颗粒对黑液COD的去除效果明显好于粉煤灰原渣。吸附1 h后，COD的去除率达到34%，过滤处理3 h后，黑液COD的去除率达到最大值61%，然后略有减小，连续过滤处理6 h后降低到55%.可见，在整个处理期间，粉煤灰颗粒对黑液COD的去除效果均明显好于粉煤灰原渣。

利用多孔性吸附过滤介质通过分子间的吸附作用和空隙的过滤截留作用可以去除一部分污染物。粉煤灰的主要成分是Al2O3、SiO2、CaCO3、Al2O3（OH）2和玻璃体，具有多孔和比表面积大的结构特点，并且具有较强的吸附能力。在制备粉煤灰陶瓷颗粒过程中，加入黏土是为了颗粒在烧结过程中易于成型和不解体，且在颗粒内部形成一些孔隙；在烧结过程中，加入的淀粉被灰化，在颗粒内部形成均匀的孔隙，因此，形成的粉煤灰颗粒是很好的过滤介质材料。由于粉煤灰颗粒具有较好的过滤、吸附作用，因此对精制棉黑液色度和COD的去除效果明显好于粉煤灰原渣。粉煤灰颗粒处理精制棉黑液达到吸附饱和后还便于反冲洗，使吸附在孔隙内部的污染物洗脱出来；或重新烧结，使孔隙内部聚集的有机污染物灰化，从而达到循环使用的目的。

3 实验结论

添加黏土和淀粉制备的粉煤灰陶瓷颗粒因内部孔隙率较高，因此具有较好的吸附和过滤能力，对精制棉黑液色度和COD的最大去除率分别达到65%和61%；粉煤灰原渣对黑液色度和COD的最好去除效果分别为24%和26%.可见，粉煤灰颗粒对精制棉黑液色度和COD的去除能力明显优于粉煤灰原渣。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕