粉煤灰顆粒和粉煤灰處理精制棉黑液的比較

馮之翔++劉長(zhǎng)紅++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點(diǎn)使得處理的工藝復(fù)雜、處理成本較高，一直是環(huán)境工程領(lǐng)域的難點(diǎn)。將粉煤灰、黏土和淀粉按質(zhì)量比為5∶4∶1混合燒結(jié)成直徑為0.5 cm的小球顆粒，對(duì)比分析了粉煤灰顆粒和粉煤灰原渣對(duì)精制棉黑液COD和色度的去除效果。研究表明，粉煤灰顆粒對(duì)精制棉黑液色度和COD的去除效果明顯好于粉煤灰原渣，對(duì)黑液色度和COD的最高去除率分別為65%和61%，而粉煤灰原渣對(duì)黑液色度和COD的最大去除率分別為24%和26%.

關(guān)鍵詞：精制棉黑液；粉煤灰；色度；COD

中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.072

精制棉（棉漿粕）是以棉短絨為原料經(jīng)堿法蒸煮精制而成的一種高純度纖維素產(chǎn)品，被廣泛用于制造纖維素酯類(lèi)、硝化纖維素（硝化棉）和醋酸纖維素，被譽(yù)為“工業(yè)味精”，具有較好的市場(chǎng)前景。精制棉生產(chǎn)過(guò)程中將產(chǎn)生大量廢水，主要為加堿蒸煮廢水（蒸煮黑液）、漂白廢水和驅(qū)水廢水。對(duì)精制棉加工廢水進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：蒸煮黑液中COD高達(dá)5×104 mg/L以上，有機(jī)污染物含量高，占了總有機(jī)污染物排放量的90%，含有大量棉超短絨、單寧、果膠、油脂、蠟質(zhì)、木糖、固形物和游離堿等，具有高色度（4 000～5 000倍）、高COD、可生化性差等特點(diǎn)。

粉煤灰主要是燃煤火力發(fā)電廠煙道排放，經(jīng)過(guò)捕塵裝置捕集的固體廢棄物，是燃煤后的非揮發(fā)性殘?jiān)浔缺砻娣e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(guó)每年粉煤灰的產(chǎn)量高達(dá)數(shù)億噸，由火力發(fā)電企業(yè)產(chǎn)生的粉煤灰已成為我國(guó)工業(yè)固體廢棄物的主要來(lái)源。現(xiàn)已有將粉煤灰用于精制棉廢水處理的研究報(bào)道，主要通過(guò)過(guò)濾、吸附、接觸聚凝和沉淀作用去除廢水中污染物。過(guò)濾是一種常用處理高色度和高濃度有機(jī)污染物廢水工藝。多孔陶瓷濾料具有化學(xué)穩(wěn)定好、孔隙率高、強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、體積密度小、無(wú)二次污染和再生性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而可用于高濃度污染物廢水的高效處理。因此，本研究將粉煤灰制備成陶瓷顆粒小球，構(gòu)建成微

型濾床處理精制棉黑液，并比較粉煤灰顆粒小球和粉煤灰原渣對(duì)精制棉黑液色度和COD的處理效果。

1 材料與方法

1.1 精制棉黑液的制備

稱(chēng)取10 g棉短絨放入1 L錐形瓶中，加入800 mL質(zhì)量濃度為20 g/L的氫氧化鈉溶液，浸泡3 h。再將錐形瓶置于電加熱套中加熱，保持瓶?jī)?nèi)液體沸騰，蒸煮6 h，得到實(shí)驗(yàn)用精制棉蒸煮黑液。

1.2 粉煤灰陶瓷顆粒的制備

粉煤灰取自國(guó)電大連某發(fā)電廠。將粉煤灰、黏土、淀粉按照質(zhì)量比5∶4∶1混合均勻，制成直徑約為0.5 cm的小球顆粒，干燥后放入馬弗爐中于1 000 ℃下煅燒5 h。煅燒結(jié)束后，將粉煤灰小球靜置12 h，完全冷卻后取出備用。

1.3 粉煤灰顆粒處理黑液效果的分析

將粉煤灰顆粒裝入直徑5 cm、高10 cm的圓柱體空管內(nèi)，將精制棉黑液從上部流入，下部流出。每隔1 h取樣10 mL，再加入10 mL原液，8 h后全換一次液。采用重鉻酸鉀微波消解快速測(cè)定COD，采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定色度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰顆粒對(duì)黑液色度的去除效果

粉煤灰顆粒對(duì)精制棉黑液色度的去除效果如圖1所示。粉煤灰顆粒對(duì)精制棉黑液色度的去除效果明顯好于粉煤灰原渣。粉煤灰原渣吸附處理精制棉黑液1 h后，色度的去除率達(dá)到最大值24%，然后逐漸減小，吸附處理6 h后，色度的去除率降到16%.粉煤灰顆粒對(duì)精制棉黑液處理1 h后，色度去除率為46%，過(guò)濾處理3 h后，色度去除率達(dá)到最大值65%，然后略有減小，過(guò)濾6 h后降到62%.

2.2 粉煤灰顆粒對(duì)黑液COD的去除效果

粉煤灰顆粒對(duì)精制棉黑液COD的去除效果如圖2所示。吸附1 h后，粉煤灰原渣對(duì)黑液COD的去除達(dá)到最大值26%，連續(xù)吸附期間，COD的去除率略有降低，吸附6 h后，COD的去除率降低到23%.粉煤灰顆粒對(duì)黑液COD的去除效果明顯好于粉煤灰原渣。吸附1 h后，COD的去除率達(dá)到34%，過(guò)濾處理3 h后，黑液COD的去除率達(dá)到最大值61%，然后略有減小，連續(xù)過(guò)濾處理6 h后降低到55%.可見(jiàn)，在整個(gè)處理期間，粉煤灰顆粒對(duì)黑液COD的去除效果均明顯好于粉煤灰原渣。

利用多孔性吸附過(guò)濾介質(zhì)通過(guò)分子間的吸附作用和空隙的過(guò)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且具有較強(qiáng)的吸附能力。在制備粉煤灰陶瓷顆粒過(guò)程中，加入黏土是為了顆粒在燒結(jié)過(guò)程中易于成型和不解體，且在顆粒內(nèi)部形成一些孔隙；在燒結(jié)過(guò)程中，加入的淀粉被灰化，在顆粒內(nèi)部形成均勻的孔隙，因此，形成的粉煤灰顆粒是很好的過(guò)濾介質(zhì)材料。由于粉煤灰顆粒具有較好的過(guò)濾、吸附作用，因此對(duì)精制棉黑液色度和COD的去除效果明顯好于粉煤灰原渣。粉煤灰顆粒處理精制棉黑液達(dá)到吸附飽和后還便于反沖洗，使吸附在孔隙內(nèi)部的污染物洗脫出來(lái)；或重新燒結(jié)，使孔隙內(nèi)部聚集的有機(jī)污染物灰化，從而達(dá)到循環(huán)使用的目的。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

添加黏土和淀粉制備的粉煤灰陶瓷顆粒因內(nèi)部孔隙率較高，因此具有較好的吸附和過(guò)濾能力，對(duì)精制棉黑液色度和COD的最大去除率分別達(dá)到65%和61%；粉煤灰原渣對(duì)黑液色度和COD的最好去除效果分別為24%和26%.可見(jiàn)，粉煤灰顆粒對(duì)精制棉黑液色度和COD的去除能力明顯優(yōu)于粉煤灰原渣。

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〔編輯：劉曉芳〕