油性污染硬質(zhì)廢舊塑料的固體介質(zhì)干洗技術(shù)研究

伍 娜，宋 楠，高小峰，趙由才,3，張美蘭，周海燕，周 濤,3*

(1.同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092；2.上海電力學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 200090；3.上海污染控制與生態(tài)安全研究院，上海 200092；4.上海老港廢棄物處置有限公司，上海 201302)

由于塑料表面缺少極性基團(tuán)，親水性污染物難以附著在其表面，相反油性污垢卻易附著于其表面[1-2]。生活垃圾中的硬質(zhì)物料表面附著物主要為食用油、潤滑油等油性污染物且不易烘干、黏著度基本不變[3]。在生活垃圾的收集和運(yùn)輸過程中硬質(zhì)塑料表面會附著少量的小顆粒砂石、泥漬、醬漬等[4-5]，這類附著物含水率較高易烘干、在烘干過程中附著物黏著度明顯下降。對于含有油性物質(zhì)和的水性污染物質(zhì)兩類附著物的硬質(zhì)廢舊污染塑料，需要用不同方法對其進(jìn)行清潔[6-7]。對有一定厚度和硬度，不易變形的硬質(zhì)塑料，宜用臥式攪拌的方法。

對于不易烘干的油性污染物附著的廢舊塑料，首先采用固體介質(zhì)潔凈方法，利用吸附性固體介質(zhì)吸附廢舊塑料表面油層，在油性物質(zhì)被吸附后，雖然附著物黏著度降低，但仍有部分吸附劑附著在廢舊塑料表面，發(fā)生再吸附，需要再使用無介質(zhì)潔凈方法使再吸附的吸附劑由塑料表面脫落。分離后得到含油性污染物的吸附劑集中處理，清潔后的塑料片收集后待回收利用。

1 油性污染硬質(zhì)廢舊塑料的固體介質(zhì)清潔實(shí)驗(yàn)方法

固體介質(zhì)干洗裝置所用介質(zhì)包括木屑、土壤與河砂混合物、電石渣與河砂混合物[8-9]，這些介質(zhì)較為常見，并且都比較廉價易得，木屑、土壤和電石渣具有一定吸附效果，土壤和電石渣顆粒較小，在吸附過程中會發(fā)生再吸附而附著在塑料廢片的表面，因此添加河砂為土壤和電石渣增加摩擦力[10]。

圖1 不同固體介質(zhì)干洗力驗(yàn)證試驗(yàn)流程圖

選擇適當(dāng)固體干洗介質(zhì)的試驗(yàn)流程如圖1所示。首先將硬質(zhì)塑料廢片進(jìn)行手動破碎，使破碎后的硬質(zhì)廢舊塑料片邊長在4 cm左右。每組稱取20 g破碎后的樣品，在燒杯中加入20 mL植物油(約18 g)，混合均勻后用于固體介質(zhì)干洗介質(zhì)選擇預(yù)實(shí)驗(yàn)。每種介質(zhì)的樣品分別在裝置中對模擬污染硬質(zhì)塑料片分別干洗2、4、8、12、16、20 min。在每個樣中取出3.00 g，于250 mL水樣瓶中，加入200 mL去離子水和20 mL清洗液。在搖床中100 r/min，25℃條件下震蕩10 h，取出后過濾，測濾液的COD、TOC、pH值，同時，測定200 mL去離子水和20 mL清洗液混合液的COD、TOC、pH值作為空白樣品值，根據(jù)所測得結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)墓腆w干洗介質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 油性污染硬質(zhì)廢舊塑料固體干洗介質(zhì)選擇

2.1.1 不同固體介質(zhì)干洗樣品COD隨時間變化

圖2為三種不同固體介質(zhì)進(jìn)行干洗的樣品漂洗濾液COD與空白樣品COD比值隨干洗時間變化趨勢圖。

圖2 不同介質(zhì)干洗時間對COD/COD空白的影響

以土壤和河砂作為干洗介質(zhì)的樣品，在0～12 min COD下降較快，之后變化趨勢較平緩，甚至有輕微上升趨勢。這可能是由與土壤接觸時間長，大量土壤在吸附油性附著物同時附著在硬質(zhì)塑料片表面，在無介質(zhì)干洗裝置中未能完全脫落造成的。以土壤作為干洗介質(zhì)，在干洗時間為16 min時COD最低，為空白樣COD的4.52倍，干洗效果不理想。

2.1.2 不同固體介質(zhì)干洗樣品TOC與時間關(guān)系

圖3 不同介質(zhì)干洗時間對TOC/TOC空白的影響

圖3為三種不同介質(zhì)干洗樣品漂洗濾液TOC與空白樣品TOC比值隨干洗時間變化趨勢圖。如圖中所示，干洗樣品的TOC變化趨勢與COD變化趨勢相似。三種介質(zhì)的干洗樣品均在干洗時間為0～12 min時，TOC下降較快，在12～16 min時基本穩(wěn)定。以“土壤+河砂”作為干洗介質(zhì)的TOC始終處于一個較高水平，干洗時間為16 min時得到最低TOC，是空白樣品5倍左右，而以木屑和“電石渣+河砂”作為干洗介質(zhì)的樣品TOC最低為空白樣品的1.88倍和1.64倍。

2.1.3 不同固體介質(zhì)干洗樣品pH隨時間變化情況

圖4為三種不同介質(zhì)干洗樣品漂洗濾液pH值隨干洗時間變化趨勢圖。由圖4可知，在整個干洗實(shí)驗(yàn)中，三種不同介質(zhì)的干洗樣品pH值都沒有出現(xiàn)隨干洗時間明顯變化趨勢，其中以電石渣和河砂作為干洗介質(zhì)的樣品pH值較高，在10以上，主要原因是電石渣主要成分為氫氧化鈣，屬于堿性物質(zhì)，少量溶于水后時pH值上升。以木屑作為干洗介質(zhì)的樣品pH值基本穩(wěn)定在7左右，接近中性。以土壤和河砂作為干洗介質(zhì)的樣品pH值變化較大，分析其原因所用土壤一種來自上海市周浦區(qū)蔬菜種植區(qū)，一種來自虹口區(qū)花鳥市場，不同土壤性質(zhì)本身不同，且蔬菜種植區(qū)長期噴灑農(nóng)藥影響土壤pH值。

圖4 不同介質(zhì)干洗時間對pH值的影響

2.1.4 不同固體介質(zhì)干洗的外觀效果

圖5為不同介質(zhì)干洗效果圖，其中(1)、(2)、(3)分別為“電石渣+河砂”、“土壤+河砂”、“木屑”介質(zhì)干洗樣品經(jīng)漂洗后的效果圖。

(1)干洗介質(zhì)為“電石渣+河砂”；(2)干洗介質(zhì)為“土壤+河砂”；(3)干洗介質(zhì)為“木屑”

由圖5中漂洗后樣品可以看出，木屑作為介質(zhì)的干洗樣品在漂洗之后最為潔凈，且塑料表面沒有劃痕，在外觀上最符合要求。以電石渣和河砂作為干洗介質(zhì)的樣品漂洗之后附著少量電石渣，塑料片表面劃痕較少，基本符合要求。而以土壤和砂石作為干洗介質(zhì)的樣品漂洗后表面劃痕較多，土壤附著嚴(yán)重，不符合干洗要求。主要原因是木屑是較為軟質(zhì)的介質(zhì)，不會對塑料片產(chǎn)生損傷，堅硬的河砂在裝置與塑料片接觸必然產(chǎn)生損傷，而電石渣較為密實(shí)包裹河砂緩沖了河砂與塑料片之間的作用力，對塑料廢片起到保護(hù)作用，土壤則比較松散，在裝置運(yùn)行過程中對塑料片的保護(hù)能力較低，劃痕較多，同時附著在劃痕內(nèi)的土壤顆粒很難漂洗，造成的漂洗后的塑料片外觀不符合要求。

3 結(jié)論

本工作采用木屑、土壤與河砂混合物、電石渣與河砂混合物干洗油性污染硬質(zhì)廢舊塑料，并以這三種不同固體介質(zhì)干洗樣品的漂洗濾液COD、TOC、pH值及其相應(yīng)的與空白樣品的比值隨干洗時間變化，以及表觀潔凈度，作為干洗效率指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)干洗16～20 min即可達(dá)到較好效果。在這三種固體介質(zhì)中，木屑作為介質(zhì)的干洗樣品在漂洗之后最為潔凈，且塑料表面沒有劃痕，在外觀上最符合要求。以電石渣和河砂作為干洗介質(zhì)的樣品漂洗之后附著少量電石渣，塑料片表面劃痕較少，基本符合要求。