一種熱敏材料生產(chǎn)廢水預(yù)處理實驗研究

郭 姣，朱志廣，趙 亮，馬雨飛，劉 歡

（樂凱醫(yī)療科技有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

一種熱敏材料生產(chǎn)過程中的涂布液損耗、廢棄的原材料、清洗廢水等混合到一起形成生產(chǎn)廢水，通過配方分析可知廢水中含有聚乙烯醇（PVA）、熱敏顯色劑、染料、表面活性劑及其他助劑等，該廢水成分復(fù)雜，有機物濃度高，化學(xué)需氧量（COD）高達到20 000～30 000 mg/L，處理難度大。

熱敏材料生產(chǎn)過程中PVA用量大，所以廢水中PVA 含量較高，而PVA具有較好的水溶性、化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定、可生化性差，使用一般生物處理的去除效果極不理想，屬于典型的難生化降解有機物[1]。隨著熱敏材料產(chǎn)量的增加，大量的生產(chǎn)廢水排入公司的生化處理系統(tǒng)，使水體產(chǎn)生大量泡沫，而且破壞了好氧微生物的活性，導(dǎo)致公司的水處理系統(tǒng)處理能力下降，所以在廢水處理時要首先去除水中的大部分的PVA。

另外，廢水中的顯色劑為含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機物，難以被微生物降解，使廢水的可生化性較低。其他一些助劑，粒徑多在1μm左右，具有很好的懸浮性和分散性，使廢水的處理難度加大。

國內(nèi)外學(xué)者對含有PVA工業(yè)廢水的處理做了大量的研究，含PVA廢水大多成分復(fù)雜，處理方法大致可劃分為物化法、生物法及組合工藝。物化法主要有化學(xué)凝結(jié)法、絮凝法、膜分離法和高級氧化法等。單獨物化工藝雖然處理效果較好，但成本相對較高，而且還會帶來污泥、膜等二次污染問題。生物法主要通過活性污泥利用微生物的新陳代謝作用來降解PVA[1-2]，主要有PVA降解菌生物降解法、厭氧法、好氧法、水解酸化法等。單獨生化工藝最大優(yōu)點是運行費用低，但是處理周期長，處理效果容易受到水質(zhì)波動的影響，并且隨著越來越嚴格的排放標準實行，單獨生化工藝處理后的廢水很難達到排放標準。現(xiàn)有的工程通常會根據(jù)水質(zhì)特點將兩種或多種工藝聯(lián)用，先用物化法預(yù)處理，降低后續(xù)處理工序的負荷[3-4]。

本文通過實驗比較了熱敏材料生產(chǎn)廢水使用不同預(yù)處理方法的處理效果，并摸索了藥品投加量對絮凝沉降效果的影響，為后續(xù)處理工藝減輕壓力。

2 實驗材料及方法

2.1 實驗材料

2.1.1 實驗廢水

使用實驗室的熱敏材料涂布液模擬廢水，摸索實驗方案；其他實驗廢水取自樂凱醫(yī)療涂布車間污水處理工段調(diào)節(jié)池廢水。

2.1.2 實驗試劑

淀粉、Na2SO4、硼砂、Na2CO3、NaOH（使用時配制成8%的水溶液）、聚合氯化鋁（PAC，使用時配制成濃度為100 g/L的水溶液）、陽離子聚丙烯酰胺（PAM，使用時配制成濃度為1 g/L的水溶液）。

2.2 實驗儀器

PG-S型電子天平；IKARW 20可調(diào)速攪拌；Mettler Toledo pH計；

5B-6C（V10）多參數(shù)水質(zhì)測定儀（連華科技）。

2.3 實驗方法

分別取一定量的廢水，加入不同的藥劑，經(jīng)充分攪拌混合后靜置，目測破乳情況，測試上清液的COD。廢水及上清液COD的測試使用連華科技的5B-6C（V10）多參數(shù)水質(zhì)測定儀測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同預(yù)處理方案比較

使用實驗室剩余涂布液模擬車間廢水，摸索預(yù)處理方案。在100 mL 廢水中加入不同的藥品，根據(jù)絮體形成情況、沉降情況、COD的去除率比較幾種預(yù)處理方案，從中選出一種方案進一步探究影響因素。表1為五種實驗方案藥品投加情況。

表1 實驗方案Table 1 Experimental scheme

由于方案一、二靜置12 h后，絮體與上清液難分離，故未測試其上清液的COD。圖1為其他三種方案COD去除率比較。

圖1 COD去除率比較Fig1. The comparison of COD’s removal rate

方案一采用物理交聯(lián)的方法，使廢水中的PVA發(fā)生交聯(lián)，效果不理想；方案二至方案四采用化學(xué)鹽析法，使得硼砂與PVA分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，在Na+和SO42-或CO32-的極性作用下，通過其強大的水和能力結(jié)合大量的水分子，使得PVA分子脫水從廢水中析出[2]。通過實驗比較可知，方案四的COD去除率最高，但在實際實驗過程中，廢水中PVA含量影響處理的效果，且絮體沉降時間長，不利于實際操作。方案五中的PAC、PAM為水處理較常用藥品，綜合比較處理效果較好。所以采用方案五絮凝沉降法處理車間產(chǎn)生的污水。

3.2 藥品投加量對絮凝沉降效果的影響

在廢水中加入絮凝劑PAC和助凝劑PAM后，PAC聚合氯化鋁水解產(chǎn)生的多核羥基絡(luò)合物對水中膠體顆粒進行電中和、壓縮擴散層、降低專電位和水化膜，使顆粒脫穩(wěn)，再經(jīng)過吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用生成粗絮體而實現(xiàn)水分離[5]。PAM聚丙烯酰胺是優(yōu)良的助凝劑，它可與水中有機物形成氫鍵、中和膠體表面電荷，表現(xiàn)出巨大的表面吸附和優(yōu)良的架橋能力，加入PAM后可使廢水中的絮體體積增大，密度增加，沉降速率加快，出水濁度降低。該方法可有效去除熱敏材料生產(chǎn)廢水中大部分PVA、懸浮物等污染物，但其藥品的加入量對絮體的形成和COD的去除效果有很大影響。

實驗廢水取自樂凱醫(yī)療涂布車間污水處理工段調(diào)節(jié)池廢水，廢水pH值6.8左右，COD值為29 200 mg/L。設(shè)計以下實驗方案摸索藥品投加量對絮凝效果的影響：取500 mL廢水，在攪拌速度250轉(zhuǎn)/分條件下，首先加入PAC溶液，充分混合均勻加入NaOH溶液調(diào)pH值，出現(xiàn)絮體后加入PAM溶液，攪拌均勻后停止攪拌，靜置30分鐘，測試上清液COD。

3.2.1 pH值對絮凝效果的影響

PAC溶液用量為15 mL，PAM溶液用量為2.0 mL固定不變，改變NaOH溶液的用量，調(diào)整廢水pH值。從圖3可以看出pH在7.50時廢水的COD值最低。廢水PH值小于7.00時，絮體較小，沉降速度慢，上清液渾濁；廢水pH在7.50～8.00左右，絮體較大，沉降速度快，上清液清澈；pH值繼續(xù)增加，絮體抱團變大，但上清液變渾濁，COD值也隨之升高。

圖2 pH值對絮凝效果的影響Fig2. Effects of pH dosage on flocculation efficiency

3.2.2 PAC投加量對絮凝效果的影響

調(diào)節(jié)廢水pH值為7.50左右，PAM用量為2.0 mL，改變PAC的用量，通過圖3可以看出，隨著PAC用量加大，廢水的COD先降低再升高。PAC溶液用量為17.5 mL時破乳效果最好，實驗時PAC用量再繼續(xù)增加會有絮體漂浮現(xiàn)象，PAC過量會使膠體表面吸附過多的凝聚離子，廢水中膠體表面電荷電性反轉(zhuǎn)，出現(xiàn)膠體再穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致絮凝效果開始下降[5]。

圖3 PAC用量對絮凝效果的影響Fig3. Effects of PAC dosage on flocculation efficiency

3.2.3 PAM投加量對絮凝效果的影響

調(diào)節(jié)廢水pH值為7.50左右，PAC用量為17.5 mL，改變PAM溶液的投加量，廢水的COD去除效果如圖4所示，當PAM用量為2.0 mL時絮凝效果最好，PAM量再增加絮體增大，但上清液的COD上升。PAM投加量過少會降低其與絮狀體顆粒碰撞的機會，進而降低絮凝效果；而用量過多則會對出水水質(zhì)產(chǎn)生負面影響（其本身不易降解），并且還會增加運行費用[6]，因此，PAM最佳投加量為2.0 mL。

圖4 PAM投加量對絮凝效果的影響Fig4. Effects of PAM dosage on flocculation efficiency

3.2.4 小結(jié)

實驗結(jié)果表明，使用絮凝沉降法處理車間生產(chǎn)廢水時，藥品NaOH、PAC和PAM的用量過多或過少都會使上清液的COD值升高。最佳的藥品投加量為：500 mL廢水中投加PAC溶液（100 g/L）17.5 mL，充分混合均勻加入NaOH溶液（8%）調(diào)pH值至7.50，出現(xiàn)絮體后加入PAM溶液（1 g/L）2.0 mL，攪拌均勻后停止攪拌，靜置30分鐘以上，廢水的COD去除率可達到88.6%。

4 結(jié)論

實驗室比較了物理交聯(lián)法、化學(xué)鹽析法、絮凝沉降法的廢水預(yù)處理效果，綜合比較采用絮凝沉降法對車間廢水進行預(yù)處理。摸索了藥品投加量對絮凝沉降效果的影響，對該熱敏材料生產(chǎn)廢水的預(yù)處理有一定的指導(dǎo)作用。實驗室使用絮凝沉降法對500 mL廢水進行預(yù)處理時，在PAC溶液投加量17.5 mL，pH值7.50，PAM溶液投加量2.0 mL，沉降時間大于30分鐘時預(yù)處理效果最好，COD去除率可達88.6%。采用絮凝沉降法對一種熱敏材料生產(chǎn)廢水進行預(yù)處理，為后續(xù)進一步進行高級氧化、膜處理或者生物處理等奠定良好的基礎(chǔ)。