硫酸铜促进精制棉黑液处理的研究

张春　张中维　张美怡　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点，使得处理的工艺复杂、处理成本较高，一直是环境工程领域的难点。该文考察了0.1 g/L硫酸铜溶液对不同pH精制棉黑液COD和色度的去除效果。研究结果表明：当精制棉黑液pH分别为5.0、7.0、9.0、11.0和13.0时，精制棉黑液COD的最大去除率分别为26.7%、48.7%、33.1%、29.3%和26.7%，色度的最大去除率分别为44%、80.0%、48.0%、48.0%和40.0%。这说明Cu2+有助于黑液中污染物的去除，可以明显降低处理成本。

关键词：精制棉黑液 粉煤灰 硫酸铜 污染

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0131-02

精制棉（棉浆粕）是以棉短绒为原料经碱法蒸煮精制而成的一种高纯度纤维素产品，广泛用于制造纤维素酯类、硝化纤维素（硝化棉）和醋酸纤维素，被誉为“工业味精”，具有较好的市场前景。精制棉生产过程中将产生大量废水，主要为加碱蒸煮废水（蒸煮黑液，也叫精制棉黑液）、漂白废水和驱水废水。对精制棉加工废水进行分析发现：蒸煮黑液具有机污染物含量高、色度高等特点，占了总有机污染物排放量的90%，含有大量棉超短绒、单宁、果胶、油脂、蜡质、木糖、固形物和游离碱等[1]。

文献报道采用硫酸铜溶液作为催化剂对染料废水具有良好的色度和COD去除效果，如当染料活性红74浓度为100 mg/L时，CuSO4·5H2O的负载为4 g/L，COD和色度的最佳去除效果分别为95%和68%[2]。因此，考察CuSO4溶液对精制棉黑液色度和COD的去除效果是值得研究的问题。该实验通过向不同pH精制棉黑液中添加0.1 g/L的CuSO4·5H2O，分析其对不同黑液COD和色度的去除效果。

1 材料与方法

1.1 精制棉黑液的制备

称取10 g棉短绒放入1 L锥形瓶中，加入800 mL浓度为20 g/L氢氧化钠溶液，浸泡3 h。再将锥形瓶置于电加热套中加热，保持瓶内液体沸腾，蒸煮6 h，待冷却后分别添加盐酸调pH为5、7、9、11、13，得到实验所需不同pH的精制棉黑液。

1.2 硫酸铜溶液对精制棉黑液的处理效果

分别取出50mL pH为5、7、9、11、13的精制棉黑液，添加无水硫酸铜，使溶液中的浓度为0.1 g/L，恒温20 ℃搅拌，分别于0.5 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h后测量COD和色度变化，采用重铬酸钾微波消解快速测定COD、稀释倍数法测定色度。

2 实验结果与讨论

2.1 硫酸铜对不同pH黑液COD去除效果的分析

图1为硫酸铜对不同pH黑液COD的去除效果。硫酸铜对不同pH精制棉黑液的COD均有明显的去除效果。当精制棉黑液pH分别为5.0、7.0、9.0、11.0和13.0时，添加硫酸铜处理后，COD的最大去除率分别为26.7%、48.7%、33.1%、29.3%和26.7%；同时，不同pH精制棉黑液添加硫酸铜2～3 h后，COD的去除率均达到最大。

这说明溶液的pH对以Cu2+为催化剂促进精制棉黑液中大分子有机物污染物分解具有重要影响，这可能与大分子有机污染物在不同pH溶液中水解程度和存在形态有关。

2.2 硫酸铜对不同pH黑液色度去除效果的分析

圖2为硫酸铜对不同pH黑液色度的去除效果。硫酸铜对不同pH精制棉黑液的色度均有明显的去除效果。当精制棉黑液pH分别为5.0、7.0、9.0、11.0和13.0时，添加硫酸铜处理后，色度的最大去除率分别为44%、80.0%、48.0%、48.0%和40.0%；同时，不同pH精制棉黑液添加硫酸铜1～2 h后，色度的去除率均达到最大。

精制棉黑液COD和色度去除效果分析表明：当精制棉黑液pH为7.0时，添加0.101 g/L的硫酸铜2 h后，黑液中COD和色度的去除率达到最大，分别为48.7%和80%。已有研究表明，Cu2+能够吸附在大分子有机物三嗪环的活性部位上，替换出OH-离子，而且Cu2+容易与大分子有机物形成颗粒物加速有机污染物的去除[2]。Cu2+对不同pH精制棉黑液COD和色度的去除效果表明，在精制棉黑液处理过程中适当添加合适浓度的Cu2+有助于黑液中污染物的去除，可以明显降低处理成本。

3 实验结论

（1）当精制棉黑液pH分别为5.0、7.0、9.0、11.0和13.0时，添加0.1 g/L的硫酸铜，COD的最大去除率分别为26.7%、48.7%、33.1%、29.3%和26.7%。

（2）当精制棉黑液pH分别为5.0、7.0、9.0、11.0和13.0时，添加0.1 g/L的硫酸铜，色度的最大去除率分别为44%、80.0%、48.0%、48.0%和40.0%。

参考文献

[1] 乔淇，何强，冉春秋.精制棉废水处理技术进展研究[J].环境科学与管理，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