粉煤灰顆粒和粉煤灰處理精制棉黑液的比較

馮之翔++劉長紅++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。將粉煤灰、黏土和淀粉按質量比為5∶4∶1混合燒結成直徑為0.5 cm的小球顆粒，對比分析了粉煤灰顆粒和粉煤灰原渣對精制棉黑液COD和色度的去除效果。研究表明，粉煤灰顆粒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65%和61%，而粉煤灰原渣對黑液色度和COD的最大去除率分別為24%和26%.

關鍵詞：精制棉黑液；粉煤灰；色度；COD

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：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堿法蒸煮精制而成的一種高純度纖維素產品，被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，被譽為“工業味精”，具有較好的市場前景。精制棉生產過程中將產生大量廢水，主要為加堿蒸煮廢水（蒸煮黑液）、漂白廢水和驅水廢水。對精制棉加工廢水進行分析發現：蒸煮黑液中COD高達5×104 mg/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（4 000～5 000倍）、高COD、可生化性差等特點。

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精制棉廢水處理的研究報道，主要通過過濾、吸附、接觸聚凝和沉淀作用去除廢水中污染物。過濾是一種常用處理高色度和高濃度有機污染物廢水工藝。多孔陶瓷濾料具有化學穩定好、孔隙率高、強度高、熱穩定性好、體積密度小、無二次污染和再生性強等優點，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

稱取10 g棉短絨放入1 L錐形瓶中，加入800 mL質量濃度為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，保持瓶內液體沸騰，蒸煮6 h，得到實驗用精制棉蒸煮黑液。

1.2 粉煤灰陶瓷顆粒的制備

粉煤灰取自國電大連某發電廠。將粉煤灰、黏土、淀粉按照質量比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，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 粉煤灰顆粒對黑液色度的去除效果

粉煤灰顆粒對精制棉黑液色度的去除效果如圖1所示。粉煤灰顆粒對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%.粉煤灰顆粒對精制棉黑液處理1 h后，色度去除率為46%，過濾處理3 h后，色度去除率達到最大值65%，然后略有減小，過濾6 h后降到62%.

2.2 粉煤灰顆粒對黑液COD的去除效果

粉煤灰顆粒對精制棉黑液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6 h后，COD的去除率降低到23%.粉煤灰顆粒對黑液COD的去除效果明顯好于粉煤灰原渣。吸附1 h后，COD的去除率達到34%，過濾處理3 h后，黑液COD的去除率達到最大值61%，然后略有減小，連續過濾處理6 h后降低到55%.可見，在整個處理期間，粉煤灰顆粒對黑液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，并且具有較強的吸附能力。在制備粉煤灰陶瓷顆粒過程中，加入黏土是為了顆粒在燒結過程中易于成型和不解體，且在顆粒內部形成一些孔隙；在燒結過程中，加入的淀粉被灰化，在顆粒內部形成均勻的孔隙，因此，形成的粉煤灰顆粒是很好的過濾介質材料。由于粉煤灰顆粒具有較好的過濾、吸附作用，因此對精制棉黑液色度和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到吸附飽和后還便于反沖洗，使吸附在孔隙內部的污染物洗脫出來；或重新燒結，使孔隙內部聚集的有機污染物灰化，從而達到循環使用的目的。

3 實驗結論

添加黏土和淀粉制備的粉煤灰陶瓷顆粒因內部孔隙率較高，因此具有較好的吸附和過濾能力，對精制棉黑液色度和COD的最大去除率分別達到65%和61%；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%.可見，粉煤灰顆粒對精制棉黑液色度和COD的去除能力明顯優于粉煤灰原渣。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕