絮凝法处理水溶性乳胶漆废水

 絮凝法处理水溶性乳胶漆废水

 詹万里1 ,吕广明2
 (1. 大连开发区城市排水管理处, 辽宁大连116600 ; 2. 大连开发区力佳化学制品公司, 辽宁大连116600)

1  前 言
随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高,涂料工业中乳胶漆的生产迅速发展。由于乳胶漆废水的处理未获解决,因此影响了扩大生产,也污染了环境。曾有人用破乳- 中和- 气浮方法进行处理,国外也有采用超过滤法,但效果均不理想。乳胶漆废水的悬浮物和色度高,COD 高达1 ×104~1. 7 ×104 mg/ l ,因此,很难将该废水处理至达标排放。本文介绍用絮凝法处理水溶性乳胶漆废水,为今后生产新型共聚品种的乳胶漆废水处理提供了依据。

 废水取自大连乳胶漆厂,它来自配制乳胶漆和乳液两道生产工序的冲洗水。每次排放的废水水质如表1 所示。废水的排放量不大,以混合废水计,每次约4. 5 m3 。

2  基本原理
在乳胶漆废水中,防腐剂和成膜助剂是可溶于水成为水溶液的有机物。其中乳化剂的主要成份为:

nCH2OH是一种醚键型非离子型表面活性乳化剂;乳液废水中的苯丙乳液是一种带负电荷颗粒的聚合物乳胶。以上两种成份与钛白粉等颜料微粒均匀混合后,仍然是带负电荷粒子的乳胶。其中不仅有0 . 001~1μm的胶粒,也有大于或小于此范围的颗粒在相互排斥情况下保持着稳定的分散体系,并不凝聚沉降,故久置不分层。上述有机物都具有很高的耗氧能力。对于这种性质的废水,除去胶状悬浮物并使浊质粒子被截留于过滤层的处理方法是可取的。使用的絮凝剂之一为硫酸铝(AS) ,水解后能形成多核络合物。它具有在悬浮粒子表面进行电荷中和及吸附的作用,可去除悬浮粒子。但它所生成的絮体体积不够大,也不具有理想的网状结构,故絮体的机械强度差。高分子絮凝剂则具有架桥吸附作用以及对异电荷胶粒的絮凝作用。如结构为:

的聚胺甲基丙烯酰胺是阳离子型PAM,它除了具有上述特点外,还能与乳化剂反应,起破乳作用;与水解后带羧基的有机物反应生成不溶性盐。使用的过滤层材料如炉渣(主要成分是氧化铝、二氧化硅和余炭) 及石英砂等都是凝聚核心,具有吸附性,能使絮凝体加大加重,并吸附一些耗氧物质。炉渣是经济而有效的过滤材料。

3  试验内容、结果及讨论
3. 1  絮凝沉降
试验方法:采用调制乳胶漆车间洗锅排放的废水作试验。用1 L 量筒盛放1000 ml 废水,用碱调节pH ,加入絮凝剂,搅拌,静置沉降,测定沉降物体积及清液的COD、SS、色度。试验所用的絮凝剂有无机絮凝剂及高分子絮凝剂,PAM 的分子量均为106~107 。试验内容:
3. 1. 1  絮凝剂的作用
(1) 不同无机絮凝剂的作用
将5 mL 10 %硫酸亚铁、硫酸铁、明矾、碱式氯化铝、(AS) 溶液分别对pH值已调到8的1L废水(甲) 进行处理。经搅拌、静置后测定有关项目,其结果列如表2。在接近中性的条件下,综合沉降效果、COD 去除率、污泥的再利用等因素来考虑, (AS) 优于其它几种絮凝剂。

 (2) 高分子絮凝剂的作用
PAM 类型的选择,考虑到生产上存在废水(甲) 沉降后污泥再利用的可能,并为探索两种洗锅水分别处理的可能性和必要性,故两种废水分别进行了处理试验。将已投加(AS) 的废水,快速搅拌后分别投加浓度为0. 01 %的三种PAM(非离子型、阴离子型、阳离子型) 搅拌、静置后测得其不同絮凝作用如图1 所示。

图1  不同类型PAM对絮凝作用的影响
由图1 可知,阳离子型PAM对混合废水的絮凝作用优于其它两种。这可能是由于它更适宜于絮凝处理0. 1μm 以下的胶粒之故。

3 种PAM对于降低废水COD 的试验结果如表3 所示。

 通过图1 和表3 ,可以得出结论: (1) 废水(甲)容易絮凝但降低其清液的COD 却较困难,而混合废水情况却相反; (2) 非离子型PAM的效果最差;(3) 混合废水使用阳离子型的PAM不论是絮凝作用或去除COD 都较阴离子型为佳; (4) 如果有必要利用污泥而先单独处理废水(甲) ,则阴离子型对COD 的去除率稍高。如废水(甲) 与体积是它10 倍的废水(乙) 混合,可起到稀释作用。可见,从总体来考虑,可以选择阳离子型PAM,也可以先用阴离子型PAM处理废水(甲) ,待两种废水混合后再用阳离子型的PAM处理混合废水,以节省价格较高的阳离子型PAM的使用。
3. 1. 2  投加量的选择
图1 的曲线1、2、4 均表明:对于絮凝剂效果或效果显著的PAM而言,增添投加量不能改善其效果。曲线3 表明,80 ml 与20 ml 用量相比,污泥体积分别为200 ml 和250 ml ,同时还测定得其絮凝速度分别为1. 33 cm3/ s 和0. 144 cm3/ s。可见,用量相差4 倍而收效却相差无几。故使用时以不超过2 mg/ L 为宜。以一组COD 为7. 4 ×103 mg/ L 的废水(甲) ,用阴离子型PAM进行不同投加量的对比试验,其结果列于表4。试验表明,投加PAM 的量不论是2 mg/ L 还是20 mg/ L ,其絮凝效果和速度基本相同。但增加PAM 后COD 去除率反而有所下降。因此,从废水处理效果及处理成本考虑,投加量也
是以不超过2 mg/ L 为宜。

3. 1. 3  絮凝剂的添加方法及其它物理因素
絮凝剂的不同添加次序和方法对废水处理效果影响颇大。用(AS) 和PAM 对COD 为9 ×103mg/L 的废水(甲) 进行絮凝试验。若先加(AS) 静置1 h ,SS 可从1250 mg/ L 降到361 mg/ L 。再加入PAM则SS 不再降低;光加(AS) 搅拌2 min 立即加入PAM,慢搅后静置,废水中悬浮物可基本除尽;若先加PAM则絮状物不分层,继续加(AS) ,也无改善之迹象。这可能是由于PAM 分子具有较多的亲水基团,对有机可溶物的凝析、脱水起了负作用之故。
搅拌时间对絮凝沉降也有影响,如表5 所示。试验用的废水(甲) COD 为3170 mg/ L ,SS 为635mg/L 。由表5 可见,延长搅拌时间,效果并非更好。

 添加(AS) 后快速搅拌是为了充分混合及反应,加PAM 后依靠惯性缓慢搅拌并静置,是为了使絮凝物增大。絮体体积随搅拌强度及速度提高而减小。搅拌速度快,会导致分子链受剪切力作用而断链,增加搅拌时间也会增加断链的机率。温度的升高不利于絮凝的进行。它不仅破坏(AS) 所进行的电荷中和及吸附作用,使絮凝和沉降速度都下降。因此溶解PAM及絮凝、搅拌等过程都应在温室下进行。必要时, 加热不宜超过50 ℃。

3. 2  不同酸碱度的影响
在pH 分别为8、9、10 的介质中,用(AS) 和阳离子型PAM来处理COD 为1. 9 ×104 mg/ L 的混合废水,试验结果如图2 所示。

图2  pH 对絮凝效果及降低COD 效果的影响
由图2 中的线1 可见,当pH 为8~10 时,pH低则COD 的去除率高;线3 表明pH 高絮凝效果好。在pH = 8 时污泥体积较大,但在过滤时可以得到解决。调节废水的pH 使用石灰较好,它不仅使絮凝沉降速度快,且絮状颗粒大,易于分离。
综上所述,处理水溶性乳胶漆混合废水的絮凝过程应采取下列方案为宜:用石灰将废水的pH值调到8。以1∶200 的体积比加入10 %(AS) 溶液,以150 r/ min 转速搅拌2 min 以后以1∶50 的体积比加入0. 01 %阳离子型PAM,缓慢搅拌2 min ,静置30~60 min 过滤。经这样处理的废水,其色度及SS 等指标均可达到排放要求,而COD 去除率虽可达97 %以上,但仍未达到排放标准。继续降低清液的COD ,如用电化学法则设备投资大又耗电;离子交换法的效果不显著;采用电极电位较高的次氯酸盐及过氯化氢作氧化剂,对进一步降低清液COD 也达不到预期的效果。可供选择的另一种简单的方法是让废水通过过滤材料并进行吸附。图2 中的线2 就是由线1 试验所得的3 种清液分别通过同等数量的过滤材料即煤渣后COD 降低的情况。
3. 3  吸 附
3. 3. 1  不同吸附材料的作用
试验采用色层分析柱填装吸附材料。圆柱内经4 厘米,所装吸附材料高40 cm ,流速30 ml/min。试验选用的吸附材料分别为活性炭、焦碳、炉渣。进水是经絮凝后COD 降低为826 mg/ L 的废水(甲) 。吸附效果对比见表6。

 从去除率来看,以活性炭最高,但活性炭成本较高且存在再生问题;焦碳的优点在于吸附后仍可作颜料,但来源和成份不稳定,本身所含耗氧有机物的含量不定,有时甚至会导致出水的COD 有上升的现象;使用煤渣是以废治废,价格便宜,来源丰富,其缺点是COD 去除率不够高,但对于处理絮凝后的混合废水还是有效的。从处理效果及处理成本等方面考虑,我们选用了炉渣。

3. 3. 2  二次吸附的效果
从图2 的1、2 两线可看出,相同数量的炉渣处理不同COD 值的混合废水上清液时,其吸附效果是不同的。待处理水的COD 越高,其去除率也就越高。因此炉渣数量的加大可以弥补吸附率不够高的缺点。但试验表明连续通过不同的吸附材料,其效果比增加单一的过滤材料更好。试验用水是混合废水经絮凝处理后的上清液。情况见表7 所示。石英砂的吸附能力远比同数量的炉渣为差。但依次通过炉渣及石英砂的吸附效果却比单纯加大炉渣数量的吸附效果好。

 我们还对絮凝剂法处理混合废水的可靠性进行了多次试验,情况如表8 所示。

4  结 论
根据以上各项试验,对于水溶性乳胶漆生产废水的处理,我们建议采用的工艺流程如图3 所示。

图3  工艺流程图
以COD 为1. 7 ×104 mg/ L 的废水为例,每处理1 吨水所耗用的药剂量为: (1) 将pH 值从6 调到8 所需的石灰; (2) 0. 5 kg(AS) ; (3) 2 g 阳离子型PAM。连同煤渣、石英砂,这样处理1 t 废水共计约0. 9 元。事实上因实际废水浓度比试验用水低,排放水还可回用,一级处理后废水的COD 只要达到1200 mg/ l 左右,这样又可节省排污费,因此实际处理费用不需这样高。污泥残渣中有部分可回收利用,其余部分量不大,可以焚烧处理。设备中,煤渣吸附可选用自动快开式装置,使用压力启开,更换煤渣较方便。该定型设备的对径可根据废水量决定。
* 当pH 值小于8 时絮凝效果显得很差。

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