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塗料生產廢水處理研究進展

作者:浙江藍極膜技術有限公司 瀏覽: 發表時間:2023-09-27 16:19:48

目前國內外塗料生產廢水的主要處理方法仍為混凝沉澱法、吸附法、生物法和少部分的高級氧化法等等,但在實際應用中大都采用上述處理方法的複合工藝,以提高處理效率。

1 一般方法

1.1 混凝沉澱法

混凝法的基本原理是在廢水中投入混凝劑,因混凝劑為電解質,在廢水裏形成膠團,與廢水中的膠體物質發生電中和,形成絨粒沉降。混凝沉澱不但可以去除廢水中粒徑細小的懸浮顆粒,而且還能夠去除色度、油分、微生物、氮和磷等富營養物質、重金屬以及一些小分子的有機物等[4]。

在廢水的混凝沉澱處理過程中,影響混凝效果的因素比較多。其中有水樣的影響:對不同水樣,由於廢水中的成分不同,同一種混凝劑的處理效果可能會相差很大。混凝原理主要取決於3 種作用:壓縮雙電層作用、吸附電中和作用和網捕卷掃作用。此3種作用所引起的凝聚和絮凝現象,總稱混凝。混凝沉澱法適用於B/C 很小、可生化性差或懸浮物較多的廢水,此類廢水不適宜直接用生化法處理,故在生化處理前要先采用混凝沉澱法進行預處理。

彭玉凡等[5]選用了3 種混凝劑(鐵鹽、鋁鹽、鈣鹽),對ICI 太古油漆公司的25 個塗料廢水分別進行了汙染物降解試驗。試驗結果表明,采用化學混凝劑確實能有效沉澱塗料廢水中大量的懸浮固體;COD去除率可達到90%,為後續的生物化學方法創造了極為有利的條件;而且通過對比發現,在所選擇的3種混凝劑中,鐵鹽的處理效果最好,且成本低廉,可作為工業生產中廢水處理的理想混凝劑。

混凝沉澱法需要添加大量助凝劑(如石灰、聚丙烯酰胺)和絮凝劑,操作略為複雜,但塗料廢水一般水質波動大,為達到良好的處理效果,此法通常作為其他深度處理工藝的預處理方法,與其他方法複合使用。

1.2 吸附法

吸附法是利用多孔性的固體吸附劑將水樣中的一種或數種組分吸附於吸附劑表面,再通過適宜的溶劑、加熱或吹氣等方法將預測組分解吸,從而將廢水中的汙染物從廢水中分離出來。

吸附劑一般是具有良好的理化穩定性的多孔固體,其中活性炭是應用最為廣泛、曆史悠久且價格較為低廉的一種吸附劑。劉石彩等[6]對塗料廢水原液進行預處理後,采用複合配比的活性炭進行吸附處理,使塗料廢水處理後達到工業廢水排放標準且成本相對較低。近年來也有其他新型吸附劑在塗料廢水處理中應用的報道,Fagbenro[7]將天然斜沸石(CPL)用於水處理,最終將塗料廢水安全排出,去除了90% 左右的SS(懸浮物)和79% 的COD。

1.3 生物膜法

生物膜法是一類廢水好氧生物處理技術,是一種固定膜法,主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機汙染物。處理技術包括生物濾池(普通生物濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池)、生物轉盤、生物接觸氧化沒備和生物流化床等。

瞿素蓮等[8]介紹了采用膜生物反應器處理塗料工廠廢水的設計和運行情況。試驗結果顯示,膜生物反應器對經混凝過濾預處理後的出水中的COD 和SS有較好的去除效果,對COD 的平均去除率為91%,出水COD<94 mg/L ;對SS 的平均去除率為85% 以上,出水SS<14 mg/L,出水水質達到了上海市《汙水綜合排放標準》(DB31/1997)的要求。

但是此法的缺點在於,在生物膜運行過程中,膜的清洗是膜生物反應器運行不可缺少的一個環節[9],隻有對膜組件進行適當清洗,一般用1%NaOH+2.5%NaOCl 溶液浸泡膜組件(6 h),然後再用1% 的硫酸溶液浸泡(4 h)才能使系統穩定運行、保持穩定的膜通量和良好的出水水質。膜的清洗過程操作麻煩,需要投入大量的人力和物力。

1.4 高級氧化法

根據Bolton 等[10]的定義,高級氧化過程是基於活化產生強氧化物(強氧化性自由基)來降解有機物的氧化技術。它主要基於產生氫氧自由基(HO.),和其他一些氧化物質,如硫氧自由基和含氯自由基。高級氧化技術(AOPs)較之於其他化學和生物處理技術的優勢在於它屬於“環境友好”型,因為它們不是簡單地把汙染物從一相轉移到另一相(比如化學沉降和吸附過程),而是把大分子有機汙染物分解成更易處置的小分子物質或者無毒物質,因此不會產生大量的含毒廢物[11]。

基於羥基自由基(HO.)的高級氧化技術產生時間較早,技術已經很完善。現在比較常見的基於HO.的高級氧化過程有芬頓過程:即使用Fe(II)活化分解H2O2 產生高度活化的HO.,通過對有機汙染物(RH或R)的去氫(R.)或羥基化(.ROH)作用來達到氧化去除的目的。此外,基於芬頓過程還衍生出了類芬頓過程(Fenton-like process)、光- 芬頓過程、電- 芬頓過程等技術,進一步提高氧化效率[12]。芬頓過程最主要的優點是成本低廉,能夠磁性分離反應剩餘的鐵。

U.Kurt 等[13]在一個混合反應器中對油漆廢水進行處理,使用鐵鏽顆粒作為催化劑,同時加入一定量的過氧化氫,由於鐵鏽顆粒效率很低,所以混合器內的反應時間在70 h 左右。此試驗也證實了在70 h 內,當鐵鏽投加量為10 g 時,COD 的去除率為80%,而且鐵鏽在作為反應催化物質的同時也會被作為卷取過程的廢物。此試驗表明,采用鐵鏽可以作為塗料廢水的處理劑,但是效率很低。

相比光催化和催化臭氧化等高級氧化技術,芬頓催化氧化技術的優勢很明顯:操作簡單、成本低廉以及無需特殊儀器設備等。然而由於含金屬離子的固相催化劑的特殊性質,目前大多數多相芬頓催化劑都是基於單一活性的氧化還原點位來實現其催化反應,因此這些催化劑幾乎都存在中性條件下活性低、處理效率低以及過氧化氫(H2O2)利用率低等亟待解決的問題。

2 複合方法

2.1 混凝- 電化學法

Larissa F.da Silva[14]采用混凝(硫酸鋁)- 電化學法(BDD 電極)耦合處理塗料生產廢水(主要成分為水性丙烯酸樹脂)。比較了采用兩種方法(組合方法和分離方法)處理的廢水,並根據典型參數對處理效率進行了評估。其中有兩個需要評估的因素,一是分別和聯合使用這兩種方法處理廢水的可行性;二是判斷將這些廢水排入水體的可能性。研究結果表明,使用化學混凝硫酸鋁的最佳劑量僅為12 mL/L ;但是,僅采用混凝法的出水水質無法達到排放要求,需要聯合使用電化學方法(i=10 mA/cm2,t=90 min),才可以使處理後的廢水達標排放到水體中。

2.2 混凝沉澱- 芬頓試劑催化氧化- 活性炭吸附工藝

陳紹偉等[15]用“混凝沉澱- 芬頓試劑催化氧化-活性炭吸附”複合工藝對上海某塗料廠車間生產廢水進行處理。試驗首先采用硫酸鋁作混凝劑來去除廢水中的膠體和大分子有機汙染物,投加量為400 mg/L,經混凝沉澱後的出水COD 可由進水的5 900 mg/L 降至1 500 mg/L ;催化氧化法選擇芬頓試劑法,氧化劑為H2O2,H2O2/COD 值為4.0,催化劑為Fe2+,FeSO4 投加量為1 540 mg/L,pH 為6.0、反應時間為4 h 以上、反應溫度為室溫時,廢水COD 的去除率為90% 左右;經過混凝沉澱、催化氧化處理後的廢水,再用活性炭吸附,當活性炭投加量為2 g/L 以上時,最終出水COD 可小於100 mg/L,可以達標排放。

2.3 混凝氣浮- 水解酸化- 生物接觸氧化

胡進等[16]針對水性塗料廢水進行試驗研究,廢水主要水質指標為:COD 濃度6 000~12 000 mg/L、BOD5濃度1 600~3 400 mg/L、SS 濃度600~2 400 mg/L、NH3-N 濃度18~35 mg/L,若直接排放,會對環境造成極大的危害。采用混凝氣浮- 水解酸化- 生物接觸氧化組合工藝對廢水進行處理,通過工藝的小試研究、工程調試啟動運行研究相結合的模式,研究系統運行的可靠性及穩定性,使出水達到《汙水綜合排放標準》(GB 8978—1996)2 級排放標準。通過對混凝劑的篩選,確定了PAC(聚合氯化鋁)、PAM(聚丙烯酰胺)為最優混凝劑,其最佳投加量分別為125 mg/L、7 mg/L。通過對各項指標隨HRT(水力停留時間)變化分析發現,COD、SS 去除率隨HRT 的延長而增大,直到HRT=8 h 時趨於穩定,此時COD、SS 的去除率分別為34.3%、51.4%,確定該試驗水解酸化反應器處理塗料廢水的水力停留時間為8 h。經水解酸化後,廢水B/C 值由0.33 提升到0.41。

經由以上“混凝氣浮- 水解酸化- 生物接觸氧化- 活性炭組合工藝”聯合運行後,廢水出水水質指標為:COD 濃度92 mg/L、BOD5 濃度25.4 mg/L、SS濃度14.3 mg/L、NH3-N 濃度8.44 mg/L,出水指標穩定且達到《汙水綜合排放標準》(GB 8978—1996)2 級排放標準。

2.4 物化- 兩段生物接觸氧化法

左紅影等[17]采用物化- 兩段生物接觸氧化串聯工藝處理塗料廢水,結果表明:當設計水質CODcr ≤4 000 mg/L,CODcr、BOD5、SS平均值分別為3 600 mg/L、1 275 mg/L、1 457 mg/L 時,經混凝沉澱、氣浮、一段生物接觸氧化、二段生物接觸氧化處理後,各工藝過程CODcr 去除率平均值分別為47.5%,43.8%,77.5%,72.5%,CODcr 總去除率為98.2%,二沉池出水水質達到1 級排放標準要求。工廠測定結果表明,二沉池出水再經活性炭吸附及工業循環冷卻水處理器處理後,水質達到工業循環冷卻水設計規範要求,即:pH 6.5~9,濁度I 級,總堿度≤ 7 mmol/L,總大腸菌數簇≤ 1 000 個/L。水質達到《水汙染排放限值》(DB 44/26—2001)1 級排放標準要求。


塗料生產廢水處理研究進展
目前國內外塗料生產廢水的主要處理方法仍為混凝沉澱法、吸附法、生物法和少部分的高級氧化法等等,但在實際應用中大都采用上述處理方法的複合工藝,以提高處理效率。1 一
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