不同比例氢氧化铝改性粉煤灰对精制棉黑液的处理

任小米++刘长红++王毅++阿古拉++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。通过添加不同比例的氢氧化铝乳浊液对粉煤灰进行改性处理，对比了粉煤灰原渣和改性粉煤灰对精制棉黑液COD和色度的去除效果。添加10 mL氢氧化铝乳浊液粉煤灰和30 mL氢氧化铝乳浊液粉煤灰对精制棉黑液色度、COD的最高去除率分别为62%和52%，均明显高于粉煤灰原渣对色度和COD的最高去除率。这表明，经氢氧化铝乳浊液改性处理后，粉煤灰对精制棉黑液色度和COD具有较好的去除效果。

关键词：精制棉黑液；粉煤灰；氢氧化铝改性；色度

中图分类号：X703.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.075

以棉短绒为原料加碱蒸煮精制得到的精制棉是一种高纯度纤维素产品，被广泛用于生产各种工业、医用原料，比如纤维素酯类、硝化纤维素和醋酸纤维素，因用途广泛而具有较好的市场价值，也被称为“工业味精”。但在精制棉生产过程中产生大量蒸煮黑液，通过对精制棉生产企业产生的废水分析发现：蒸煮黑液中COD一般高达5×104 mg/L以上，COD含量占了总COD排放量的90%.蒸煮黑液中含有大量棉超短绒、单宁、果胶、油脂等大分子有机物，具有高色度高、COD值高、可生化性差等特点，使得精制棉废水难以处理。这使得精制棉废水一直难以达标处理，对环境产生严重污染，因此，研究高效、低成本的蒸煮黑液处理方法是一项非常有意义的工作。

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染料废水处理的研究报道。对粉煤灰进行适当的改性处理，以用于精制棉黑液的高效处理，是具有工程实际应用价值的工作。已有研究表明：通过制备含铝无机高分子絮凝剂可有效处理印染废水，而粉煤灰中铝含量较高，因此，研究铝盐改性粉煤灰处理黑液可实现对粉煤灰的综合利用。针对这一特点，本实验通过添加不同比例的氢氧化铝乳浊液对粉煤灰进行改性，使改性后的粉煤灰既具备粉煤灰过滤、吸附、沉淀作用，又具备氢氧化铝絮凝剂的作用，分析添加不同量氢氧化铝乳浊液后粉煤灰对黑液色度和COD的去除效果。

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，加入质量浓度为20 g/L的氢氧化钠溶液800 mL，浸泡3 h；将锥形瓶置于电加热板上加热，保持瓶内液体沸腾，蒸煮6 h，得到本实验所需黑液。

1.2 添加氢氧化铝乳浊液粉煤灰的制备

粉煤灰取自国电大连某发电厂。称取氢氧化铝粉末，配好质量分数是20%的氢氧化铝乳浊液，分别取10 mL、20 mL、30 mL氢氧化铝乳浊液和10 g粉煤灰混合，搅拌均匀后置于烘箱中于105 ℃烘干，得到不同比例氢氧化铝改性处理的粉煤灰样品。

1.3 粉煤灰改性前后对精制棉黑液的处理

分别称取10 g粉煤灰原渣和添加不同比例氢氧化铝的粉煤灰放入到100 mL的锥形瓶中，再加入50 mL黑液。在室温下，将锥形瓶放置于摇床上，以200 r/min的转速震荡。分别测定不同时间色度和COD的变化，并分别采用稀释倍数法测定色度，重铬酸钾微波消解快速测定COD。

2 实验结果与讨论

2.1 不同比例氢氧化铝对黑液色度去除的影响

添加不同比例氢氧化铝粉煤灰对精制棉黑液色度的去除效果如图1所示。添加了氢氧化铝粉煤灰对精制棉黑液色度的去除效果明显好于粉煤灰原渣单独处理时的效果。粉煤灰原渣处理黑液1 h后，色度去除率达到24%，吸附处理6 h后降低到16%；分别添加10 mL、20 mL、30 mL氢氧化铝乳浊液改性后粉煤灰吸附处理1 h后，对黑液色度的去除基本达到饱和，色度去除率达到61%，连续吸附6 h期间，也保持在60%以上。这表明，添加10 mL、20 mL、30 mL氢氧化铝乳浊液对精制棉黑液色度的去除影响不明显。

除效果如图2所示。粉煤灰原渣吸附处理1 h后对COD的去除达到最大值26%，连续处理期间COD的去除率略有降低，吸附处理6 h后，COD的去除率降低到23%.添加了不同比例氢氧化铝乳浊液粉煤灰对黑液COD去除效果明显好于粉煤灰原渣对黑液的处理。分别添加10 mL、20 mL、30 mL氢氧化铝乳浊液的样品，吸附1 h后，黑液COD的去除率分别达到51%，44%和52%，连续吸附6 h后，均逐渐降低到33%左右。这也说明，吸附处理6 h后，添加不同比例氢氧化铝粉煤灰样品对精制棉黑液COD的去除达到饱和。

添加不同比例氢氧化铝粉煤灰对黑液色度的去除效果好于对COD的去除效果。这表明，构成精制棉黑液有机污染物中，很大一部分可能是无色或色度较低的有机污染物污染物。在污水处理过程中，利用多孔性吸附过滤介质的吸附作用和空隙的过滤截留作用去除部分污染物是常用的技术手段。已有研究表明：粉煤灰中含有Al2O3、SiO2、CaCO3、Al2O3 （OH）2和玻璃体等成分，具有较大空隙率和比表面积的结构特点，因此具有较强的吸附能力。同时，氢氧化铝乳浊液可形成多聚体（团簇），具有较好的絮凝作用。精制棉黑液的碱性环境有利于无机铝、铁类絮凝剂形成多聚体而起到较好的絮凝作用。添加氢氧化铝乳浊液的粉煤灰及原渣主要通过过滤、吸附、接触聚凝和沉淀作用去除精制棉黑液中大部分高色度和高浓度有机污染物，比如棉超短绒、油脂和蜡质等固形物等，使得色度和COD得到明显去除。由于添加的铝盐在水相能够形成的多聚体，因此强化了粉煤灰对精制棉黑液色度和COD的去除作用，使得添加了氢氧化铝粉煤灰对精制棉黑液的处理效果明显好于粉煤灰原渣对黑液的处理效果。

3 实验结论

分别添加10 mL、20 mL和30 mL氢氧化铝乳浊液粉煤灰对精制棉黑液色度和COD的去除效果均明显好于粉煤灰原渣的处理效果。添加氢氧化铝粉煤灰对黑液色度和COD的最大去除率分别为62%和52%，而粉煤灰原渣对黑液色度和COD的最好去除率分别为24%和26%.这表明，氢氧化铝形成多聚体和粉煤灰的协同作用对精制棉黑液色度和COD有较好的去除效果。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕