硫酸銅促進精制棉黑液處理的研究

張春　張中維　張美怡　于湘永　徐冰　丁越

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。該文考察了0.1 g/L硫酸銅溶液對不同pH精制棉黑液COD和色度的去除效果。研究結果表明：當精制棉黑液pH分別為5.0、7.0、9.0、11.0和13.0時，精制棉黑液COD的最大去除率分別為26.7%、48.7%、33.1%、29.3%和26.7%，色度的最大去除率分別為44%、80.0%、48.0%、48.0%和40.0%。這說明Cu2+有助于黑液中污染物的去除，可以明顯降低處理成本。

關鍵詞：精制棉黑液 粉煤灰 硫酸銅 污染

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0131-02

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，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，也叫精制棉黑液）、漂白廢水和驅水廢水。對精制棉加工廢水進行分析發現：蒸煮黑液具有機污染物含量高、色度高等特點，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[1]。

文獻報道采用硫酸銅溶液作為催化劑對染料廢水具有良好的色度和COD去除效果，如當染料活性紅74濃度為100 mg/L時，CuSO4·5H2O的負載為4 g/L，COD和色度的最佳去除效果分別為95%和68%[2]。因此，考察CuSO4溶液對精制棉黑液色度和COD的去除效果是值得研究的問題。該實驗通過向不同pH精制棉黑液中添加0.1 g/L的CuSO4·5H2O，分析其對不同黑液COD和色度的去除效果。

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800 mL濃度為20 g/L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，待冷卻后分別添加鹽酸調pH為5、7、9、11、13，得到實驗所需不同pH的精制棉黑液。

1.2 硫酸銅溶液對精制棉黑液的處理效果

分別取出50mL pH為5、7、9、11、13的精制棉黑液，添加無水硫酸銅，使溶液中的濃度為0.1 g/L，恒溫20 ℃攪拌，分別于0.5 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h后測量COD和色度變化，采用重鉻酸鉀微波消解快速測定COD、稀釋倍數法測定色度。

2 實驗結果與討論

2.1 硫酸銅對不同pH黑液COD去除效果的分析

圖1為硫酸銅對不同pH黑液COD的去除效果。硫酸銅對不同pH精制棉黑液的COD均有明顯的去除效果。當精制棉黑液pH分別為5.0、7.0、9.0、11.0和13.0時，添加硫酸銅處理后，COD的最大去除率分別為26.7%、48.7%、33.1%、29.3%和26.7%；同時，不同pH精制棉黑液添加硫酸銅2～3 h后，COD的去除率均達到最大。

這說明溶液的pH對以Cu2+為催化劑促進精制棉黑液中大分子有機物污染物分解具有重要影響，這可能與大分子有機污染物在不同pH溶液中水解程度和存在形態有關。

2.2 硫酸銅對不同pH黑液色度去除效果的分析

圖2為硫酸銅對不同pH黑液色度的去除效果。硫酸銅對不同pH精制棉黑液的色度均有明顯的去除效果。當精制棉黑液pH分別為5.0、7.0、9.0、11.0和13.0時，添加硫酸銅處理后，色度的最大去除率分別為44%、80.0%、48.0%、48.0%和40.0%；同時，不同pH精制棉黑液添加硫酸銅1～2 h后，色度的去除率均達到最大。

精制棉黑液COD和色度去除效果分析表明：當精制棉黑液pH為7.0時，添加0.101 g/L的硫酸銅2 h后，黑液中COD和色度的去除率達到最大，分別為48.7%和80%。已有研究表明，Cu2+能夠吸附在大分子有機物三嗪環的活性部位上，替換出OH-離子，而且Cu2+容易與大分子有機物形成顆粒物加速有機污染物的去除[2]。Cu2+對不同pH精制棉黑液COD和色度的去除效果表明，在精制棉黑液處理過程中適當添加合適濃度的Cu2+有助于黑液中污染物的去除，可以明顯降低處理成本。

3 實驗結論

（1）當精制棉黑液pH分別為5.0、7.0、9.0、11.0和13.0時，添加0.1 g/L的硫酸銅，COD的最大去除率分別為26.7%、48.7%、33.1%、29.3%和26.7%。

（2）當精制棉黑液pH分別為5.0、7.0、9.0、11.0和13.0時，添加0.1 g/L的硫酸銅，色度的最大去除率分別為44%、80.0%、48.0%、48.0%和40.0%。

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] Pradeep Kumar，Ruchika Agnihotri，Monoj Kumar Mondal.Catalytic treatment of synthetic dye wastewater：COD and color reduction[J].Journal of Environmental Chemical Engineering，2013（1）：440-447.endprint