氢氧化铝改性粉煤灰预处理精制棉黑液

刘长红 冯之翔 范立明 冉春秋

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。文章采用质量浓度为20%的氫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。改性粉煤灰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62%和51%。

关键词：精制棉黑液;粉煤灰;氢氧化铝改性;色度;COD

引言

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，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，具有较好的市场前景。精制棉生产过程中将产生大量废水，其中主要为加碱蒸煮废水（蒸煮黑液）、漂白废水和驱水废水。其中，蒸煮黑液中COD高达5×104mg/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（4000-5000倍左右）、高COD、可生化性差等特点[1]。

目前，精制棉废水的处理方法主要有物理、化学、生物处理方法，而单纯的物理、化学和生物处理工艺很难有效降低色度、去除有机污染物实现废水达标排放。因此在实际工程中普遍采用物理、化学法作为预（前）处理，去除一部分大分子有机物，如木质素、果胶、油脂和固形物等，并提高废水的可生化性，再重点采用生物法进行深度、高效处理使精制棉废水实现达标排放[1]。鉴于精制棉黑液具有色度高、COD值高和难处理的特点，本试验采用氢氧化铝对粉煤灰进行改性处理，比较了改性前后对精制棉黑液色度和COD的去除效果。

1 材料与方法

1.1 精制棉黑液的制备

称取10g棉短绒放入1L锥形瓶中，加入800mL浓度为20g/L氢氧化钠溶液，浸泡三小时。再将锥形瓶置于电加热套中加热，保持瓶内液体沸腾，蒸煮6h，得到实验用精制棉蒸煮黑液。

1.2 粉煤灰的氢氧化铝改性处理

粉煤灰取自国电大连某发电厂。先配好质量分数是20%的氢氧化铝乳浊液，然后取10mL氢氧化铝乳浊液和10g粉煤灰混合，搅拌均匀，然后置于烘箱中烘干，从而制得添加氢氧化铝的粉煤灰。

1.3 粉煤灰改性前后对精制棉黑液的处理

称取10g粉煤灰原渣和添加氢氧化铝的粉煤灰放入到100mL的锥形瓶中，再向瓶中加入50mL精制棉黑液。将锥形瓶在室温下放置于摇床上，以200r/min转速震荡。分别测定不同时间COD和色度的去除效果。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 粉煤灰改性前后对黑液色度的去除效果

粉煤灰改性前后对精制棉黑液色度的去除效果如图1所示。氢氧化铝改性后的粉煤灰对精制棉黑液色度的去除作用明显好于粉煤灰原渣单独处理时的效果。粉煤灰原渣单独作用时，对精制棉黑液色度的去除率在吸附1h后达到24%，然后逐渐开始下降，吸附6h后降低到16%;经氢氧化铝改性后的粉煤灰对精制棉黑液色度的去除在吸附1h后基本达到饱和，连续吸附6h期间也保持在60%以上。

2.2 粉煤灰改性前后对黑液COD的去除效果

粉煤灰改性前后对精制棉黑液COD的去除效果如图2所示。吸附1h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6h后COD的去除率为23%;经氢氧化铝改性后的粉煤灰对黑液COD的去除效果明显好于粉煤灰原渣单独作用时的效果，吸附1h后COD的去除率达到51%，连续吸附6h后逐渐降低到33%。

图2 粉煤灰改性前后对黑液COD的去除效果

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，具有较强的吸附能力[2，3]。铝盐可以水解为氢氧化铝多聚体（团簇）具有较好的絮凝作用。但在酸性较强时，无机铝、铁类絮凝剂因无法形成多聚体而起到较好的絮凝作用，而精制棉黑液碱性较强，因此有利于铝盐形成多聚体，因此具有较好的絮凝效果。粉煤灰原渣及改性处理后粉煤灰主要通过过滤、吸附、接触聚凝和沉淀作用去除精制棉黑液中大部分棉超短绒、油脂和蜡质等固形物，并去除部分可溶性有机物，使得色度和COD得到明显去除。由于铝盐在水相能够形成多聚体，因此氢氧化铝强化了粉煤灰对精制棉黑液色度和COD的去除作用，使得处理精制棉黑液的效果明显好于粉煤灰单独作用时的去除能力。

3 实验结论

粉煤灰经氢氧化铝改性处理后对精制棉黑液色度和COD的去除效果均明显好于改性处理前。氢氧化铝改性处理后对黑液色度和COD的最大去除率分别为62%和51%，而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%。

参考文献

[1]乔淇，何强，冉春秋.精制棉废水处理技术进展研究[J].环境科学与管理，2014，39（12）：109-112.

[2]陈莉荣，李玉梅，杜明展.改性粉煤灰吸附稀土废水中的氨氮[J].环境工程学报，2013，7（2）：518-522.

[3]张宝平，陈云琳，魏琳，等.粉煤灰的改性及其吸附性能的研究[J].硅酸盐通报，2012，31（3）：675-678.