不同比例氫氧化鋁改性粉煤灰對精制棉黑液的處理

任小米++劉長紅++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點使得處理的工藝復雜、處理成本較高，一直是環境工程領域的難點。通過添加不同比例的氫氧化鋁乳濁液對粉煤灰進行改性處理，對比了粉煤灰原渣和改性粉煤灰對精制棉黑液COD和色度的去除效果。添加10 mL氫氧化鋁乳濁液粉煤灰和30 mL氫氧化鋁乳濁液粉煤灰對精制棉黑液色度、COD的最高去除率分別為62%和52%，均明顯高于粉煤灰原渣對色度和COD的最高去除率。這表明，經氫氧化鋁乳濁液改性處理后，粉煤灰對精制棉黑液色度和COD具有較好的去除效果。

關鍵詞：精制棉黑液；粉煤灰；氫氧化鋁改性；色度

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.075

以棉短絨為原料加堿蒸煮精制得到的精制棉是一種高純度纖維素產品，被廣泛用于生產各種工業、醫用原料，比如纖維素酯類、硝化纖維素和醋酸纖維素，因用途廣泛而具有較好的市場價值，也被稱為“工業味精”。但在精制棉生產過程中產生大量蒸煮黑液，通過對精制棉生產企業產生的廢水分析發現：蒸煮黑液中COD一般高達5×104 mg/L以上，COD含量占了總COD排放量的90%.蒸煮黑液中含有大量棉超短絨、單寧、果膠、油脂等大分子有機物，具有高色度高、COD值高、可生化性差等特點，使得精制棉廢水難以處理。這使得精制棉廢水一直難以達標處理，對環境產生嚴重污染，因此，研究高效、低成本的蒸煮黑液處理方法是一項非常有意義的工作。

粉煤灰主要是燃煤火力發電廠煙道排放，經過捕塵裝置捕集的固體廢棄物，是燃煤后的非揮發性殘渣，其比表面積約為4.36 m2/g，微孔體積約為0.011 m3/g，平均微孔大小為4.93 nm，具有較大的表面積。我國每年粉煤灰的產量高達數億噸，由火力發電企業產生的粉煤灰已成為我國工業固體廢棄物的主要來源。現已有將粉煤灰用于染料廢水處理的研究報道。對粉煤灰進行適當的改性處理，以用于精制棉黑液的高效處理，是具有工程實際應用價值的工作。已有研究表明：通過制備含鋁無機高分子絮凝劑可有效處理印染廢水，而粉煤灰中鋁含量較高，因此，研究鋁鹽改性粉煤灰處理黑液可實現對粉煤灰的綜合利用。針對這一特點，本實驗通過添加不同比例的氫氧化鋁乳濁液對粉煤灰進行改性，使改性后的粉煤灰既具備粉煤灰過濾、吸附、沉淀作用，又具備氫氧化鋁絮凝劑的作用，分析添加不同量氫氧化鋁乳濁液后粉煤灰對黑液色度和COD的去除效果。

1 材料與方法

1.1 精制棉黑液的制備

稱取10 g棉短絨放入1 L錐形瓶中，加入質量濃度為20 g/L的氫氧化鈉溶液800 mL，浸泡3 h；將錐形瓶置于電加熱板上加熱，保持瓶內液體沸騰，蒸煮6 h，得到本實驗所需黑液。

1.2 添加氫氧化鋁乳濁液粉煤灰的制備

粉煤灰取自國電大連某發電廠。稱取氫氧化鋁粉末，配好質量分數是20%的氫氧化鋁乳濁液，分別取10 mL、20 mL、30 mL氫氧化鋁乳濁液和10 g粉煤灰混合，攪拌均勻后置于烘箱中于105 ℃烘干，得到不同比例氫氧化鋁改性處理的粉煤灰樣品。

1.3 粉煤灰改性前后對精制棉黑液的處理

分別稱取10 g粉煤灰原渣和添加不同比例氫氧化鋁的粉煤灰放入到100 mL的錐形瓶中，再加入50 mL黑液。在室溫下，將錐形瓶放置于搖床上，以200 r/min的轉速震蕩。分別測定不同時間色度和COD的變化，并分別采用稀釋倍數法測定色度，重鉻酸鉀微波消解快速測定COD。

2 實驗結果與討論

2.1 不同比例氫氧化鋁對黑液色度去除的影響

添加不同比例氫氧化鋁粉煤灰對精制棉黑液色度的去除效果如圖1所示。添加了氫氧化鋁粉煤灰對精制棉黑液色度的去除效果明顯好于粉煤灰原渣單獨處理時的效果。粉煤灰原渣處理黑液1 h后，色度去除率達到24%，吸附處理6 h后降低到16%；分別添加10 mL、20 mL、30 mL氫氧化鋁乳濁液改性后粉煤灰吸附處理1 h后，對黑液色度的去除基本達到飽和，色度去除率達到61%，連續吸附6 h期間，也保持在60%以上。這表明，添加10 mL、20 mL、30 mL氫氧化鋁乳濁液對精制棉黑液色度的去除影響不明顯。

除效果如圖2所示。粉煤灰原渣吸附處理1 h后對COD的去除達到最大值26%，連續處理期間COD的去除率略有降低，吸附處理6 h后，COD的去除率降低到23%.添加了不同比例氫氧化鋁乳濁液粉煤灰對黑液COD去除效果明顯好于粉煤灰原渣對黑液的處理。分別添加10 mL、20 mL、30 mL氫氧化鋁乳濁液的樣品，吸附1 h后，黑液COD的去除率分別達到51%，44%和52%，連續吸附6 h后，均逐漸降低到33%左右。這也說明，吸附處理6 h后，添加不同比例氫氧化鋁粉煤灰樣品對精制棉黑液COD的去除達到飽和。

添加不同比例氫氧化鋁粉煤灰對黑液色度的去除效果好于對COD的去除效果。這表明，構成精制棉黑液有機污染物中，很大一部分可能是無色或色度較低的有機污染物污染物。在污水處理過程中，利用多孔性吸附過濾介質的吸附作用和空隙的過濾截留作用去除部分污染物是常用的技術手段。已有研究表明：粉煤灰中含有Al2O3、SiO2、CaCO3、Al2O3 （OH）2和玻璃體等成分，具有較大空隙率和比表面積的結構特點，因此具有較強的吸附能力。同時，氫氧化鋁乳濁液可形成多聚體（團簇），具有較好的絮凝作用。精制棉黑液的堿性環境有利于無機鋁、鐵類絮凝劑形成多聚體而起到較好的絮凝作用。添加氫氧化鋁乳濁液的粉煤灰及原渣主要通過過濾、吸附、接觸聚凝和沉淀作用去除精制棉黑液中大部分高色度和高濃度有機污染物，比如棉超短絨、油脂和蠟質等固形物等，使得色度和COD得到明顯去除。由于添加的鋁鹽在水相能夠形成的多聚體，因此強化了粉煤灰對精制棉黑液色度和COD的去除作用，使得添加了氫氧化鋁粉煤灰對精制棉黑液的處理效果明顯好于粉煤灰原渣對黑液的處理效果。

3 實驗結論

分別添加10 mL、20 mL和30 mL氫氧化鋁乳濁液粉煤灰對精制棉黑液色度和COD的去除效果均明顯好于粉煤灰原渣的處理效果。添加氫氧化鋁粉煤灰對黑液色度和COD的最大去除率分別為62%和52%，而粉煤灰原渣對黑液色度和COD的最好去除率分別為24%和26%.這表明，氫氧化鋁形成多聚體和粉煤灰的協同作用對精制棉黑液色度和COD有較好的去除效果。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕