包裝印刷綜合廢水處理工藝研究

袁輝洲，朱 佳（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程學(xué)院 深圳市工業(yè)節(jié)水與城市污水資源化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東深圳518055）

包裝印刷綜合廢水處理工藝研究

袁輝洲，朱 佳
（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程學(xué)院 深圳市工業(yè)節(jié)水與城市污水資源化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東深圳518055）

包裝印刷廢水主要包括油墨廢水、漿膠廢水、沖刷沖板水、顯影廢水等，其特點(diǎn)是有機(jī)物濃度高，色度深，水質(zhì)水量變化大，水量較小，可生化性差，難處理等.針對這些特點(diǎn)提出綜合處理，“酸析-混凝-生物接觸氧化”和“酸析-調(diào)節(jié)pH值-生物接觸氧化”兩種不同工藝，并進(jìn)行比較.結(jié)果表明，酸析-混凝和酸析-pH調(diào)節(jié)兩種處理工藝預(yù)處理后的廢水的可生化性能提高，并且對COD、色度和濁度都有較好的去除效果，有利于用生物法對包裝印刷綜合廢水進(jìn)行后繼處理，其中酸析-調(diào)節(jié)pH值-生物接觸氧化工藝效果較好且處理成本低.

包裝印刷綜合廢水；酸析；混凝；生物接觸氧化

近年來，印刷行業(yè)得到迅速發(fā)展，在印刷生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生高色度的油墨廢水、顯影廢水、高濃度的沖刷沖板水及乳白色的膠水，這些廢水的主要特點(diǎn)是水量較小，廢水間歇性排放，水質(zhì)、水量隨時(shí)間變化較大，特別是油墨廢水、沖刷沖板水和漿膠廢水，所占比例重且高COD、高色度、難生物降解，并伴有刺激性氣味，但不含重金屬和其它毒性物質(zhì)［1］，直接排放，會造成很大的環(huán)境污染，其廢水水質(zhì)見表1.

表1　廢水水質(zhì)

目前處理工藝有物化法、生物法等，本實(shí)驗(yàn)采用物化和生物法相結(jié)合的處理工藝對包裝印刷綜合廢水進(jìn)行處理，取得了較好的運(yùn)行效果.

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)流程和方法

由于實(shí)際生產(chǎn)中各廢水的產(chǎn)量較小且水質(zhì)、水量隨時(shí)間變化較大，故本實(shí)驗(yàn)所用水樣為表1中各類廢水的等比例混合水樣.采用酸析-調(diào)節(jié)pH-生物接觸氧化和酸析-混凝-生物接觸氧化等兩種處理流程，并加以比較.第一種流程是把酸析除渣后的廢水用5%石灰溶液調(diào)節(jié)至弱堿性（pH值7.5～8.0），然后進(jìn)行生物接觸氧化；第二種流程是把酸析除渣后的廢水用5%石灰溶液調(diào)節(jié)至堿性（pH值8.5～9.0），以FeCl3作為混凝劑，并投加適量的聚丙烯酰胺（PAM）進(jìn)行混凝試驗(yàn)，用5%石灰溶液進(jìn)行pH的調(diào)節(jié)，整個(gè)過程中使pH值控制在8.5左右，經(jīng)沉淀分離后，再將上清液進(jìn)行生物接觸氧化試驗(yàn).通過對氯化鐵（FeCl3·12H2O）及助凝劑高嶺土、PAM的投加量進(jìn)行試驗(yàn)，綜合分析各條件下的混凝性能，確定適合的混凝劑、助凝劑的投加量等工藝參數(shù).

酸析：把綜合廢水的pH值調(diào)節(jié)到2～3，此時(shí)溶解在廢水中的部分有機(jī)物以膠狀凝聚物析出，其比重較水輕，漂浮在水面，易于分離，從而去除部分有機(jī)物.混凝方法：取1 L經(jīng)酸析預(yù)處理后的水于量杯中，調(diào)節(jié)pH值，加入適量的混凝劑，在轉(zhuǎn)速為150 r·min-1下快速攪拌5 min，然后滴加適量的聚丙烯酰胺（PAM），在轉(zhuǎn)速為70 r·min-1下慢速攪拌5 min，靜置5 min取上清液，測定CODCr和濁度.

1.2藥劑、設(shè)備與裝置

FeCl3·12H2O、聚丙烯酰胺（PAM）、高嶺土（AR）、氫氧化鈣（AR）、硫酸（AR）等均為分析純.

ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)、XJ-Ⅲ消解裝置、809電位滴定儀、PHS-3C pH計(jì)、2100P濁度儀等均為實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備.

試驗(yàn)裝置有酸析調(diào)節(jié)罐、混凝沉淀系統(tǒng)和生物接觸氧化簡易裝置三部分組成.酸析調(diào)節(jié)罐由一臺強(qiáng)力電動攪拌器（DJ-100型）和一個(gè)20 L塑料桶組成；混凝沉淀系統(tǒng)采用ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)和PHS-3C酸度計(jì)；生物接觸氧化簡易裝置是一組密封性能良好的封口瓶.

1.3分析方法

化學(xué)需氧量（CODCr）：重鉻酸鉀法，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB11914-89；濁度用2100P濁度儀測量；pH值采用數(shù)顯pH計(jì)測定.

2　結(jié)果與分析

2.1酸析試驗(yàn)

由于該公司除印刷油墨、漿膠、沖刷沖板等高濃度廢水外，還有一定量低濃度的其它未知廢水，且水量較小，所以將原各類廢水按等比例混合.試驗(yàn)所用原混合廢水呈深灰色稀糊狀，并有強(qiáng)烈的刺鼻性氣味，CODCr濃度為3 439.00 mg·L-1，選用酸析-氣浮預(yù)處理-混凝和直接進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，每種方案分別設(shè)置兩個(gè)混凝劑投加量，結(jié)果如圖1所示.經(jīng)酸析后CODCr濃度降低到1 335.48 mg·L-1，廢水濁度降低到50.00.經(jīng)混凝處理后CODCr濃度降低到1 206.70～1 232.78 mg·L-1，濁度降低到2.13和0.85，而直接混凝后CODCr濃度降低到1 570.04～1 699.80 mg·L-1，濁度降低到1.99和3.54，相對較高，上清液偶爾伴有淡紅色.從兩組數(shù)據(jù)來看，經(jīng)酸析處理過的廢水不僅有機(jī)物濃度有所降低，而且在混凝劑投加量相同的情況下，有機(jī)物的去除率也較高.這說明酸析可使溶解在廢水中的部分有機(jī)物以膠狀凝聚物析出，從而去除部分有機(jī)物，在后繼的處理中減少了對混凝劑的需求，也減少了污泥的產(chǎn)生量，降低了廢水和污泥的處理成本.

圖1　酸析試驗(yàn)

2.2最佳混凝劑的投加量試驗(yàn)

在相對最佳的pH值下，混凝劑的投加量對混凝效果有直接的影響.本試驗(yàn)中氯化鐵的投加量系列為：0.00、0.03、0.05、0.08、0.10、0.20、0.50、1.50、3.00L、4.50 m mol·L-1，使用 5%的氫氧化鈣溶液控制pH在8.50～9.00，PAM的投加量為2.00 mg·L-1，高嶺土的投加量為0.00 mg·L-1.結(jié)果表明：隨著氯化鐵投加量的增加，CODCr和濁度的去除率都出現(xiàn)降低的趨勢，當(dāng)氯化鐵的投量超過0.10 m mol·L-1時(shí)CODCr和濁度的去除率已經(jīng)趨于平穩(wěn).但CODCr總體去除率都較低，最佳去除率為12.94%，如圖2所示.這說明酸析處理后的包裝印刷廢水中的有機(jī)物仍有部分以膠體形式存在，帶負(fù)電荷，無機(jī)鐵鹽的加入，使膠體粒子發(fā)生電中和，使其相互吸引而形成小絮團(tuán).也說明由于鐵鹽在偏堿性條件下形成的Fe（OH）3具有表面積大，活性高，可以吸附廢水中的懸浮顆粒，使呈分散狀態(tài)的顆粒形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成為更粗大的絮凝體而沉淀.隨著鐵鹽投加量的增加，膠體所帶負(fù)電荷已經(jīng)基本中和完全，表現(xiàn)為CODCr和濁度去除率趨于平穩(wěn).但從圖1可以看出，當(dāng)混凝劑的投量超過4.20 m mol·L-1時(shí)，CODCr的去除率反而呈下降趨勢，而在直接進(jìn)行混凝試驗(yàn)中，混凝劑投量從8.40 m mol·L-1增加到12.60 m mol·L-1時(shí)CODCr的去除率下降趨勢更為明顯，這說明鐵鹽的投加已經(jīng)過量，膠體顆粒因帶正電荷而相互排斥而使絮凝體變小，沉淀速度降低，效果變差，降低了有機(jī)物的去除率.綜合圖1和圖2及處理成本，本試驗(yàn)選擇混凝劑的投量為0.50 m mol·L-1

圖2　混凝劑氯化鐵投加量試驗(yàn)

2.3助凝劑高嶺土的影響

本試驗(yàn)中高嶺土的設(shè)計(jì)投量系列為：0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 g·L-1，其對有機(jī)物和濁度的去除效果如圖3所示.

圖3　高嶺土的影響試驗(yàn)

由于高嶺土顆粒較小，比表面積大，顆粒表面的原子數(shù)多、原子配位的不足及高表面能，使這些原子具有高的活性，它們極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合表現(xiàn)為較強(qiáng)的離子吸附性，對水中顆粒物具有較好的吸附和助凝劑作用.由圖3可知高嶺土的投量并不是越多越好，而是在0.5 g·L-1附近出現(xiàn)助凝效果最佳.這是由于高嶺土在水溶液中帶負(fù)電荷，其與廢水中帶負(fù)電荷的膠體有一定的吸附絮凝作用，但效果并不明顯，只有當(dāng)混凝劑的加入才出現(xiàn)較好的混凝效果，從濁度的去除效果上來看，濁度呈明顯的上升趨勢.其可能的原因有兩個(gè)：一是在整個(gè)混凝過程中，混凝劑和PAM的投加量為定值，形成了過多的小絮凝體，卷掃效果差，致使小顆粒凝聚物或高嶺土顆粒不能進(jìn)一步被去除；二是高嶺土投加過量，吸附飽和后仍有剩余，殘留在水中增加了濁度［2］.

2.4助凝劑PAM的影響

本試驗(yàn)中所用聚丙烯酰胺（PAM）為非離子型，設(shè)計(jì)投量系列為：0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 mg·L-1，其對有機(jī)物和濁度的去除效果如圖4所示.

圖4　PAM的影響試驗(yàn)

在投量不超過2.00 mg·L-1時(shí)出水CODCr呈現(xiàn)降低趨勢，當(dāng)投量超過2.00 mg·L-1時(shí)出水CODCr出現(xiàn)了上升趨勢，而在整個(gè)過程中對濁度的去除效果隨著PAM的加大而提高.這是由于加入少量的高分子聚合物時(shí)，聚合物分子即被迅速吸附結(jié)合在膠體微粒表面上.開始時(shí)，高聚物分子的鏈節(jié)吸附在一個(gè)微粒表面上，該分子未被吸附的一端就伸展到溶液中去，這些伸展的分子鏈節(jié)又會被其它的微粒吸附，于是形成一個(gè)高分子同時(shí)吸附在兩個(gè)以上膠體微粒表面的情況.進(jìn)而形成某種聚集體，結(jié)合成絮狀物.但在此過程中各微粒并未達(dá)到直接接觸，而且也未達(dá)到電中和脫穩(wěn)狀態(tài)，因此，粘結(jié)架橋?qū)嵸|(zhì)上是一種聚合物過量狀態(tài)，膠體微粒將被過多吸附在聚合物分子所包圍，反而會失去同其他微粒架橋結(jié)合的可能性，處于穩(wěn)定狀態(tài)，并且PAM本身也是一種易溶于水的高分子有機(jī)物，其本身對出水CODCr也有一定的影響.因此高分子聚合物的投量并不是越多越好，而是應(yīng)該適量［3］.

2.5生化性能試驗(yàn)

取生活污水厭氧底泥和混凝試驗(yàn)所得污泥混合進(jìn)行厭氧微生物的馴化培養(yǎng)，并每天加入一定量經(jīng)酸析-調(diào)節(jié)pH值的綜合廢水，通過檢測上清液CODCr變化觀察厭氧微生物馴化情況.利用2.2～2.4試驗(yàn)結(jié)果確定最優(yōu)化混凝條件進(jìn)行混凝試驗(yàn)，取上清液和馴化成熟的污泥進(jìn)行生物接觸氧化試驗(yàn).泥水體積比為1：15，每12 h取上清液檢測CODCr變化，試驗(yàn)結(jié)果見圖5.從圖5可知酸析-混凝處理廢水進(jìn)行厭氧生物接觸氧化處效果顯著，進(jìn)水CODCr為656.76 mg·L-1，出水CODCr分別降低到422.71 mg·L-1、443.09 mg·L-1，去除率分別達(dá)到35.64%、32.53%，酸析-pH值調(diào)節(jié)后直接進(jìn)行生物接觸氧化試驗(yàn)的進(jìn)水CODCr為727.89 mg·L-1，出水CODCr降低到368.61 mg·L-1，去除率達(dá)到49.36%.出水均清澈透明，絕大部分色度物質(zhì)被去除.從兩種不同實(shí)驗(yàn)方案試驗(yàn)結(jié)果來看，經(jīng)過酸析-調(diào)節(jié)pH值后的水樣生物接觸氧化試驗(yàn)效果較好，這可能是因?yàn)榻?jīng)混凝處理將一些可生化有機(jī)物去除或其剩余的營養(yǎng)物質(zhì)不適合微生物生長需要.雖然經(jīng)過96 h的生物接觸氧化試驗(yàn)出水未能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但從去除趨上來看，達(dá)標(biāo)排放也是有可能的.

圖5　生物接觸氧化試驗(yàn)

3　結(jié)論

試驗(yàn)表明，“酸析-混凝沉淀”和“酸析-調(diào)節(jié)pH”兩種預(yù)處理工藝均可顯著改善包裝印刷廢水的可生化性，并對COD，色度和濁度有較好的去除效果，有利于生物法對廢水進(jìn)行后繼處理，其中第二種預(yù)處理工藝相對較經(jīng)濟(jì)且效果也較好.酸析工藝：將廢水pH值調(diào)節(jié)至2～3，靜置自然分離.化學(xué)混凝預(yù)處理的工藝條件：混凝劑（氯化鐵）投加量0.50 m mol·L-1、助凝劑（PAM）投加量2.00 mg·L-1、pH調(diào)節(jié)至8.5～9.0、快速攪拌速度（150 r/min）時(shí)間5 min、慢速攪拌速度（70 r/min）時(shí)間5 min、沉淀時(shí)間5 min.生物接觸氧化工藝條件為：室溫（30～38℃）、接觸條件（靜態(tài)密封）、有機(jī)負(fù)荷（1.0～1.7 kgCODCr·m-3·d-1）.高濃度綜合有機(jī)印染廢水（CODCr值3 500～15 000 mg·L-1）經(jīng)酸析預(yù)處理，上清液的CODCr降到1 000～2 000 mg·L-1，濁度降低到50.00，出水呈紅色或微紅色；經(jīng)混凝處理后，而且部分有機(jī)物被去除，濁度降低到3.00以下，大部分色度物質(zhì)被去除，出水或帶有淡紅色；生物接觸氧化處理后，大部分有機(jī)物被去除，CODCr降到300～450 mg·L-1，色度物質(zhì)幾乎全部去除，出水呈無色，濁度也進(jìn)一步降低.

［1］丁毅，楊鵬.包裝印刷廢水處理工藝研究［J］.包裝與食品機(jī)械，2010，28（1）：25-26.

［2］羅岳平，施周，王仕匯，等.用粘土作助凝劑提高聚合氯化鋁除藻效果的研究［J］.中國給水排水，2007，23（17）：61-65.

［3］毛悌和，王嘉君，高興波，等.化工廢水處理技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

Research on Treatment Processing of Packing and Printing Comprehensive Wastewater

YUAN Hui-zhou，ZHU Jia
（School of Construction and Environmental Engineering，Shenzhen Polytechnic，Shenzhen Key Lab of Industrial Water Conservation and Municipal Wastewater Resources Technology，Shenzhen 518055，Guangdong，China）

Packing and printing wastewater is a kind of high concentration of organic pollutant，with deep chromaticity，changeable water quality and quantity，small water volume，which is less biodegradable with complex ingredient.It mainly consists of inks wastewater，glue wastewater，washing wastewater，and development wastewater. Comprehensive treatment was proposed，the integrated wastewater was treated using acidolysis/coagulation/biological contact oxidation processing and acidolysis/adjust pH value/biological contact oxidation processing.Experimental results indicated that the pretreatment of the two processes could improve biodegradability of the wastewater and reduce COD，colors and turbidity，resulting in good benefits to the follow-up biological treatment.The acidolysis/adjust pH value/biological contact oxidation processing was better and of economy.

packing and printing comprehensive wastewater；acidolysis；coagulation；biological contact oxidation process

X703

A

1007-5348（2016）06-0037-05

（責(zé)任編輯：邵曉軍）

2016-04-22

深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目（JCYJ20140508155916418）.

袁輝洲（1972-），女，湖南新化人，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程學(xué)院副教授；研究方向：水質(zhì)凈化與水污染控制.