1. 引言
随着工业的快速发展,汽车、家电等制造业发展迅速 [1],不同的家电设备也逐渐进入人们的日常生活,在很大程度上改善了民众的生活质量,家用电器已成为现代家庭生活的必需品。
家电设备在生产时,为了使产品变得更加美观、耐用,需要对产品进行喷粉处理,在喷粉工艺前,需要对金属外壳或部件进行脱脂、磷化、冲洗等预处理,产生大量含脱脂剂废水。含脱脂剂废水中含有油脂及少量乳化液 [2]。此类废水若不安全处理,会造成环境污染 [3]。因此,积极探索脱脂剂废水的处理技术是非常必要的 [4]。
由于含脱脂剂废水含有碱性物质、表面活性剂等成分,主要污染物因子有SS、COD、色度等 [5]。针对此类废液目前主要的处理方法有:
1) 生物法——接触氧化,如今,生物法运用到废水处理方面已经逐渐形成了趋势,并取得了一定的成果。针对于脱脂剂废液处理,主要的生物处理技术为生物接触氧化的办法,利用微生物对处理池中的污水进行分解 [6]。
2) 化学法——化学转化。处理脱脂剂废液的另一个思路,就是运用化学的办法将其污水中的毒性减弱,直到能达到排放标准 [7]。
3) 物理法——过滤分离。物理法一般就是对于废水中的有害物质进行沉淀,过滤,分离等程序,一般是对于废水的初步处理程序,并在实际应用的过程中,需要结合其他的有效材料,才能达到效果 [8]。
2. 概述
2.1. 脱脂剂废液水质指标
某空调厂产生的脱脂剂废水水质指标如下表1所示。
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Table 1. Water quality index of degreaser waste liquid
表1. 脱脂剂废液水质指标
2.2. 研究内容及研究方案
本研究在参阅国内外文献研究基础上,通过对中试反应器长期运行结果的分析,对比不同工艺的处理效能,明确脱脂剂废液的最佳处理工艺,具体如下:1) 根据脱脂剂废水的水质特点,对比分析各种污水处理方法的优劣势,选定酸化破乳 + 氧化的组合工艺对脱脂剂废水进行处理;2) 通过小试,对比反应时间、pH、氧化剂的选择、氧化剂投加量、絮凝剂对处理效率的影响;3) 设计小试验,确认脱脂剂废水COD的去除效果。
2.3. 工艺流程
脱脂剂废液经酸化、氧化、絮凝工艺处置后,再经固液分离,滤渣交由具备危废资质企业进行安全处置,滤液出水(COD指标含量小于2000 mg/L)经蒸发脱盐、生化处理后达标排放。具体工艺流程见图1。酸性条件下可以破坏脱脂剂的乳化状态,在酸性条件下,高锰酸钾的氧化性更高,经过高锰酸钾的氧化可以很好的降解脱脂剂里的COD,有利于下一步蒸发处置。经蒸发生化处置后,脱脂剂废液可安全有效无害化处置。
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Figure 1. Process flow chart of degreaser waste liquid treatment
图1. 脱脂剂废液处理工艺流程图
3. 实验部分
3.1. 主要实验仪器
实验过程中用到的主要设备和仪器如表2所示。
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Table 2. The main equipment and instruments of the experiment
表2. 实验的主要设备和仪器
3.2. 主要实验试剂
实验过程中用到的主要实验试剂如表3所示。
3.3. 实验步骤
取200 mL脱脂剂废液置于500 mL的烧杯中,打开磁力恒温搅拌器,加入硫酸调节体系pH至酸性,搅拌反应一段时间后,加入氧化剂氧化,筛选、选择合适的氧化剂。最后添加消石灰调节pH至碱性,加入絮凝剂,反应体系静置后过滤,滤渣及滤液取样检测,滤液经蒸发脱盐后进行生化处理,滤渣交由有危险废物资质企业处理(图2)。
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Table 3. The main reagent of the experiment
表3. 实验的主要实验试剂
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Figure 2. Experimental steps for the treatment of degreaser waste liquid
图2. 脱脂剂废液处理实验步骤
4. 结果与讨论
本实验通过单因素实验分别对pH值、氧化剂的选择、絮凝剂进行探讨,利用单因素法寻找最优的实验条件。
4.1. pH值的选择
分别取200 mL脱脂剂废液置于500 mL的烧杯中,打开磁力恒温搅拌器,分别滴加硫酸调节体系pH值为1.0、2.0、3.0、4.0,搅拌反应一段时间后,后加入高锰酸钾进行氧化。从反应现象看pH值调节至3.0和4.0,脱脂剂废液无明显变化。调节pH值至2.0和1.0时,有白色絮状产生,破坏了脱脂剂废液的内部结构。考虑药剂的加入量以及后期调节pH值所需碱的量选择pH值为2.0。
4.2. 氧化剂的选择
取200 mL脱脂剂废液置于500 mL的烧杯中,打开磁力恒温搅拌器,滴加硫酸调节体系pH值为2.0,分别加入七水合硫酸亚铁 + 30%双氧水、过硫酸钾、七水合硫酸亚铁 + 30%双氧水 + 高锰酸钾、高锰酸钾。搅拌反应90 min后,调节溶液pH至9.0,加入碱性聚丙烯酰胺和少量PAC静置后过滤,检测滤液COD指标含量。
从下述数据可以看出芬顿氧化比高锰酸钾、过硫酸钾氧化效果好,采用类芬顿氧化,芬顿 + 高锰酸钾氧化效果最佳,COD降至1500 mg/L,COD降解率高达98%以上,且高锰酸钾和芬顿 + 高锰酸钾氧化处置后滤液澄清无色,芬顿氧化和过硫酸钾氧化处置后滤液白色浑浊。从处置后COD的降解率以及色度看选择高锰酸钾 + 芬顿氧化效果最佳(表4)。
4.3. 絮凝剂的选择
取200 mL脱脂剂废液置于500 mL的烧杯中,打开磁力恒温搅拌器,滴加硫酸调节体系pH值为2.0,七水合硫酸亚铁 + 30%双氧水 + 高锰酸钾,搅拌反应90 min后,调节溶液pH至9.0,分别加入絮凝剂碱性聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、碱性聚丙烯酰胺 + 1‰聚合氯化铝、聚合硫酸铁,静置后过滤,观察过滤后溶液澄清度并检测滤液SS含量(表5)。
4.4. 优化条件下脱脂剂废液COD的去除率
根据此脱脂剂废液的实验数据分析结合实际处理成本,拟定酸化液选择硫酸,氧化剂选择双氧水 + 硫酸亚铁 + 高锰酸钾,絮凝剂选择碱性聚丙烯酰胺 + 少量PAC,可进行酸化–氧化–絮凝后,在酸性条件下选择两级氧化:硫酸亚铁 + 双氧水 + 高锰酸钾进行催化氧化。表6为优化条件下COD的去除率。
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Table 6. COD removal rate under optimized conditions
表6. 优化条件下COD去除率
在此条件下对电泳漆废液进行处理后,COD综合降解率高达98.8%,再经脱盐处理后进行生化处置,出水可达到污水综合排放(GB 8978-1996)中一级标准,实现了脱脂剂废液的最终处置。
5. 结论
1) 针对汽车、家电等制造业行业产生的含脱脂剂废液,实验数据表明通过酸化–氧化–絮凝预处理后,可安全有效地处置含脱脂剂废液。
2) 酸化破坏乳化结构可更好地降解COD,处置效率更高,降低药剂加入量,减少处置成本。
3) 通过酸化–氧化–絮凝预处理后,蒸发系统稳定,可快速有效地去除脱脂剂废液。
4) 通过研究得出含脱脂剂废液的最优条件。并在此条件下对废液进行处置,处理后废液中COD综合去除效率达到98%以上,即废液中COD含量降至1500 mg/L,为后续处理提供了便利条件,最终实现了该废液的高效处理,为汽车、家电等制造业行业健康发展提供保障。