劉智峰

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中723001）

鹽酸改性粉煤灰處理皂素廢水的研究

劉智峰

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中723001）

通過鹽酸對粉煤灰改性，并從中提取改性粉煤灰和酸浸液，將兩者聯(lián)合投加處理皂素廢水，考察了pH值、改性粉煤灰投加量、溫度和酸浸液投加量四個因素對皂素廢水的COD和色度的去除效果。結(jié)果表明：在pH＝7.0，改性粉煤灰投加量＝0.2 g/mL，T＝20℃，酸浸液投加量（v/v）＝3∶10條件下，COD去除率可達(dá)61.28%，色度去除率可達(dá)73.33%。經(jīng)過改性后的粉煤灰對皂素廢水具有較好的處理效果，可發(fā)揮以廢治廢的作用。

改性粉煤灰；鹽酸；酸浸液；皂素廢水；處理效果

黃姜是我國傳統(tǒng)常用中藥材，因其含有豐富的皂甙元（俗稱皂素），藥用價值極高，具有“藥用黃金”的美稱。目前，我國皂素的提取工藝都采用黃姜酸水解法，該工藝生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的酸性高濃度有機(jī)廢水，從而造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。皂素生產(chǎn)是陜南地區(qū)的重要行業(yè)之一，而陜南是南水北調(diào)中線工程水源地，因此，對皂素生產(chǎn)廢水的治理關(guān)系到水源地水質(zhì)安全和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)［1］。

粉煤灰（coal fly ashes，CFA）是燃煤電廠粉煤燃燒排放的廢棄物，粒徑在1～500 μm之間。2010年，我國的粉煤灰排放量達(dá)到20億t，但利用率僅為41.7%，近年來它在水處理方面展現(xiàn)出新的應(yīng)用前景。國內(nèi)外研究表明，粉煤灰中含有較多的活性氧化鋁和氧化硅等，多孔，具有一定的比表面積，并且粉煤灰是高溫燃燒后驟冷得到的產(chǎn)物，表面具有一定的活性，因而粉煤灰具有物理吸附和化學(xué)吸附兩種特性。它可應(yīng)用于印染廢水、石油廢水、制藥廢水等多種廢水的處理［2］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

儀器：JJ－4B型六聯(lián)攪拌器；pHS－3C型pH計；冷凝回流裝置；50 mL具塞比色管若干；250 mL燒杯若干。

試劑：37%鹽酸（分析純）；重鉻酸鉀（基準(zhǔn)純）；98%硫酸硫（分析純）；硫酸銀（分析純）；硫酸亞鐵銨（分析純）；氫氧化鈉（分析純）。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用粉煤灰取自陜西省漢中市略陽電廠，其主要化學(xué)成分如表1。

表1 略陽火力發(fā)電廠粉煤灰的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

實(shí)驗(yàn)廢水是漢中某黃姜皂素生產(chǎn)公司提供的皂素廢水頭道液，其水質(zhì)參數(shù)如表2。

表2 皂素廢水水質(zhì)參數(shù)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 粉煤灰的改性方法

實(shí)驗(yàn)采用鹽酸與粉煤灰中的氧化鐵反應(yīng)，過濾，酸浸液中富含鐵離子，投加到皂素廢水中起到絮凝作用，同時也增大了濾渣中粉煤灰表面的微孔數(shù)和吸附面積。改性方法為：在100 g粉煤灰中加入400 mL 1mol/L HCl，攪拌3 h后停止，浸泡12 h。用抽濾泵將改性灰和酸浸液分離，將改性灰置于烘箱中烘干，獲得改性粉煤灰和酸浸液。

1.3.2 分析測定方法

COD測定用重鉻酸鉀法（GB11914－89），色度用稀釋倍數(shù)法（GB11903－89）［3］。pH值用pHS－3C型pH計測定。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)方案

選取pH、溫度、投灰量、酸浸液投加量四個因素，通過單因素實(shí)驗(yàn)探討粉煤灰無機(jī)絮凝劑對皂素廢水的處理效果，考察處理后的COD去除率和色度去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對處理效果的影響

取四只燒杯，各加入50 mL皂素廢水、6 g改性粉煤灰和15 mL酸浸液，分別調(diào)節(jié)pH為3、5、7、9，在20℃下攪拌30 min，靜置3 h，取上清液測定COD和色度指標(biāo)，結(jié)果如圖1和圖2。

圖1 pH對COD去除率的影響

圖2 pH對色度去除率的影響

從圖1可以看出，隨著pH值的升高，COD的去除率也逐漸升高，但當(dāng)pH值超過7.0后，COD的去除率略有下降，說明在中性條件下對COD的處理效果較好，而在酸性條件下對COD的處理效果較差。從圖2可以看出，隨著反應(yīng)溶液pH值的升高，溶液的色度去除率升高。但當(dāng)pH值超過中性時，溶液的色度去除率稍有下降，但對溶液的色度影響較小。這說明在中性條件下對色度的去除率較好，在酸性條件下對色度的去除率較差。由此可見，當(dāng)pH＝7.0時，對COD以及色度的去除率最高。

2.2 投灰量對處理效果的影響

取四只燒杯，各加入50 mL皂素廢水，分別加入4、6、8、10 g改性粉煤灰，再加入15 mL酸浸液，調(diào)節(jié)pH至7.0，在20℃下攪拌30 min，靜置3 h，取上清液測定COD和色度指標(biāo)，結(jié)果如圖3和圖4。

圖3 投灰量對COD去除率的影響

圖4 投灰量對色度去除率的影響

從圖3和圖4可以看出，隨著投加粉煤灰量的增加，COD和色度的去除率都呈逐漸升高趨勢。這是由于改性后的粉煤灰微孔增多，表面積增大，吸附能力增強(qiáng)，同時，隨著投加量的增大，提供了更多的吸附位點(diǎn)，使得COD和色度的去除率逐漸升高，但COD的去除率增幅較色度的去除率小。由此得出，投灰量為10 g（即0.2 g/mL）時對皂素廢水的COD和色度去除率均較好。

2.3 溫度對處理效果的影響

取四只燒杯，各加入50 mL皂素廢水，10 g改性粉煤灰以及15 mL酸浸液，調(diào)節(jié)pH至7.0，分別讓四杯溶液在20℃、40℃、50℃、60℃下加熱攪拌30 min，冷卻靜置3 h，取上清液測定COD和色度指標(biāo)，結(jié)果如圖5和圖6。

圖5 溫度對COD去除率的影響

圖6 溫度對色度去除率的影響

從圖5可以看出，COD去除率在20℃至60℃之間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果差距不大，基本維持在50%左右。從圖6可以看出，隨著溫度的升高，色度去除率逐漸降低至29.17%。由此可見，反應(yīng)溫度對色度去除率影響較大，高溫對色度去除率不利。由此可見，反應(yīng)溫度在20℃條件下進(jìn)行即可，溫度對COD去除率影響較小，高溫對色度的去除不利。

2.4 酸浸液投加量對處理效果的影響

取四只燒杯，加入50 mL皂素廢水，10 g改性粉煤灰，分別加入10、15、20、25 mL酸浸液，調(diào)節(jié)pH至7.0，在20℃下攪拌30 min，靜置3 h，取上清液測定COD和色度指標(biāo)，結(jié)果如圖7和圖8。

從圖7可以看出，隨著酸浸液投加量的增加，COD的去除率逐漸升高，當(dāng)兩者體積比為3∶10時，COD去除率可達(dá)61.28%，再增加酸浸液投加量，COD去除率變化不大。從圖8可以看出，酸浸液投加量與廢水體積比為1∶5時，色度去除率最低，去除率為61.67%，當(dāng)兩者體積比為3∶10時，色度去除率升至73.33%，隨著絮凝劑投加量的增大，色度的去除率變化不大。這是因?yàn)樾跄齽┎痪哂蓄愃品勖夯业奈侥芰?，?dǎo)致絮凝劑的投加量對色度去除率的影響較小。由此得出，酸浸液投加量（v/v）＝3∶10時，對皂素廢水的COD和色度去除率均較好。

3 小結(jié)

（1）用粉煤灰無機(jī)絮凝劑處理皂素廢水的最佳條件為：pH＝7.0，改性粉煤灰投加量＝0.2 g/mL，T＝20℃，酸浸液投加量（v/v）＝3∶10。此時COD去除率可達(dá)61.28%，色度去除率可達(dá)73.33%。

（2）實(shí)驗(yàn)中只用了鹽酸對粉煤灰進(jìn)行酸改性，對Fe2+的浸出率較高，但沒有對SiO32-浸出。若本實(shí)驗(yàn)在對粉煤灰進(jìn)行酸改性后繼續(xù)使用NaOH來提取出Na2SiO3，使其生成聚硅酸鹽［4］，對COD的去除率會進(jìn)一步提高，但成本也相繼增大。

［1］劉智峰，宋鳳敏，劉瑾.粉煤灰在皂素廢水處理中的應(yīng)用［J］.陜西理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，26（3）：78-80.

［2］石建穩(wěn)，陳少華，王淑梅，等.粉煤灰改性及其在水處理中的應(yīng)用進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2008，27（3）：326-347.

［3］國家環(huán)境保護(hù)總局，《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法（第4版）［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1989：368-370.

10.3969/j.issn.1007-2217.2012.02.006

2012－02-07