環氧樹脂生產廢水處理過程中絮凝劑的復配及應用

高陽順，曾 科

鄭州大學生態與環境學院，河南 鄭州 450001

環氧樹脂（Epoxy Resins）是熱固樹脂的主要品種之一，通常是指大分子主鏈上含有醚鍵和仲醇基，同時兩端含有環氧基團的一類聚合物的總稱，其具有良好的力學性能、黏結性能和電性能，被廣泛應用于涂料、機械、電子、建筑、航空航天等領域[1-3]。2016年，全球環氧樹脂產能約462萬t，中國產能約占44%[4]。據統計中國2019年環氧樹脂產量達到212.43萬t，占全球產量約45%[5]。根據生產工藝不同，環氧廢水的產生量及其中各污染物的濃度也有差異，如基礎型環氧樹脂液態環氧樹脂生產廢水量約為3.65～4.15m3/t；溶劑萃取法固態環氧樹脂生產廢水量約為10m3/t；水洗法固態環氧樹脂生產廢水量約為20～22m3/t。根據水洗水套用遍數的不同，液態環氧樹脂生產廢水COD一般為2000～3500mg/L，固態環氧樹脂生產廢水COD一般為8000～10000mg/L；環氧樹脂生產廢水Cl-的濃度一般在5000mg/L以上，pH值大于9[6]。

環氧樹脂廢水具有鹽分高、有機污染物濃度高、可生化性差、堿性強、溫度高等特點[7]，其處理難度較大，處理成本較高，環氧廢水處理技術現狀已經制約著我國環氧樹脂行業的健康發展。對此，文章以基礎型環氧樹脂液態環氧樹脂生產廢水為例，通過試驗比對，篩選出較優條件參數，并應用于環氧樹脂園區污水處理廠，獲得了較好的運行效果。

1 試驗部分

1.1 廢水來源

廢水來源于某環氧樹脂生產企業車間廢水，主要特征如表1所示。

表1 廢水水質特征

1.2 試驗試劑與分析方法

NaOH、H2SO4均為分析純，硫酸亞鐵為《水處理劑 硫酸亞鐵》（GB/T 10531—2016）中的Ⅱ類標準，聚合氯化鋁符合《生活飲用水用聚氯化鋁》（GB 15892—2020）中的固體一等品標準，聚丙烯酰胺滿足《水處理劑陰離子和非離子型聚丙烯酰胺》（GB/T 17514—2017）中的Ⅱ類標準。

COD采用以《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》（HJ 828—2017）為標準的重鉻酸鉀法，BOD5采用以《水質五日生化需氧量（BOD5）的測定稀釋與接種法》（HJ 505—2009）為標準的稀釋法，SS采用以《水質懸浮物的測定重量法》（GB 11901—1989）為標準的重量法，無機鹽采用以《水質全鹽量的測定重量法》（HJ/T 51—1999）為標準的重量法，氨氮采用納什試劑比色法。

1.3 試驗方法及流程

通過改變pH值、混凝劑、助凝劑及復配等藥劑投加量，測定各藥劑投加量對應的污染物去除率。各批次試驗取生產廢水200mL，靜置30min置于250mL燒杯中，設定攪拌轉速，投加藥劑，反應完畢，靜置30min，取上部液體50mL，測定COD。試驗簡圖如圖1所示。

圖1 試驗簡圖

2 試驗結果與討論

2.1 基本試驗參數

影響混凝反應的參數主要包括攪拌速度、溫度、絮凝劑種類、復配比。根據類似廢水運行經驗和相關文獻[7-8]，結合相關規范、標準確定基本試驗參數，其中溫度為35～40℃，pH值為9。基本參數確定之后，絮凝處理環氧樹脂生產廢水根據確定的試驗參數后續開展試驗。

2.2 絮凝方案選擇

該試驗分為四組，根據相關文獻確定初始pH值為9，反應時間為20min，按試驗步驟進行試驗。四種絮凝方案分別為PAC、FeSO4、PAC+PAM、PAC+PAM，其中PAC和FeSO4投加量為20mg/L，PAM投加量為2mg/L，不同絮凝方案對COD去除效率的影響如圖2所示。

圖2 不同絮凝方案對COD去除效率的影響

由圖2可知，不同絮凝方案對環氧樹脂生產廢水中的COD有一定的去除效果。當PAC與PAM聯合使用時，絮凝處理效果優于單一PAC絮凝效果。在PAC投加量為20mg/L、PAM投加量為2mg/L的情況下，COD去除率達到35.8%，比單獨使用PAC對COD的去除率高5.5%。當選擇FeSO4和FeSO4+PAM作為絮凝方案時，對COD的去除率分別達到28.5%和18.1%，去除效果遠不如PAC和PAC+PAM方案。當FeSO4投加量較大時，容易導致出水，酸性強，有鐵銹味，還會使出水的色度增高[9]，故FeSO4不是優選方案。綜上所述，絮凝處理選擇PAC與PAM復配方案。

2.3 PAC與PAM復配

廢水pH值調至9，固定PAM投加量為2mg/L，試驗在相同條件下進行，PAC投加濃度分別為20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L和70mg/L進行絮凝試驗，分析不同復配比對COD的去除率的影響，試驗結果如圖3所示。

圖3 PAC與PAM復配絮凝效果圖

PAC作用機理主要是誘導生成帶正電荷的聚合離子與廢水中負電荷的膠粒反應，中和膠粒形成的穩定體系[10]。PAM作為其助凝劑時，會加速絮凝體沉淀，絮凝顆粒變大下沉，且有機高分子的存在會引入鏈狀或環狀多種結構，提高凈化效果。當PAC投加量為20mg/L時，COD去除效率達到最高，為35.8%。隨著反應體系中PAC投加量的繼續增加，復配效果卻逐漸變差，當PAC投加量為70mg/L時，COD去除率僅為17.2%，可能原因是PAC投加量大于20mg/L時，離子表面的吸附活點會被包圍起來，使得PAC架橋作用受到影響。因此，最佳復配效果組合：PAM投加量為2mg/L，PAC投加量為20mg/L。

2.4 試驗參數優化建議

絮凝預處理方案選用PAC+PAM，其最佳絮凝參數：pH值為9，PAC和PAM投加量分別為20mg/L和2mg/L。優化后的工藝參數應用到環氧樹脂生產廢水處理中，可為環氧樹脂生產廢水工程運行提供理論依據。

3 工程應用

3.1 工程概況

某園區企業主要生產環氧樹脂活性稀釋劑和固化劑，其排放的廢水分為生產廢水和生活廢水兩個部分，其中生產廢水包括產品沖洗工藝廢水、真空泵排污水、凈化系統排污水、地面及設備沖洗廢水和脫鹽蒸餾水等，廢水污染物以SS、COD、BOD、NH3-N為主。廢水設計處理規模為12000m3/d，分為物化處理和生化處理，排水達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）三級標準后接入污水處理廠進行后續處理。

3.2 應用效果分析

（1）檢測結果。檢測數據為污水處理廠穩定運行7d的數據，檢測數據均值統計表如表2所示。

表2 檢測數據均值統計表

（2）效果分析。主要運行效果指標的分析如下。①COD：某園區污水處理廠絮凝處理階段對COD的去除率僅為4.0%，遠低于試驗階段PAC與PAM復配對COD的去除率35.8%。②可能原因：試驗階段廢水只是某一家具有代表性的企業排出的，各家企業產生的廢水混合后水質情況有所差別；試驗階段絮凝各參數容易控制，而工程中藥劑投加量和水力條件較難達到試驗調控水準；試驗時pH值可調至某一數值，但工程運行過程中無pH值調節池，廢水直接進入絮凝池，造成COD去除率下降；藥劑投加方式也會對COD的去除造成一定的影響。

3.3 改進措施

（1）藥劑投加方式。購買液體藥劑，運用計量泵精準定量投加，減少工程操作的隨意性，提高去除率。

（2）降溫措施。環氧樹脂生產廢水排出的溫度比較高，約為60～70℃，應具備降溫措施。水溫太高會造成絮凝體水解強烈，導致沉淀效果差，同時降溫措施實施為后續生化工程創造良好的微生物生長環境條件。

（3）pH值調節方式。一次絮凝池之前應設置pH值調節池，進行前置調節，并且pH值調節池要能夠自動反饋調節數值。

（4）精準投加。絮凝池中產生的絮凝廢渣應從系統中排出，絮凝廢渣屬于危廢范疇，需減少廢渣的產生量，降低處理危廢的費用，精準投加藥劑，減少消耗量。

（5）水力條件。控制攪拌強度和水力停留時間在合理范圍內，加強絮凝效果。

4 結束語

各種絮凝方案處理環氧樹脂生產廢水都可以有效去除環氧樹脂生產廢水中的部分COD和SS，提高廢水的生化性，降低后續處理工藝的負荷。當絮凝方案選擇PAC+PAM復配方式時，在pH值為9，PAC、PAM投加量分別在20mg/L、2mg/L的條件下，COD去除率可達35.8%。