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含PVA退浆废水处理技术及应用的研究

来源:中国纺织科技信息网 发布时间:2012年05月30日

二、含PVA退浆废水处理技术及分析

国内外对含PVA废水的治理进行了较多研究,处理方法基本上分为两大类,即物化法和生化法。物化法中主要有泡沫分离、超滤盐析、氧化剂氧化、微波辐射、光催化等技术。生化法常采用活性污泥法,利用微生物的新陈代谢作用,通过分离高效PVA降解菌的生物强化技术,降解PVA。

1.生化法

PVA废水相对好氧速率大于内源呼吸好氧速率,即PVA对微生物无毒,但在高浓度PVA浆料只能溶于高温热水中,在生化处理中,随着温度的较低,呈胶状析出,微生物难以破开其中的反应键,COD较高,B/C比较低,因此难以被生物降解。若用生化法,需选择合适的预处理技术,增加可生化性,是处理的关键。

采用缺氧反硝化-接触氧化系统处理含PVA废水,处理后CODcr去除率可达到96.3%。采用混凝气浮+兼氧生化作为废水的预处理措施,后续生物接触氧化和氧化塘,可使得出水的COD浓度低于150mg/L。

但生化法对废水的要求比较高,目前一般印染厂的退浆废水往往是多种废水混合在一起,降解耗时长。且退浆废水的排放通常是季节性的,是经常变化的,往往会因措施滞后而达不到预期效果。

2.膜法处理PVA退浆水

膜法是一种较好的方法,不需要外加其它的药品和设备,操作简便,耗能低。采用中空纤维超滤膜装置,研究了料液运行时间、膜两侧压差、温度、主流液循环流量对渗透通量及截留率的影响,解决工业上PVA退浆水的处理。美国某纺织印染厂采用超滤膜装置将含PVA质量分数为1%的退浆废水浓缩至10%,其处理量为4.5m3/h,浓缩液产量为0.45m3/h,运行最高压力为7×105Pa,浓缩液回用到棉布退浆。研究发现,采用分子截留量为3万的聚砜纤维膜的超滤设备,在压力为2×105Pa、温度80℃、搅拌速度为200r/min情况下,COD去除率可达87.5%。

然而,膜装置运行半年后,只采用透过液反冲洗的清洗方法己不能保持膜的通量稳定,需采用药剂清洗,膜的污染比较严重,这一问题尚未很好解决。而且,国内目前还未开发出高质量的超滤膜装置,需从国外引进成套的工艺设备,价格必然不菲。如湖南湘潭某印染厂上世纪90年代引进美国ABCOR公司超滤膜设备,耗资约50万美元。

3.高级氧化技术处理

近年来,高级氧化技术(AOPs)在处理难降解有毒有害废水中得到了成功的应用。它是通过诸如双氧水的光解,TiO2的光催化,臭氧的光解等方法产生OH自由基,从而诱导并激发了氧化反应的进行。根据雷乐成等研究,Fenton氧化,尤其是在紫外和可见光辐射下的光助Fenton氧化技术处理难降解的PVA高分子退浆废水,氧化效率有极大提高。在低浓度亚铁离子、理论双氧水加入、中压紫外和可见光汞灯的辐射、反应时间0.5h,溶解性有机碳去除率达90%以上。高级氧化法效果虽好,但处理费用较高,大多离实践应用还有距离,不利于工业上的推广应用。

4.PVA退浆废水的盐析回收法

随着经纱上浆浆料的发展,合成浆料聚乙烯醇日益增加,纺织废水的可生化性大大降低,传统的工艺效果不佳。因此,首先分流回收难降解成分是必要的。

聚乙烯醇(PVA)具有1,3-已二醇结构,它属于非离子型聚合物,不能用一般所采用的产电荷的凝聚剂进行凝聚沉淀,但它的水溶液会由于受到盐析作用而增稠变浓。退浆废水中的PVA呈溶解态,其分子较大,性质类似于亲水胶体。

当盐类的浓度足够大,盐离子可以产生很强的水合能力,借助于其自身的极性作用,将大量的水份吸附到自己的周围,从而导致PVA发生脱水沉淀,这是盐析作用。通常在PVA水溶液中加入的凝结剂是由盐析剂和胶凝剂构成,盐析剂通常是元素周期表中第Ⅰ或第Ⅱ族金属元素的无机盐,硫酸钠是一种较为经济有效的盐析剂。但是若只用Na2SO4回收PVA,其用量很大,药剂费较高,因此不能单纯采用Na2SO4进行凝聚回收。经实验发现,若单纯使用硼砂,即使硼砂的投加量很高,也只能产生胶凝作用,而不能使PVA结团析出。

PVA是多元醇,硼砂可以在PVA大分子间产生双二醇型结构,形成立体交联,其胶凝作用较大。反应式如下:

根据闫德顺、刘三学等研究,使用硫酸钠12g/L,硼砂1.2g/L,反应时间15min,反应温度t=30℃,溶液pH为8.5~9.5,当PVA浓度较高(达到10g/L时),PVA回收率>92.5%。在相同条件下,加入1.0g/L的助凝剂,硫酸钠用量减少了50%,而处理效果并没有降低,出水中二价盐类的浓度降低了,有利于后续生化处理。同济大学徐竟成等人对盐析法回收的PVA进行再利用研究,东华大学早在上世纪九十年代初就成功采用超滤浓缩盐析法处理含PVA退浆废水,回收液可用于经纱上浆,二价盐类浓度较大的可作民用粘合剂、信封、邮票等的粘贴用。

三、结论

1.PVA虽有环境问题,但它的上浆性能使它还会有一定的市场,且低分子量PVA将越来越多,并在某些领域内还有增加的趋势。

2.生化法处理PVA废水,降解耗时长,处理效果差;膜法虽操作简便,耗能低,但膜污染严重,进口膜组件价格昂贵;高级氧化技术的运行成本太高,很难在工业上推广使用。

3.采用盐析回收法虽可使资源合理利用,但盐析后水由于盐类含量很高,进入生物处理构筑物时,会导致微生物细胞脱水,生物活性下降,甚至完全丧失,生物膜大块脱落,盐析水不可单独进行生物处理,需先采取措施降低盐类浓度。随着经纱上浆浆料的发展,目前实际应用中需将几种浆料按一定比例配合使用。对于混合浆料而言,浓缩液中混有淀粉,回用坯布色泽暗且易发酵有异味,实际难以达到回用的要求。

4.从清洁生产的角度来看,应在生产工艺中尽可能提高原材料的利用率,消除和减少高浓度PVA废水的排放。例如:在管理上要杜绝管道阀门的跑、滴、漏,消除原料在车间过道上的散落;废水设专门管线,实行浓淡废水分流,对高浓度的PVA废水单独收集处理后回用。从而以减少废水排放量及浓度,降低处理的成本。清洁生产也是环境发展的必然趋势。

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