改進(jìn)氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)廢水處理工藝的可行性研究

朱明娟

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830021）

氯醚樹(shù)脂是氯乙烯和乙烯基異丁醚的共聚物，并且因其無(wú)毒、耐腐蝕、抗老化優(yōu)良、有浸泡性等優(yōu)異的性能致使其深入到輕工、道路、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)、造船業(yè)等各個(gè)行業(yè)當(dāng)中。相較于其他氯化橡膠，氯醚樹(shù)脂的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)都表現(xiàn)出其優(yōu)越性，故其被稱為二十一世紀(jì)耐化工大氣老化性能最優(yōu)越的樹(shù)脂之一[1]。但在生產(chǎn)氯醚樹(shù)脂的工藝過(guò)程中，排放廢水的主要成分是十二烷基磺酸鈉（C12H25SO3Na）及添加劑的濃廢水，故其對(duì)自然環(huán)境有著惡劣的影響，所以如何改進(jìn)并解決廢水的處理問(wèn)題將是本研究要解決的主要問(wèn)題。本文主在探究氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)廢水處理工藝的改進(jìn)方案，并為該領(lǐng)域廢水處理研究豐富內(nèi)容，同時(shí)為以后氯醚樹(shù)脂發(fā)展后的后續(xù)污染解決提供理論參考依據(jù)。

氯醚樹(shù)脂作為在我國(guó)未來(lái)發(fā)展過(guò)程中具有廣闊前景和發(fā)展趨勢(shì)的綠色防腐涂料，其具有多方面的良好性質(zhì)。首先，其具有優(yōu)良的內(nèi)增塑性，氯醚樹(shù)脂主要是由于異丁基醚團(tuán)將聚氯乙烯分子中的部分氫原子取代而生成，其中這些位阻較大的基團(tuán)由于連在其大分子鏈上，致使其空間位阻也逐漸增大，分子間纏繞變得疏松，使得氯醚樹(shù)脂分子間的可塑性增加。其次，氯醚樹(shù)脂具有優(yōu)異的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其分子主鏈呈飽和狀態(tài)，因而具有耐熱耐紫外線等優(yōu)良性能，再加之其氫原子側(cè)基較小，故其漆膜透氣性也比一般涂抹更為優(yōu)異。第三，其附著力較好，由于氯醚樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中存在醚鍵，因而其對(duì)聚丙烯、聚乙烯薄膜以及鋅等金屬材料都具有較好的附著力。第四，具有較好的阻燃性，在氯醚樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)中存在氯分子，與其他相關(guān)防火試劑等進(jìn)行混合使用后，便具有阻燃效果，可制為防火材料，用于建筑行業(yè)。最后，其具有玻璃化溫度可調(diào)性，通過(guò)對(duì)氯醚樹(shù)脂中乙烯基異丁基醚單體和4氯乙烯單體進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，便可實(shí)現(xiàn)其玻璃化溫度的調(diào)節(jié)，且其氯乙烯的比例越少，溫度越低。正是由于氯醚樹(shù)脂具有這些優(yōu)良的特性，其作為我國(guó)的新型工程涂料，才可在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的涂料行業(yè)中脫穎而出，受到各國(guó)的廣泛重視。

1 氯醚樹(shù)脂制備方法

在工業(yè)生產(chǎn)中，懸浮聚合法和乳液聚合法是氯醚樹(shù)脂的主要制備方法，其中乳液聚合法又有水溶性引發(fā)劑法和氧化還原引發(fā)劑法2種方法，但一般情況下使用乳液聚合法的概率較大。

水溶性引發(fā)劑法，研究者們將引發(fā)劑選為過(guò)硫酸銨，先獲得穩(wěn)定的氯醚乳液，將氯乙烯單體按量加入其中，并將溫度控制在30～40℃，便可得到高分子量的氯醚樹(shù)脂。

氧化還原性引發(fā)劑法，關(guān)于這種制備方法雖然原理相同，但也有多種不同的形式。例如，包永忠等公開(kāi)的一種氯醚樹(shù)脂制備方法，將65～85份氯乙烯和15～35份異丁基乙烯基醚在含乳化劑，水溶性氧化還原引發(fā)體系以及pH 調(diào)節(jié)劑的水相中進(jìn)行聚合，在這個(gè)過(guò)程中，要將聚合溫度控制在35～65℃，最后在攪拌的條件下持續(xù)聚合2～12h。

在上述2種制備方法中，水溶性引發(fā)劑法中常常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楸壤峙洳痪鶎?dǎo)致引發(fā)劑殘余量過(guò)剩，產(chǎn)生污染廢水。而在氧化還原引發(fā)劑法中，其主要廢水來(lái)源于在pH 調(diào)節(jié)劑中所帶入的水。當(dāng)然，氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)的廢水來(lái)源遠(yuǎn)不止這些，不同的制備方法，也會(huì)產(chǎn)生不同途徑來(lái)源的廢水。

2 氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)廢水處理

2.1 廢水污染成分

在生產(chǎn)過(guò)程中，首先要明確其基本情況，因地制宜。所生產(chǎn)的廢水污染主要成分為C12H25SO3Na 和加入添加劑的高濃度廢水。而在該污水中，其生化性會(huì)較差，當(dāng)C12H25SO3Na 達(dá)到一定高濃度時(shí)，便會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒害，另一方面，制備氯醚樹(shù)脂過(guò)程中，因?yàn)槠渎雀枯^高，會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)，更有甚者，造成細(xì)胞質(zhì)壁分離時(shí)細(xì)胞失活，改變微生物的代謝方式[2]。

2.2 氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)廢水處理工藝的選擇

氯醚樹(shù)脂制備不同于其他樹(shù)脂制備，其廢水生產(chǎn)量較小。C12H25SO3Na 作為該樹(shù)脂制備過(guò)程中所產(chǎn)生廢水的主要污染成分，被廣泛應(yīng)用于牙膏等生活用品中，甚至普及至個(gè)人護(hù)膚品應(yīng)用和家庭用品清潔中。當(dāng)C12H25SO3Na 濃度較高時(shí)，直接用微生物處理會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫，造成活性污泥缺氧、活性污泥流失等一系列問(wèn)題，影響好氧生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因而，要使得整個(gè)廢水處理系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)該過(guò)程部分廢水進(jìn)行預(yù)處理很有必要。一般的廢水處理方法主要有焚燒法、生物處理法，化學(xué)氧化法等。一般焚燒法對(duì)環(huán)境污染較大，無(wú)法起到遵循清潔原則問(wèn)題，而化學(xué)氧化等方式對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，其處理費(fèi)用較高，從整體處理過(guò)程成本出發(fā)，不太劃算，不利于企業(yè)利益輸入。因而，各大企業(yè)多采用生物處理法相結(jié)合的方法，降低投資成本，節(jié)省能源損耗。在氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)廢水的處理中，常常先采用厭氧法進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況，再實(shí)施進(jìn)一步的處理辦法。

厭氧生化處理廢水處理凈化過(guò)程十分復(fù)雜，該處理技術(shù)在處理有機(jī)污泥方面應(yīng)用很早，其主要應(yīng)用于不存在氧分子的環(huán)境中。以往，該生化處理技術(shù)主要用于有機(jī)污泥的處理、消化。近年來(lái)，由于該處理方法的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，還能承擔(dān)高濃度的污泥處理，性價(jià)比較高，近年來(lái)，常常被各大企業(yè)用于高濃度有機(jī)廢水例如氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)的廢水等的處理。

3 氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)廢水處理工藝的改進(jìn)措施

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，C12H25SO3Na、NH4HCO3和NaCl 等添加劑是廢水的主要的污染成分。并且，當(dāng)C12H25SO3Na 濃度超標(biāo)時(shí)，微生物難以存活。

3.1 利用厭氧處理和好氧處理減少費(fèi)用開(kāi)銷

由于氯醚樹(shù)脂在生產(chǎn)過(guò)程中，排出的廢水量不是很多，一般通過(guò)對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，從而使微生物系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。廢水中的C12H25SO3Na 可以起到發(fā)泡作用，也經(jīng)常出現(xiàn)在日常生活當(dāng)中，例如平時(shí)使用的牙膏、沐浴液、洗衣液、肥皂等，幾乎所有人的家中都會(huì)出現(xiàn)十二烷基硫酸鈉這一化學(xué)物質(zhì)。但是當(dāng)此物質(zhì)的濃度超標(biāo)時(shí)，會(huì)因?yàn)楹醚跷⑸锏淖饔弥率乖谑褂眠^(guò)程中出現(xiàn)許多泡沫，從而導(dǎo)致活性污泥不能正常工作的現(xiàn)象，最終好氧生化處理系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。

所以從廢水的源頭進(jìn)行預(yù)處理才能更好地解決這一問(wèn)題。那如何選擇預(yù)處理的方式又是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榛瘜W(xué)氧化的方式在費(fèi)用方面高昂。因此可以使用厭氧處理和好氧處理相結(jié)合的方法來(lái)減少開(kāi)銷和能源損耗[3]。

3.2 在厭氧處理過(guò)程中保持甲烷菌和非甲烷菌的動(dòng)力學(xué)平衡狀態(tài)

厭氧處理是一個(gè)復(fù)雜的生化過(guò)程，在最開(kāi)始就被用作控制有機(jī)污泥穩(wěn)定的方式，但在這個(gè)過(guò)程中不能有分子氧的出現(xiàn)?，F(xiàn)如今這種處理方式常用來(lái)解決高濃度廢水的處理問(wèn)題。厭氧處理過(guò)程主要是去除有機(jī)物，而這個(gè)過(guò)程可以分成三個(gè)階段，第一階段為酶解轉(zhuǎn)化階段、第二階段為酸化階段和第三階段甲烷化階段。第一階段，廢水中的有機(jī)物細(xì)菌細(xì)胞膠體懸浮物在細(xì)菌細(xì)胞外酶的分解作用下變成葡萄糖、氨基酸及其他可溶性物質(zhì)，從而為細(xì)菌繁殖生長(zhǎng)提供能量和場(chǎng)所。第二階段，低分子化合物通過(guò)微生物細(xì)胞內(nèi)酶轉(zhuǎn)化成小分子有機(jī)酸，蛋白質(zhì)也被水解為氨基酸，再通過(guò)脫氨、脫羧、脫羰等反應(yīng)分解成小分子脂肪酸。第三階段，小分子脂肪酸通過(guò)甲烷細(xì)菌轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳、氮?dú)?、水等其他產(chǎn)物。經(jīng)過(guò)以上過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，甲烷菌不僅可以降解有機(jī)酸，而且生長(zhǎng)速度極慢，因此其可以作為含6個(gè)及以下碳原子的低級(jí)脂肪酸、含1～5個(gè)碳原子的直鏈及異構(gòu)醇、三種無(wú)機(jī)氣體的生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)物。在厭氧處理過(guò)程中只有保持甲烷菌和非甲烷菌的動(dòng)力學(xué)平衡狀態(tài)才能取得一個(gè)良好的效果。因?yàn)閰捬跆幚磉^(guò)程是包含有機(jī)酸的生成和消失的，所以必須要保持動(dòng)力學(xué)平衡。這樣才有利于處理過(guò)程的順利進(jìn)行。

3.3 利用UASB厭氧反應(yīng)池

厭氧處理的工作原理是利用厭氧水解菌和厭氧產(chǎn)甲烷菌的代謝活動(dòng)，使污水里的大分子有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為小分子的醇類和有機(jī)酸，最終得到甲烷和二氧化碳。那么通過(guò)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器可以提高整個(gè)厭氧處理過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性，因?yàn)檫@種反應(yīng)器有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①擁有良好的沉降性能，可以節(jié)約沉淀池的設(shè)置費(fèi)用，也不需要考慮到污泥回流的情況；②產(chǎn)出的污泥較少，不需要花費(fèi)精力處理污泥；③構(gòu)造上較為簡(jiǎn)單，不需要許多成本；④在厭氧處理過(guò)程中，產(chǎn)生的氣體會(huì)導(dǎo)致污泥上浮，在上浮過(guò)程中會(huì)有自動(dòng)攪拌效果，從而不需要設(shè)置攪拌項(xiàng)目；⑤由于厭氧處理和好氧處理的過(guò)程只會(huì)產(chǎn)生少量污泥，所以不需要再額外增加成本處理這些污泥[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

氯醚樹(shù)脂一直以其優(yōu)越的性能質(zhì)量和環(huán)保節(jié)約的特點(diǎn)出現(xiàn)在人們的視野中，并且氯醚樹(shù)脂在未來(lái)的市場(chǎng)上擁有著非常光明的前景和巨大的潛力，但是由于國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)工藝還不是很成熟完善，所以在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。為了減少環(huán)境污染，本研究主在探究如何改進(jìn)氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)廢水處理工藝，并提出了以下幾點(diǎn)建議：利用厭氧處理和好氧處理減少費(fèi)用開(kāi)銷；在厭氧處理過(guò)程中保持甲烷菌和非甲烷菌的動(dòng)力學(xué)平衡狀態(tài)和利用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，以降低廢水中的高濃度有害物質(zhì)的含量。通過(guò)合理的工藝處理裝置，在源頭做好預(yù)處理，從而確保排放的污水雜質(zhì)含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在未來(lái)的市場(chǎng)里，各氯醚樹(shù)脂生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過(guò)程中不僅要注意最終的產(chǎn)品，還需要解決廢水問(wèn)題。我國(guó)對(duì)于氯醚樹(shù)脂產(chǎn)生廢水處理工藝方面相關(guān)研究較少，大多是關(guān)于氯醚樹(shù)脂制備過(guò)程以及應(yīng)用方面，通過(guò)對(duì)其他資料的查閱，將氯醚樹(shù)脂與廢水處理相結(jié)合起來(lái)研究，有利于社會(huì)衛(wèi)生環(huán)境的改進(jìn)，豐富該領(lǐng)域的知識(shí)儲(chǔ)備，為企業(yè)進(jìn)行廢水處理提供了可操作性理論依據(jù)。