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?，透明清亮，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://m.aizhuiying.com/" 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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