盐酸改性粉煤灰处理皂素废水的研究

刘智峰

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723001）

盐酸改性粉煤灰处理皂素废水的研究

刘智峰

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723001）

通过盐酸对粉煤灰改性，并从中提取改性粉煤灰和酸浸液，将两者联合投加处理皂素废水，考察了pH值、改性粉煤灰投加量、温度和酸浸液投加量四个因素对皂素废水的COD和色度的去除效果。结果表明：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条件下，COD去除率可达61.28%，色度去除率可达73.33%。经过改性后的粉煤灰对皂素废水具有较好的处理效果，可发挥以废治废的作用。

改性粉煤灰；盐酸；酸浸液；皂素废水；处理效果

黄姜是我国传统常用中药材，因其含有丰富的皂甙元（俗称皂素），药用价值极高，具有“药用黄金”的美称。目前，我国皂素的提取工艺都采用黄姜酸水解法，该工艺生产过程中会产生大量的酸性高浓度有机废水，从而造成严重的环境污染。皂素生产是陕南地区的重要行业之一，而陕南是南水北调中线工程水源地，因此，对皂素生产废水的治理关系到水源地水质安全和生态环境的保护［1］。

粉煤灰（coal fly ashes，CFA）是燃煤电厂粉煤燃烧排放的废弃物，粒径在1～500 μm之间。2010年，我国的粉煤灰排放量达到20亿t，但利用率仅为41.7%，近年来它在水处理方面展现出新的应用前景。国内外研究表明，粉煤灰中含有较多的活性氧化铝和氧化硅等，多孔，具有一定的比表面积，并且粉煤灰是高温燃烧后骤冷得到的产物，表面具有一定的活性，因而粉煤灰具有物理吸附和化学吸附两种特性。它可应用于印染废水、石油废水、制药废水等多种废水的处理［2］。

1 实验部分

1.1 实验仪器和试剂

仪器：JJ－4B型六联搅拌器；pHS－3C型pH计；冷凝回流装置；50 mL具塞比色管若干；250 mL烧杯若干。

试剂：37%盐酸（分析纯）；重铬酸钾（基准纯）；98%硫酸硫（分析纯）；硫酸银（分析纯）；硫酸亚铁铵（分析纯）；氢氧化钠（分析纯）。

1.2 实验材料

本实验所用粉煤灰取自陕西省汉中市略阳电厂，其主要化学成分如表1。

表1 略阳火力发电厂粉煤灰的主要化学成分（质量分数）

实验废水是汉中某黄姜皂素生产公司提供的皂素废水头道液，其水质参数如表2。

表2 皂素废水水质参数

1.3 实验方法

1.3.1 粉煤灰的改性方法

实验采用盐酸与粉煤灰中的氧化铁反应，过滤，酸浸液中富含铁离子，投加到皂素废水中起到絮凝作用，同时也增大了滤渣中粉煤灰表面的微孔数和吸附面积。改性方法为：在100 g粉煤灰中加入400 mL 1mol/L HCl，搅拌3 h后停止，浸泡12 h。用抽滤泵将改性灰和酸浸液分离，将改性灰置于烘箱中烘干，获得改性粉煤灰和酸浸液。

1.3.2 分析测定方法

COD测定用重铬酸钾法（GB11914－89），色度用稀释倍数法（GB11903－89）［3］。pH值用pHS－3C型pH计测定。

1.3.3 实验方案

选取pH、温度、投灰量、酸浸液投加量四个因素，通过单因素实验探讨粉煤灰无机絮凝剂对皂素废水的处理效果，考察处理后的COD去除率和色度去除率。

2 结果与讨论

2.1 pH对处理效果的影响

取四只烧杯，各加入50 mL皂素废水、6 g改性粉煤灰和15 mL酸浸液，分别调节pH为3、5、7、9，在20℃下搅拌30 min，静置3 h，取上清液测定COD和色度指标，结果如图1和图2。

图1 pH对COD去除率的影响

图2 pH对色度去除率的影响

从图1可以看出，随着pH值的升高，COD的去除率也逐渐升高，但当pH值超过7.0后，COD的去除率略有下降，说明在中性条件下对COD的处理效果较好，而在酸性条件下对COD的处理效果较差。从图2可以看出，随着反应溶液pH值的升高，溶液的色度去除率升高。但当pH值超过中性时，溶液的色度去除率稍有下降，但对溶液的色度影响较小。这说明在中性条件下对色度的去除率较好，在酸性条件下对色度的去除率较差。由此可见，当pH＝7.0时，对COD以及色度的去除率最高。

2.2 投灰量对处理效果的影响

取四只烧杯，各加入50 mL皂素废水，分别加入4、6、8、10 g改性粉煤灰，再加入15 mL酸浸液，调节pH至7.0，在20℃下搅拌30 min，静置3 h，取上清液测定COD和色度指标，结果如图3和图4。

图3 投灰量对COD去除率的影响

图4 投灰量对色度去除率的影响

从图3和图4可以看出，随着投加粉煤灰量的增加，COD和色度的去除率都呈逐渐升高趋势。这是由于改性后的粉煤灰微孔增多，表面积增大，吸附能力增强，同时，随着投加量的增大，提供了更多的吸附位点，使得COD和色度的去除率逐渐升高，但COD的去除率增幅较色度的去除率小。由此得出，投灰量为10 g（即0.2 g/mL）时对皂素废水的COD和色度去除率均较好。

2.3 温度对处理效果的影响

取四只烧杯，各加入50 mL皂素废水，10 g改性粉煤灰以及15 mL酸浸液，调节pH至7.0，分别让四杯溶液在20℃、40℃、50℃、60℃下加热搅拌30 min，冷却静置3 h，取上清液测定COD和色度指标，结果如图5和图6。

图5 温度对COD去除率的影响

图6 温度对色度去除率的影响

从图5可以看出，COD去除率在20℃至60℃之间，实验结果差距不大，基本维持在50%左右。从图6可以看出，随着温度的升高，色度去除率逐渐降低至29.17%。由此可见，反应温度对色度去除率影响较大，高温对色度去除率不利。由此可见，反应温度在20℃条件下进行即可，温度对COD去除率影响较小，高温对色度的去除不利。

2.4 酸浸液投加量对处理效果的影响

取四只烧杯，加入50 mL皂素废水，10 g改性粉煤灰，分别加入10、15、20、25 mL酸浸液，调节pH至7.0，在20℃下搅拌30 min，静置3 h，取上清液测定COD和色度指标，结果如图7和图8。

从图7可以看出，随着酸浸液投加量的增加，COD的去除率逐渐升高，当两者体积比为3∶10时，COD去除率可达61.28%，再增加酸浸液投加量，COD去除率变化不大。从图8可以看出，酸浸液投加量与废水体积比为1∶5时，色度去除率最低，去除率为61.67%，当两者体积比为3∶10时，色度去除率升至73.33%，随着絮凝剂投加量的增大，色度的去除率变化不大。这是因为絮凝剂不具有类似粉煤灰的吸附能力，导致絮凝剂的投加量对色度去除率的影响较小。由此得出，酸浸液投加量（v/v）＝3∶10时，对皂素废水的COD和色度去除率均较好。

3 小结

（1）用粉煤灰无机絮凝剂处理皂素废水的最佳条件为：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。此时COD去除率可达61.28%，色度去除率可达73.33%。

（2）实验中只用了盐酸对粉煤灰进行酸改性，对Fe2+的浸出率较高，但没有对SiO32-浸出。若本实验在对粉煤灰进行酸改性后继续使用NaOH来提取出Na2SiO3，使其生成聚硅酸盐［4］，对COD的去除率会进一步提高，但成本也相继增大。

［1］刘智峰，宋凤敏，刘瑾.粉煤灰在皂素废水处理中的应用［J］.陕西理工学院学报（自然科学版），2010，26（3）：78-80.

［2］石建稳，陈少华，王淑梅，等.粉煤灰改性及其在水处理中的应用进展［J］.化工进展，2008，27（3）：326-347.

［3］国家环境保护总局，《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法（第4版）［M］.北京：中国环境科学出版社，1989：368-370.

10.3969/j.issn.1007-2217.2012.02.006

2012－02-07