環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水處理過程中絮凝劑的復(fù)配及應(yīng)用

高陽順，曾 科

鄭州大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001

環(huán)氧樹脂（Epoxy Resins）是熱固樹脂的主要品種之一，通常是指大分子主鏈上含有醚鍵和仲醇基，同時兩端含有環(huán)氧基團的一類聚合物的總稱，其具有良好的力學(xué)性能、黏結(jié)性能和電性能，被廣泛應(yīng)用于涂料、機械、電子、建筑、航空航天等領(lǐng)域[1-3]。2016年，全球環(huán)氧樹脂產(chǎn)能約462萬t，中國產(chǎn)能約占44%[4]。據(jù)統(tǒng)計中國2019年環(huán)氧樹脂產(chǎn)量達到212.43萬t，占全球產(chǎn)量約45%[5]。根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，環(huán)氧廢水的產(chǎn)生量及其中各污染物的濃度也有差異，如基礎(chǔ)型環(huán)氧樹脂液態(tài)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水量約為3.65～4.15m3/t；溶劑萃取法固態(tài)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水量約為10m3/t；水洗法固態(tài)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水量約為20～22m3/t。根據(jù)水洗水套用遍數(shù)的不同，液態(tài)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水COD一般為2000～3500mg/L，固態(tài)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水COD一般為8000～10000mg/L；環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水Cl-的濃度一般在5000mg/L以上，pH值大于9[6]。

環(huán)氧樹脂廢水具有鹽分高、有機污染物濃度高、可生化性差、堿性強、溫度高等特點[7]，其處理難度較大，處理成本較高，環(huán)氧廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀已經(jīng)制約著我國環(huán)氧樹脂行業(yè)的健康發(fā)展。對此，文章以基礎(chǔ)型環(huán)氧樹脂液態(tài)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水為例，通過試驗比對，篩選出較優(yōu)條件參數(shù)，并應(yīng)用于環(huán)氧樹脂園區(qū)污水處理廠，獲得了較好的運行效果。

1 試驗部分

1.1 廢水來源

廢水來源于某環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)車間廢水，主要特征如表1所示。

表1 廢水水質(zhì)特征

1.2 試驗試劑與分析方法

NaOH、H2SO4均為分析純，硫酸亞鐵為《水處理劑 硫酸亞鐵》（GB/T 10531—2016）中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，聚合氯化鋁符合《生活飲用水用聚氯化鋁》（GB 15892—2020）中的固體一等品標(biāo)準(zhǔn)，聚丙烯酰胺滿足《水處理劑陰離子和非離子型聚丙烯酰胺》（GB/T 17514—2017）中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

COD采用以《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》（HJ 828—2017）為標(biāo)準(zhǔn)的重鉻酸鉀法，BOD5采用以《水質(zhì)五日生化需氧量（BOD5）的測定稀釋與接種法》（HJ 505—2009）為標(biāo)準(zhǔn)的稀釋法，SS采用以《水質(zhì)懸浮物的測定重量法》（GB 11901—1989）為標(biāo)準(zhǔn)的重量法，無機鹽采用以《水質(zhì)全鹽量的測定重量法》（HJ/T 51—1999）為標(biāo)準(zhǔn)的重量法，氨氮采用納什試劑比色法。

1.3 試驗方法及流程

通過改變pH值、混凝劑、助凝劑及復(fù)配等藥劑投加量，測定各藥劑投加量對應(yīng)的污染物去除率。各批次試驗取生產(chǎn)廢水200mL，靜置30min置于250mL燒杯中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速，投加藥劑，反應(yīng)完畢，靜置30min，取上部液體50mL，測定COD。試驗簡圖如圖1所示。

圖1 試驗簡圖

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 基本試驗參數(shù)

影響混凝反應(yīng)的參數(shù)主要包括攪拌速度、溫度、絮凝劑種類、復(fù)配比。根據(jù)類似廢水運行經(jīng)驗和相關(guān)文獻[7-8]，結(jié)合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)確定基本試驗參數(shù)，其中溫度為35～40℃，pH值為9?；緟?shù)確定之后，絮凝處理環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水根據(jù)確定的試驗參數(shù)后續(xù)開展試驗。

2.2 絮凝方案選擇

該試驗分為四組，根據(jù)相關(guān)文獻確定初始pH值為9，反應(yīng)時間為20min，按試驗步驟進行試驗。四種絮凝方案分別為PAC、FeSO4、PAC+PAM、PAC+PAM，其中PAC和FeSO4投加量為20mg/L，PAM投加量為2mg/L，不同絮凝方案對COD去除效率的影響如圖2所示。

圖2 不同絮凝方案對COD去除效率的影響

由圖2可知，不同絮凝方案對環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水中的COD有一定的去除效果。當(dāng)PAC與PAM聯(lián)合使用時，絮凝處理效果優(yōu)于單一PAC絮凝效果。在PAC投加量為20mg/L、PAM投加量為2mg/L的情況下，COD去除率達到35.8%，比單獨使用PAC對COD的去除率高5.5%。當(dāng)選擇FeSO4和FeSO4+PAM作為絮凝方案時，對COD的去除率分別達到28.5%和18.1%，去除效果遠(yuǎn)不如PAC和PAC+PAM方案。當(dāng)FeSO4投加量較大時，容易導(dǎo)致出水，酸性強，有鐵銹味，還會使出水的色度增高[9]，故FeSO4不是優(yōu)選方案。綜上所述，絮凝處理選擇PAC與PAM復(fù)配方案。

2.3 PAC與PAM復(fù)配

廢水pH值調(diào)至9，固定PAM投加量為2mg/L，試驗在相同條件下進行，PAC投加濃度分別為20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L和70mg/L進行絮凝試驗，分析不同復(fù)配比對COD的去除率的影響，試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 PAC與PAM復(fù)配絮凝效果圖

PAC作用機理主要是誘導(dǎo)生成帶正電荷的聚合離子與廢水中負(fù)電荷的膠粒反應(yīng)，中和膠粒形成的穩(wěn)定體系[10]。PAM作為其助凝劑時，會加速絮凝體沉淀，絮凝顆粒變大下沉，且有機高分子的存在會引入鏈狀或環(huán)狀多種結(jié)構(gòu)，提高凈化效果。當(dāng)PAC投加量為20mg/L時，COD去除效率達到最高，為35.8%。隨著反應(yīng)體系中PAC投加量的繼續(xù)增加，復(fù)配效果卻逐漸變差，當(dāng)PAC投加量為70mg/L時，COD去除率僅為17.2%，可能原因是PAC投加量大于20mg/L時，離子表面的吸附活點會被包圍起來，使得PAC架橋作用受到影響。因此，最佳復(fù)配效果組合：PAM投加量為2mg/L，PAC投加量為20mg/L。

2.4 試驗參數(shù)優(yōu)化建議

絮凝預(yù)處理方案選用PAC+PAM，其最佳絮凝參數(shù)：pH值為9，PAC和PAM投加量分別為20mg/L和2mg/L。優(yōu)化后的工藝參數(shù)應(yīng)用到環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水處理中，可為環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水工程運行提供理論依據(jù)。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某園區(qū)企業(yè)主要生產(chǎn)環(huán)氧樹脂活性稀釋劑和固化劑，其排放的廢水分為生產(chǎn)廢水和生活廢水兩個部分，其中生產(chǎn)廢水包括產(chǎn)品沖洗工藝廢水、真空泵排污水、凈化系統(tǒng)排污水、地面及設(shè)備沖洗廢水和脫鹽蒸餾水等，廢水污染物以SS、COD、BOD、NH3-N為主。廢水設(shè)計處理規(guī)模為12000m3/d，分為物化處理和生化處理，排水達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）三級標(biāo)準(zhǔn)后接入污水處理廠進行后續(xù)處理。

3.2 應(yīng)用效果分析

（1）檢測結(jié)果。檢測數(shù)據(jù)為污水處理廠穩(wěn)定運行7d的數(shù)據(jù)，檢測數(shù)據(jù)均值統(tǒng)計表如表2所示。

表2 檢測數(shù)據(jù)均值統(tǒng)計表

（2）效果分析。主要運行效果指標(biāo)的分析如下。①COD：某園區(qū)污水處理廠絮凝處理階段對COD的去除率僅為4.0%，遠(yuǎn)低于試驗階段PAC與PAM復(fù)配對COD的去除率35.8%。②可能原因：試驗階段廢水只是某一家具有代表性的企業(yè)排出的，各家企業(yè)產(chǎn)生的廢水混合后水質(zhì)情況有所差別；試驗階段絮凝各參數(shù)容易控制，而工程中藥劑投加量和水力條件較難達到試驗調(diào)控水準(zhǔn)；試驗時pH值可調(diào)至某一數(shù)值，但工程運行過程中無pH值調(diào)節(jié)池，廢水直接進入絮凝池，造成COD去除率下降；藥劑投加方式也會對COD的去除造成一定的影響。

3.3 改進措施

（1）藥劑投加方式。購買液體藥劑，運用計量泵精準(zhǔn)定量投加，減少工程操作的隨意性，提高去除率。

（2）降溫措施。環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水排出的溫度比較高，約為60～70℃，應(yīng)具備降溫措施。水溫太高會造成絮凝體水解強烈，導(dǎo)致沉淀效果差，同時降溫措施實施為后續(xù)生化工程創(chuàng)造良好的微生物生長環(huán)境條件。

（3）pH值調(diào)節(jié)方式。一次絮凝池之前應(yīng)設(shè)置pH值調(diào)節(jié)池，進行前置調(diào)節(jié)，并且pH值調(diào)節(jié)池要能夠自動反饋調(diào)節(jié)數(shù)值。

（4）精準(zhǔn)投加。絮凝池中產(chǎn)生的絮凝廢渣應(yīng)從系統(tǒng)中排出，絮凝廢渣屬于危廢范疇，需減少廢渣的產(chǎn)生量，降低處理危廢的費用，精準(zhǔn)投加藥劑，減少消耗量。

（5）水力條件?？刂茢嚢鑿姸群退νＡ魰r間在合理范圍內(nèi)，加強絮凝效果。

4 結(jié)束語

各種絮凝方案處理環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水都可以有效去除環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廢水中的部分COD和SS，提高廢水的生化性，降低后續(xù)處理工藝的負(fù)荷。當(dāng)絮凝方案選擇PAC+PAM復(fù)配方式時，在pH值為9，PAC、PAM投加量分別在20mg/L、2mg/L的條件下，COD去除率可達35.8%。