聚氨酯(PU)是一類應(yīng)用較廣的高分子材料,它在汽車零部件中得到廣泛應(yīng)用,在汽車用高分子材料中也占有相當(dāng)重要的地位。國內(nèi)生產(chǎn)的轎車大都使用聚氨酯密封端的空氣濾芯,它是將紙質(zhì)濾芯趁聚氨酯材料未完全固化之前插入其中而制成的。在濾芯生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生少量聚氨酯(PU)廢水。目前國內(nèi)外還沒有關(guān)于處理這種廢水的報道。
以某汽車空氣濾芯生產(chǎn)車間產(chǎn)生的PU廢水為研究對象,開發(fā)出降解該廢水的工藝流程,并且通過調(diào)整工藝參數(shù)使該PU廢水COD值降低到能夠直接排放到廠區(qū)內(nèi)的污水生化處理池。
1、試驗內(nèi)容
1.1 試驗水樣
試驗水樣為該汽車空氣濾芯生產(chǎn)廠家的PU廢水,為略帶乳白色的渾濁液,無特殊氣味,水里漂浮著小塊狀粉色的黏稠性PU物質(zhì)和少量礦物油。廢水COD約為9500mg/L,pH值為7.4~7.5,每月需要處理水量為5~7t。廢水中含有較多的表面活性劑和礦物油等成分,使得廢水形成穩(wěn)定的乳化狀態(tài),增加了處理難度。
1.2 工藝流程
鑒于處理水量少的特點,擬采用“混凝—破乳—吸附”物化組合工藝處理該廢水,具體工藝流程如圖1所示。
采用混凝工藝對廢水進行混凝處理,通過混凝劑的投加,水里漂浮著的小塊粉色PU物質(zhì)和少量礦物油被去除,向混凝后的廢水投加破乳劑,有效地破壞其乳化狀態(tài),達到破乳的效果,采用活性白土吸附水里含有的溶解性有機物,使出水能按照生產(chǎn)廠家的工藝要求直接排放到廠區(qū)內(nèi)的污水生化處理池。
1.3 試驗及分析方法
混凝試驗階段,取500mL水樣置于六聯(lián)攪拌器上,向水樣中投加一定量的聚合氯化鋁(PAC)和陽離子聚丙烯酰胺(PAM),快速攪拌(轉(zhuǎn)速150r/min)2min,慢速攪拌(轉(zhuǎn)速50r/min)15min,靜置20min后取上清液測定其COD值,根據(jù)COD的去除情況確定PAC和PAM投加量。
破乳試驗階段,取500mL混凝后的上清液置于六連攪拌器上,向水樣中投加一定量的破乳劑和陽離子聚丙烯酰胺(PAM),快速攪拌(轉(zhuǎn)速150r/min)2min,慢速攪拌(轉(zhuǎn)速50r/min)15min,靜置20min后取上清液測定其COD值,根據(jù)COD的去除情況確定破乳劑和PAM投加量。
吸附試驗階段,取500mL經(jīng)混凝和破乳后的上清液置于攪拌器上,向水樣中投加一定量的吸附劑,中速攪拌(轉(zhuǎn)速70r/min)30min,靜置30min后取上清液測定其COD值,根據(jù)COD的去除情況確定吸附劑的用量。
COD采用常州三豐科技有限公司產(chǎn)的MIT-3FCOD檢測儀測量,pH值采用臺灣產(chǎn)AZ8601酸度計檢測。
2、結(jié)果與討論
2.1 混凝
通過改變混凝劑PAC和陽離子PAM的投加量,探究其對混凝效果的影響(見圖2~圖3)。
由圖2可知,隨著PAC投加量的增加,廢水中的COD逐漸降低。PAC投加量達到500mg/L的時候,COD從9500mg/L降到6000mg/L,去除率達到36.84%,PAC投加量增加到600mg/L,水樣的COD略微增加。因此,確定混凝劑PAC的投加量為500mg/L。
由圖3可知,COD隨著PAM量的增加而降低。當(dāng)PAM量達到15mg/L時,COD降低到6000mg/L,繼續(xù)增加PAM的量到17mg/L和20mg/L,COD略微提升。因此,確定混凝試驗PAM的投加量為15mg/L?;炷龝r溶液分層明顯,處理后上清液呈半透明,略顯乳白色,底部沉淀物較多,主要為具有黏性的粉色PU和礦物油。
采用PAC作為混凝劑、PAM作為絮凝劑,兩種藥劑的投加量是影響混凝處理費用的重要因素。目前每噸工業(yè)級PAC的價格約為1200元,以每噸水的投加量為500g,處理每噸水需要0.6元購買PAC,每噸工業(yè)級陽離子PAM約為10000元,以每噸水的投加量為15g,處理每噸水需要0.15元購買陽離子PAM。廢水在混凝沉淀單元的處理費用合計約為0.75元。
2.2 破乳
經(jīng)過混凝處理后上清液的COD降為6000mg/L,如2.1節(jié)所述,該上清液為半透明略帶乳白色的乳化液。乳化液一般含有大量的表面活性劑、礦物油、添加劑等物質(zhì),COD的濃度高,可生化性很差,屬于高濃度難降解廢水,排入水體會產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。需要通過破乳進一步去除或者降解COD。目前乳化液的處理可分為物理破乳處理、化學(xué)破乳處理、生物破乳處理和焚燒處理。其中,化學(xué)破乳處理是傳統(tǒng)的處理方法,該方法具有處理效果顯著、設(shè)備組成簡單等優(yōu)點。本試驗先采用簡單的酸化法和絮凝酸化法處理水樣。
(1)酸化法試驗。取100mL廢乳化液于燒杯中,向乳化液中加入硫酸調(diào)節(jié)pH值至2左右,攪拌10min后靜置20min,觀察絮體沉淀效果,取上清液測COD濃度。
(2)絮凝酸化法試驗。取100mL廢乳化液于燒杯中,向乳化液中加入PAC破乳,然后加硫酸調(diào)節(jié)pH值至2左右,攪拌10min后靜置20min,觀察絮體沉淀效果,取上清液測COD濃度。
如表1所示,酸化法和絮凝酸化法對該乳化廢水的破乳效果不佳,乳化液不分層,過濾后仍為渾濁乳液,COD去除率小于5%。因此,又采用幾種國產(chǎn)高分子高效破乳劑處理混凝后上清液。試驗過程中發(fā)現(xiàn),江蘇和河南產(chǎn)的液體破乳劑處理效果較好。用高分子破乳劑破乳時,先往水樣里投加一定量的破乳劑,同時改變陽離子PAM的用量。
PAM的投加量在破乳過程中對COD影響如圖4所示。由圖可知,當(dāng)破乳劑投加量為3‰時,COD隨著PAM投加量的增加而不斷減小,PAM投加量達到15mg/L時,COD降到2550mg/L,COD去除率達到36.32%(以原水COD為參比對象)。繼續(xù)增加PAM投加量到20mg/L,COD的去除率達到37.16%,增加不明顯,當(dāng)PAM投加量達到25mg/L時,COD還略微上升,去除率降低到35.37%。因此從經(jīng)濟角度考慮,確定PAM投加量為15mg/L。
當(dāng)PAM投加量為15mg/L時,破乳劑投加量對COD的影響如圖5所示。由圖可知,COD去除率隨著破乳劑投加量的增加不斷上升,當(dāng)破乳劑投加量為2‰時,COD降到2250mg/L,COD去除率達到39.47%,破乳劑投加量為2.5‰時,COD降到2190mg/L,COD去除率達到40.11%。繼續(xù)增加破乳劑的投加量到3‰,COD去除率反而下降到37.89%。從經(jīng)濟角度考慮,確定破乳劑投加量為2‰。
綜上所述,在混凝后的上清液里投加2‰的破乳劑和15mg/L的陽離子PAM,COD從6000mg/L降到2250mg/L,COD去除率達到39.47%。加入破乳劑,溶液里形成大量白色的小顆粒沉淀物,加入PAM后沉淀顆粒變大,沉降速度加快。靜置后溶液出現(xiàn)分層,廢水變?yōu)槌吻逡海该髑辶?,略顯乳白色。
上述高分子破乳劑的成本比較高,每噸售價15000元,且2‰的投加量較大。嘗試采用離心分離的方法實現(xiàn)破乳將混凝后的上清液倒入離心管,然后以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離20min后取出,破乳效果不佳,乳濁液的穩(wěn)定性很高。因此,還是決定采用江蘇產(chǎn)的某高分子高效破乳劑去除廢水里起乳化作用的表面活性劑、礦物油、添加劑等有機物。
2.3 吸附
經(jīng)混凝和破乳處理后水樣的COD值降到2250mg/L。該水不能直接排入廠區(qū)內(nèi)的污水生化處理池。嘗試采用吸附進一步去除混凝和破乳后水樣里包含的溶解性COD,分別采用活性白土和粉末活性炭吸附有機物,然后測定吸附后出水的COD,得到表2中的結(jié)果。
從表2可以看出,活性白土比粉末活性炭行之有效。在液相吸附中,中孔對大分子的吸附起著重要的作用,中孔含量越高,孔徑越大,吸附作用越強?;钚园淄量紫督Y(jié)構(gòu)中孔比較發(fā)達,孔徑分布很寬,能很好地用于液相吸附,有利于中等分子量的有機物和色度的去除。而粉末活性炭的孔徑主要集中在微孔,試驗中所用的椰殼粉末活性炭僅含有少量中孔,不能有效地吸附溶液中含有的中等分子量有機物。活性白土比粉末活性炭的價格便宜4/5~5/6,所以,該汽車空氣濾芯生產(chǎn)廠家將在后續(xù)工程運行中采用活性白土吸附經(jīng)混凝和破乳后水樣里的溶解性有機物?;钚园淄廖胶?a href="http://itjobsdelhi.net/" target="_blank" class="keylink">水質(zhì)清澈透明,無色無味,看上去像自來水,觀感極佳。
通過改變活性白土的投加量,探究其對吸附效果的影響,如圖6所示。由圖可知,COD隨著活性白土量的增加而降低。當(dāng)活性白土量達到2%時,COD降低到468mg/L,小于廠區(qū)生化處理池的進水濃度650mg/L。因此,確定活性白土的投加量為2%。
3、組合工藝處理成本核算
工藝流程每噸水處理成本計算:0.75+15×2+1.5×20=60.75元。
其中:0.75元為廢水在混凝沉淀單元的處理費用,破乳階段,每公斤破乳劑售價15元,用量2‰,吸附階段,每公斤活性白土售價1.5元,用量2%。詳見表3。
該工藝流程的運行成本約為61元。實際應(yīng)用中,在破乳后一般采用氣浮進一步降解COD,如果能通過氣浮去除剩下的部分或者全部溶解性COD的話,活性白土的用量將大大減少,整個工藝的運行成本將減少10%~20%。需要處理的水量小,總的處理成本還是比較便宜的。以每月產(chǎn)水7t為計,每個月的PU廢水總處理費用為425元,遠低于一家回收處理有毒有害難降解廢棄物的環(huán)保公司長期以來提供的處理價格。
4、結(jié)論
采用“混凝—破乳—活性白土吸附”的物化組合水處理工藝降解汽車空氣濾芯廠的PU工藝廢水。該組合工藝能有效地去除PU廢水中的COD,總的COD去除率可達95%以上,工藝出水可以直接排入廠區(qū)內(nèi)的生化處理池。
混凝階段:PAC用量500mg/L,陽離子PAM用量15mg/L,COD從9500mg/L降到6000mg/L,去除率達36.84%。
破乳階段:高分子破乳劑用量2‰,陽離子PAM用量15mg/L,COD從6000mg/L降到2250mg/L,去除率達39.47%。
活性白土吸附階段:活性白土用量3%,中速攪拌(轉(zhuǎn)速70r/min)30min使吸附完全,COD從2250mg/L降到468mg/L,低于廠區(qū)內(nèi)生化處理池的進水濃度650mg/L,去除率達18.76%。( >
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