不同比例氫氧化鋁改性粉煤灰對(duì)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(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)。通過添加不同比例的氫氧化鋁乳濁液對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性處理，對(duì)比了粉煤灰原渣和改性粉煤灰對(duì)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(duì)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(duì)色度和COD的最高去除率。這表明，經(jīng)氫氧化鋁乳濁液改性處理后，粉煤灰對(duì)精制棉黑液色度和COD具有較好的去除效果。

關(guān)鍵詞：精制棉黑液；粉煤灰；氫氧化鋁改性；色度

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(chǎn)品，被廣泛用于生產(chǎn)各種工業(yè)、醫(yī)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(jià)值，也被稱為“工業(yè)味精”。但在精制棉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量蒸煮黑液，通過對(duì)精制棉生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的廢水分析發(fā)現(xiàn)：蒸煮黑液中COD一般高達(dá)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(jī)物，具有高色度高、COD值高、可生化性差等特點(diǎn)，使得精制棉廢水難以處理。這使得精制棉廢水一直難以達(dá)標(biāo)處理，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，因此，研究高效、低成本的蒸煮黑液處理方法是一項(xiàng)非常有意義的工作。

粉煤灰主要是燃煤火力發(fā)電廠煙道排放，經(jīng)過捕塵裝置捕集的固體廢棄物，是燃煤后的非揮發(fā)性殘?jiān)?，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(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工業(yè)固體廢棄物的主要來源?，F(xiàn)已有將粉煤灰用于染料廢水處理的研究報(bào)道。對(duì)粉煤灰進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男蕴幚?，以用于精制棉黑液的高效處理，是具有工程?shí)際應(yīng)用價(jià)值的工作。已有研究表明：通過制備含鋁無機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)粉煤灰的綜合利用。針對(duì)這一特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)通過添加不同比例的氫氧化鋁乳濁液對(duì)粉煤灰進(jìn)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(duì)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(zhì)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(nèi)液體沸騰，蒸煮6 h，得到本實(shí)驗(yàn)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(fā)電廠。稱取氫氧化鋁粉末，配好質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(duì)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(zhuǎn)速震蕩。分別測(cè)定不同時(shí)間色度和COD的變化，并分別采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定色度，重鉻酸鉀微波消解快速測(cè)定COD。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同比例氫氧化鋁對(duì)黑液色度去除的影響

添加不同比例氫氧化鋁粉煤灰對(duì)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(duì)精制棉黑液色度的去除效果明顯好于粉煤灰原渣單獨(dú)處理時(shí)的效果。粉煤灰原渣處理黑液1 h后，色度去除率達(dá)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(duì)黑液色度的去除基本達(dá)到飽和，色度去除率達(dá)到61%，連續(xù)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(duì)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(duì)COD的去除達(dá)到最大值26%，連續(xù)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(duì)黑液COD去除效果明顯好于粉煤灰原渣對(duì)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(dá)到51%，44%和52%，連續(xù)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(duì)精制棉黑液COD的去除達(dá)到飽和。

添加不同比例氫氧化鋁粉煤灰對(duì)黑液色度的去除效果好于對(duì)COD的去除效果。這表明，構(gòu)成精制棉黑液有機(jī)污染物中，很大一部分可能是無色或色度較低的有機(jī)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(zhì)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(shù)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此具有較強(qiáng)的吸附能力。同時(shí)，氫氧化鋁乳濁液可形成多聚體（團(tuán)簇），具有較好的絮凝作用。精制棉黑液的堿性環(huán)境有利于無機(jī)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(jī)污染物，比如棉超短絨、油脂和蠟質(zhì)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(qiáng)化了粉煤灰對(duì)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(duì)精制棉黑液的處理效果明顯好于粉煤灰原渣對(duì)黑液的處理效果。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

分別添加10 mL、20 mL和30 mL氫氧化鋁乳濁液粉煤灰對(duì)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(duì)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(duì)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(xié)同作用對(duì)精制棉黑液色度和COD有較好的去除效果。

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〔編輯：劉曉芳〕