油性污染硬質廢舊塑料的固體介質干洗技術研究

伍 娜，宋 楠，高小峰，趙由才,3，張美蘭，周海燕，周 濤,3*

(1.同濟大學 環境科學與工程學院，上海 200092；2.上海電力學院 環境與化學工程學院，上海 200090；3.上海污染控制與生態安全研究院，上海 200092；4.上海老港廢棄物處置有限公司，上海 201302)

由于塑料表面缺少極性基團，親水性污染物難以附著在其表面，相反油性污垢卻易附著于其表面[1-2]。生活垃圾中的硬質物料表面附著物主要為食用油、潤滑油等油性污染物且不易烘干、黏著度基本不變[3]。在生活垃圾的收集和運輸過程中硬質塑料表面會附著少量的小顆粒砂石、泥漬、醬漬等[4-5]，這類附著物含水率較高易烘干、在烘干過程中附著物黏著度明顯下降。對于含有油性物質和的水性污染物質兩類附著物的硬質廢舊污染塑料，需要用不同方法對其進行清潔[6-7]。對有一定厚度和硬度，不易變形的硬質塑料，宜用臥式攪拌的方法。

對于不易烘干的油性污染物附著的廢舊塑料，首先采用固體介質潔凈方法，利用吸附性固體介質吸附廢舊塑料表面油層，在油性物質被吸附后，雖然附著物黏著度降低，但仍有部分吸附劑附著在廢舊塑料表面，發生再吸附，需要再使用無介質潔凈方法使再吸附的吸附劑由塑料表面脫落。分離后得到含油性污染物的吸附劑集中處理，清潔后的塑料片收集后待回收利用。

1 油性污染硬質廢舊塑料的固體介質清潔實驗方法

固體介質干洗裝置所用介質包括木屑、土壤與河砂混合物、電石渣與河砂混合物[8-9]，這些介質較為常見，并且都比較廉價易得，木屑、土壤和電石渣具有一定吸附效果，土壤和電石渣顆粒較小，在吸附過程中會發生再吸附而附著在塑料廢片的表面，因此添加河砂為土壤和電石渣增加摩擦力[10]。

圖1 不同固體介質干洗力驗證試驗流程圖

選擇適當固體干洗介質的試驗流程如圖1所示。首先將硬質塑料廢片進行手動破碎，使破碎后的硬質廢舊塑料片邊長在4 cm左右。每組稱取20 g破碎后的樣品，在燒杯中加入20 mL植物油(約18 g)，混合均勻后用于固體介質干洗介質選擇預實驗。每種介質的樣品分別在裝置中對模擬污染硬質塑料片分別干洗2、4、8、12、16、20 min。在每個樣中取出3.00 g，于250 mL水樣瓶中，加入200 mL去離子水和20 mL清洗液。在搖床中100 r/min，25℃條件下震蕩10 h，取出后過濾，測濾液的COD、TOC、pH值，同時，測定200 mL去離子水和20 mL清洗液混合液的COD、TOC、pH值作為空白樣品值，根據所測得結果選擇適當的固體干洗介質。

2 結果與討論

2.1 油性污染硬質廢舊塑料固體干洗介質選擇

2.1.1 不同固體介質干洗樣品COD隨時間變化

圖2為三種不同固體介質進行干洗的樣品漂洗濾液COD與空白樣品COD比值隨干洗時間變化趨勢圖。

圖2 不同介質干洗時間對COD/COD空白的影響

以土壤和河砂作為干洗介質的樣品，在0～12 min COD下降較快，之后變化趨勢較平緩，甚至有輕微上升趨勢。這可能是由與土壤接觸時間長，大量土壤在吸附油性附著物同時附著在硬質塑料片表面，在無介質干洗裝置中未能完全脫落造成的。以土壤作為干洗介質，在干洗時間為16 min時COD最低，為空白樣COD的4.52倍，干洗效果不理想。

2.1.2 不同固體介質干洗樣品TOC與時間關系

圖3 不同介質干洗時間對TOC/TOC空白的影響

圖3為三種不同介質干洗樣品漂洗濾液TOC與空白樣品TOC比值隨干洗時間變化趨勢圖。如圖中所示，干洗樣品的TOC變化趨勢與COD變化趨勢相似。三種介質的干洗樣品均在干洗時間為0～12 min時，TOC下降較快，在12～16 min時基本穩定。以“土壤+河砂”作為干洗介質的TOC始終處于一個較高水平，干洗時間為16 min時得到最低TOC，是空白樣品5倍左右，而以木屑和“電石渣+河砂”作為干洗介質的樣品TOC最低為空白樣品的1.88倍和1.64倍。

2.1.3 不同固體介質干洗樣品pH隨時間變化情況

圖4為三種不同介質干洗樣品漂洗濾液pH值隨干洗時間變化趨勢圖。由圖4可知，在整個干洗實驗中，三種不同介質的干洗樣品pH值都沒有出現隨干洗時間明顯變化趨勢，其中以電石渣和河砂作為干洗介質的樣品pH值較高，在10以上，主要原因是電石渣主要成分為氫氧化鈣，屬于堿性物質，少量溶于水后時pH值上升。以木屑作為干洗介質的樣品pH值基本穩定在7左右，接近中性。以土壤和河砂作為干洗介質的樣品pH值變化較大，分析其原因所用土壤一種來自上海市周浦區蔬菜種植區，一種來自虹口區花鳥市場，不同土壤性質本身不同，且蔬菜種植區長期噴灑農藥影響土壤pH值。

圖4 不同介質干洗時間對pH值的影響

2.1.4 不同固體介質干洗的外觀效果

圖5為不同介質干洗效果圖，其中(1)、(2)、(3)分別為“電石渣+河砂”、“土壤+河砂”、“木屑”介質干洗樣品經漂洗后的效果圖。

(1)干洗介質為“電石渣+河砂”；(2)干洗介質為“土壤+河砂”；(3)干洗介質為“木屑”

由圖5中漂洗后樣品可以看出，木屑作為介質的干洗樣品在漂洗之后最為潔凈，且塑料表面沒有劃痕，在外觀上最符合要求。以電石渣和河砂作為干洗介質的樣品漂洗之后附著少量電石渣，塑料片表面劃痕較少，基本符合要求。而以土壤和砂石作為干洗介質的樣品漂洗后表面劃痕較多，土壤附著嚴重，不符合干洗要求。主要原因是木屑是較為軟質的介質，不會對塑料片產生損傷，堅硬的河砂在裝置與塑料片接觸必然產生損傷，而電石渣較為密實包裹河砂緩沖了河砂與塑料片之間的作用力，對塑料廢片起到保護作用，土壤則比較松散，在裝置運行過程中對塑料片的保護能力較低，劃痕較多，同時附著在劃痕內的土壤顆粒很難漂洗，造成的漂洗后的塑料片外觀不符合要求。

3 結論

本工作采用木屑、土壤與河砂混合物、電石渣與河砂混合物干洗油性污染硬質廢舊塑料，并以這三種不同固體介質干洗樣品的漂洗濾液COD、TOC、pH值及其相應的與空白樣品的比值隨干洗時間變化，以及表觀潔凈度，作為干洗效率指標，發現干洗16～20 min即可達到較好效果。在這三種固體介質中，木屑作為介質的干洗樣品在漂洗之后最為潔凈，且塑料表面沒有劃痕，在外觀上最符合要求。以電石渣和河砂作為干洗介質的樣品漂洗之后附著少量電石渣，塑料片表面劃痕較少，基本符合要求。