復合包裝廢棄物綜合利用生產廢水資源化利用研究

(漳州職業技術學院食品與生物工程系，福建漳州363000 農產品深加工及安全福建省高校應用技術工程中心，福建漳州363000 福建省精細化工應用技術協同創新中心，福建漳州363000)

軟飲料包裝即在市場上常見的無需冷藏的飲料包裝。每個利樂包的無菌紙包裝重量約為10g，其中紙、鋁箔和塑料的含量分別為7.5、0.5、2g。目前，利樂包的回收再利用主流技術是復合材料分離綜合利用技術，最終加工成再生紙漿、塑料等工業原料。復合包裝廢棄物綜合利用生產過程中因用強堿溶解鋁箔會產生大量鋁塑分離廢水，內含有高濃度的鋁(約9.863g/L)，且堿性極強(pH=14)，處理不當或事故排放會造成水體的嚴重污染，嚴重破壞生態環境。目前，對復合包裝廢棄物綜合利用生產過程中產生的高鋁強堿性廢水(High aluminum strong alkaline wastewater，HASAW)的治理多采用中和、沉淀等技術，主流處理工藝為：初次沉淀去除懸浮物，此時pH高達14，加酸調節pH至中性，產生沉淀，其清液再加堿調節pH至13～14再回用于生產，其缺點就是2次大量的酸、堿調節造成水處理成本偏高，企業生產成本加重。

物理法如砂濾器主要是對泥沙、膠體、懸浮物等進行物理截留。因為其無污染、價格低廉、運行成本低，但實踐證明對鋁的去除效果很差。生物法對鋁的去除沒有效果?；瘜W法如吸附法、離子交換法對鋁的去除效果較好，膜處理效果也很好，但成本都很高。復合包裝廢棄物綜合利用生產過程中產生的HASAW的資源化未見報導。如何充分利用這些高濃度鋁，既可以減小其所含難降解污染物對環境的不利影響，又可以減少處理成本，甚至變廢為寶、資源化，是環境工作者與企業非常關注的課題[1～5]。

污水處理廠化學處理需要大量的絮凝劑如聚鐵或者聚鋁等來預處理、降低CODCr及進一步化學除磷等，如果能將HASAW中的高濃度鋁無害化、資源化，以廢治廢，能極大促進我國復合包裝廢棄物綜合利用生產工業的良性發展，開辟復合包裝廢棄物綜合利用生產的HASAW治理全新途徑，為其它復合包裝廢棄物綜合利用生產企業的污水治理提供借鑒。該研究在國內外研究的基礎上，樹立以廢治廢理念，以實際工業廢水為試驗水質，考察了復合包裝廢棄物綜合利用生產的HASAW作為污水處理廠的絮凝劑對抗生素工業廢水的處理效果。

1 材料與方法

1.1 材料

高鋁強堿性廢水來源于某復合包裝廢棄物綜合利用企業造粒工段產生的HASAW。

試驗所用廢水水樣取自某工業區集中區污水處理廠初沉池出水和MSBR池出水。該污水廠采用“初沉調節+厭氧水解+MSBR+臭氧氧化+絮凝沉淀+曝氣生物濾池”復合工藝處理該園區內極難生物降解的抗生素廢水，廢水特點為成分復雜、色度高、含多種抑制物質、生物毒性大[6～11]。

水質分析儀器主要有BAS224S型萬分之一分析電子天平(賽多利斯科學儀器(北京)有限公司) 、KT370型可調速攪拌機(啟東市匯龍混合設備有限公司) 、上海精宏DHG-9076A電熱恒溫鼓風干燥箱(上海右一儀器有限公司) 、pH計(上海精密科學儀器有限公司) 、Uvmini1240紫外分光光度計(島津企業管理(中國)有限公司)、科迪博9012型COD恒溫加熱器(青島科迪博電子科技有限公司)。

1.2 試驗方法

將HASAW作為絮凝劑添加到不同的廢水水樣里，考察不同的絮凝劑添加量、不同初始濃度和不同初始pH對處理效果的影響，測定前后廢水水樣的CODCr和總磷含量(TP)變化，對比聚鋁(Poly Aluminium Chloride，PAC)絮凝試驗，分析HASAW的絮凝沉淀效果。每個試驗重復3次，取其平均值。

1.3 檢測項目及分析方法

水質指標分析項目及檢測方法如表1所示。

表1 水質指標分析項目及方法

2 結果與分析

2.1 不同絮凝劑對MSBR池出水的處理效果

2.1.1 HASAW作絮凝劑

取MSBR池出水500mL作為水樣，以不同添加量的HASAW作為絮凝劑進行處理，結果如圖1所示。

從圖1來看，隨著HASAW絮凝劑用量的增加，CODCr、TP也隨著下降，CODCr和TP去除效果非常明顯，當絮凝劑的用量達到0.8mL時，CODCr去除效果最佳，當絮凝劑用量達到1.6mL時，TP去除效果最佳。但是，隨著絮凝劑用量的繼續增加，CODCr、TP處理效率也隨著下降。綜合考慮，每500mL MSBR池出水添加絮凝劑用量0.8mL能獲得最佳絮凝效果，此時，CODCr去除率為23.3%，TP去除率為74.5%，pH為8.3，且去除效果表現為TP>CODCr。

最佳條件下用HASAW作絮凝劑處理后的水樣，CODCr、TP均能符合《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)一級排放標準(CODCr≤100mg/L、TP≤0.5mg/L)。

2.1.2 PAC作絮凝劑

取同樣的MSBR池出水500mL作為水樣，以不同添加量的PAC作為絮凝劑進行處理，結果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著PAC用量的增加，CODCr、TP也隨著下降，當PAC的用量為0.4mL，CODCr去除效果最佳，之后CODCr去除效果下降，可見每500mL MSBR池出水添加PAC 0.4mL能獲得最佳絮凝效果，此時CODCr去除率為25.0%。TP的去除呈現與CODCr相似的趨勢，當PAC的用量為0.3mL，能獲得最佳除磷效果，此時TP去除率為75.8%。去除效果表現為TP>CODCr。綜合考慮，每500mL MSBR池出水添加絮凝劑用量0.4mL能獲得最佳絮凝效果，此時CODCr去除率為25.0%，TP去除率為75.8%。

圖1 不同HASAW添加量下的MSBR池出水處理效果 圖2 不同PAC用量下MSBR池出水的處理效果

2.1.3 HASAW與PAC絮凝效果對比

表2 不同絮凝劑處理效率對比

對比2種絮凝劑絮凝效果，以分別在500mL MSBR池出水水樣中添加0.4mL的PAC和0.8mL的HASAW作為絮凝劑進行處理效果最佳，結果詳見表2。

由表2可知，對比CODCr和TP的絮凝處理效果，可見HASAW和PAC一樣有著很好的絮凝作用，PAC略優于HASAW。

圖3 不同HASAW添加量下的初沉池出水處理效果

圖4 不同pH下HASAW的絮凝效果

2.2 HASAW作絮凝劑對初沉池出水的處理效果

取初沉池出水500mL作為水樣，以HASAW作為絮凝劑進行處理，結果如圖3所示。

從圖3可知，隨著HASAW添加量的增加，CODCr、TP呈現先降后升的趨勢。當HASAW添加量達到12.0mL，CODCr去除效果最佳，之后隨著HASAW添加量的增加，CODCr去除效率也隨著下降；當HASAW添加量達到8.0mL，TP去除效果最佳，之后去除效果也變差。綜合考慮，每500mL初沉池出水添加HASAW 12.0mL能獲得最佳絮凝效果，此時CODCr去除率為45.5%，TP去除率為77.8%，pH為8.6，且兩者去除率均高于MSBR池出水。

2.3 不同pH對HASAW絮凝效果的影響

從上述試驗可知，HASAW可以作為污水處理的絮凝劑，且能取得很好的處理效果，但也發現處理后水樣的pH雖呈中性，pH為8.3～8.7，能達標排放但偏高。因此，取MSBR池出水500mL試驗后再加酸調節pH至6、6.5、7、7.5、8、8.5、9，進一步考察不同pH對HASAW絮凝效果的影響，結果如圖4所示。

從圖4可知，溶液pH對絮凝效果的影響較大，隨著pH的升高，CODCr、TP呈現先降后升的趨勢。最佳pH為8, 此時CODCr去除率為29.3%，TP去除率為75.8%。

3 結論與討論

1)HASAW可以作為污水處理的絮凝劑，可以代替PAC。每500mL MSBR池出水添加HASAW 0.8mL能獲得最佳絮凝效果；每500mL初沉池出水添加HASAW 12.0mL能獲得最佳絮凝效果，且去除效果均表現為TP>CODCr。這是因為少量的HASAW和污水處理廠MSBR池出水的水樣混合后堿性大大減弱，成為弱堿性甚至中性，在攪拌作用下，形成Al(OH)3膠體等，因吸附架橋作用和重力沉降作用，有效去除CODCr和TP。加入量較少時，不能很好地使膠體脫穩，不足以將膠粒架橋聯接起來，導致形成的絮體不夠多、不夠大，不能起到良好的吸附和卷掃作用，絮凝效果不夠理想。加入量偏多，則會使膠粒的吸附面均被無機PAC高分子覆蓋，兩膠?？拷鼤r，就會受到高分子之間的相互排斥而不能聚集，產生“膠體保護”作用，使絮凝效果變差，甚至重新穩定，即“再穩”[12，13]。

3)HASAW作為水處理的絮凝劑不僅可以在污水處理的前端使用，也可以在污水處理的末端使用,完全可以變廢為寶、實現資源化利用，在水處理領域中將具有極其廣闊的應用前景。