氫氧化鋁改性粉煤灰預處理精制棉黑液

劉長紅 馮之翔 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。文章采用質量濃度為20%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。改性粉煤灰對精制棉黑液色度和COD的去除效果明顯好于粉煤灰原渣，對黑液色度和COD的最高去除率分別為62%和51%。

關鍵詞：精制棉黑液;粉煤灰;氫氧化鋁改性;色度;COD

引言

精制棉（棉漿粕）是以棉短絨為原料經堿法蒸煮精制而成的一種高純度纖維素產品，廣泛用于制造纖維素酯類、硝化纖維素（硝化棉）和醋酸纖維素，具有較好的市場前景。精制棉生產過程中將產生大量廢水，其中主要為加堿蒸煮廢水（蒸煮黑液）、漂白廢水和驅水廢水。其中，蒸煮黑液中COD高達5×104mg/L以上，有機污染物含量高，占了總有機污染物排放量的90%，含有大量棉超短絨、單寧、果膠、油脂、蠟質、木糖、固形物和游離堿等，具有高色度（4000-5000倍左右）、高COD、可生化性差等特點[1]。

目前，精制棉廢水的處理方法主要有物理、化學、生物處理方法，而單純的物理、化學和生物處理工藝很難有效降低色度、去除有機污染物實現廢水達標排放。因此在實際工程中普遍采用物理、化學法作為預（前）處理，去除一部分大分子有機物，如木質素、果膠、油脂和固形物等，并提高廢水的可生化性，再重點采用生物法進行深度、高效處理使精制棉廢水實現達標排放[1]。鑒于精制棉黑液具有色度高、COD值高和難處理的特點，本試驗采用氫氧化鋁對粉煤灰進行改性處理，比較了改性前后對精制棉黑液色度和COD的去除效果。

1 材料與方法

1.1 精制棉黑液的制備

稱取10g棉短絨放入1L錐形瓶中，加入800mL濃度為20g/L氫氧化鈉溶液，浸泡三小時。再將錐形瓶置于電加熱套中加熱，保持瓶內液體沸騰，蒸煮6h，得到實驗用精制棉蒸煮黑液。

1.2 粉煤灰的氫氧化鋁改性處理

粉煤灰取自國電大連某發電廠。先配好質量分數是20%的氫氧化鋁乳濁液，然后取10mL氫氧化鋁乳濁液和10g粉煤灰混合，攪拌均勻，然后置于烘箱中烘干，從而制得添加氫氧化鋁的粉煤灰。

1.3 粉煤灰改性前后對精制棉黑液的處理

稱取10g粉煤灰原渣和添加氫氧化鋁的粉煤灰放入到100mL的錐形瓶中，再向瓶中加入50mL精制棉黑液。將錐形瓶在室溫下放置于搖床上，以200r/min轉速震蕩。分別測定不同時間COD和色度的去除效果。采用重鉻酸鉀微波消解快速測定COD，采用稀釋倍數法測定色度。

2 實驗結果與討論

2.1 粉煤灰改性前后對黑液色度的去除效果

粉煤灰改性前后對精制棉黑液色度的去除效果如圖1所示。氫氧化鋁改性后的粉煤灰對精制棉黑液色度的去除作用明顯好于粉煤灰原渣單獨處理時的效果。粉煤灰原渣單獨作用時，對精制棉黑液色度的去除率在吸附1h后達到24%，然后逐漸開始下降，吸附6h后降低到16%;經氫氧化鋁改性后的粉煤灰對精制棉黑液色度的去除在吸附1h后基本達到飽和，連續吸附6h期間也保持在60%以上。

2.2 粉煤灰改性前后對黑液COD的去除效果

粉煤灰改性前后對精制棉黑液COD的去除效果如圖2所示。吸附1h后，粉煤灰原渣對黑液COD的去除達到最大值26%，連續吸附期間COD的去除率略有降低，吸附6h后COD的去除率為23%;經氫氧化鋁改性后的粉煤灰對黑液COD的去除效果明顯好于粉煤灰原渣單獨作用時的效果，吸附1h后COD的去除率達到51%，連續吸附6h后逐漸降低到33%。

圖2 粉煤灰改性前后對黑液COD的去除效果

利用多孔性吸附過濾介質通過分子間的吸附作用和空隙的過濾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和玻璃體，具有多孔和比表面積大的結構特點，具有較強的吸附能力[2，3]。鋁鹽可以水解為氫氧化鋁多聚體（團簇）具有較好的絮凝作用。但在酸性較強時，無機鋁、鐵類絮凝劑因無法形成多聚體而起到較好的絮凝作用，而精制棉黑液堿性較強，因此有利于鋁鹽形成多聚體，因此具有較好的絮凝效果。粉煤灰原渣及改性處理后粉煤灰主要通過過濾、吸附、接觸聚凝和沉淀作用去除精制棉黑液中大部分棉超短絨、油脂和蠟質等固形物，并去除部分可溶性有機物，使得色度和COD得到明顯去除。由于鋁鹽在水相能夠形成多聚體，因此氫氧化鋁強化了粉煤灰對精制棉黑液色度和COD的去除作用，使得處理精制棉黑液的效果明顯好于粉煤灰單獨作用時的去除能力。

3 實驗結論

粉煤灰經氫氧化鋁改性處理后對精制棉黑液色度和COD的去除效果均明顯好于改性處理前。氫氧化鋁改性處理后對黑液色度和COD的最大去除率分別為62%和51%，而粉煤灰原渣對黑液色度和COD的最好去除效果分別為24%和26%。

參考文獻

[1]喬淇，何強，冉春秋.精制棉廢水處理技術進展研究[J].環境科學與管理，2014，39（12）：109-112.

[2]陳莉榮，李玉梅，杜明展.改性粉煤灰吸附稀土廢水中的氨氮[J].環境工程學報，2013，7（2）：518-522.

[3]張寶平，陳云琳，魏琳，等.粉煤灰的改性及其吸附性能的研究[J].硅酸鹽通報，2012，31（3）：675-678.