聚氨酯(PU)是一類應(yīng)用較廣的高分子材料，它在汽車零部件中得到廣泛應(yīng)用，在汽車用高分子材料中也占有相當(dāng)重要的地位。國內(nèi)生產(chǎn)的轎車大都使用聚氨酯密封端的空氣濾芯，它是將紙質(zhì)濾芯趁聚氨酯材料未完全固化之前插入其中而制成的。在濾芯生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生少量聚氨酯(PU)廢水。目前國內(nèi)外還沒有關(guān)于處理這種廢水的報(bào)道。

　　以某汽車空氣濾芯生產(chǎn)車間產(chǎn)生的PU廢水為研究對(duì)象，開發(fā)出降解該廢水的工藝流程，并且通過調(diào)整工藝參數(shù)使該P(yáng)U廢水COD值降低到能夠直接排放到廠區(qū)內(nèi)的污水生化處理池。

　　1、試驗(yàn)內(nèi)容

　　1.1 試驗(yàn)水樣

　　試驗(yàn)水樣為該汽車空氣濾芯生產(chǎn)廠家的PU廢水，為略帶乳白色的渾濁液，無特殊氣味，水里漂浮著小塊狀粉色的黏稠性PU物質(zhì)和少量礦物油。廢水COD約為9500mg/L，pH值為7.4~7.5，每月需要處理水量為5~7t。廢水中含有較多的表面活性劑和礦物油等成分，使得廢水形成穩(wěn)定的乳化狀態(tài)，增加了處理難度。

　　1.2 工藝流程

　　鑒于處理水量少的特點(diǎn)，擬采用“混凝—破乳—吸附”物化組合工藝處理該廢水，具體工藝流程如圖1所示。

　　采用混凝工藝對(duì)廢水進(jìn)行混凝處理，通過混凝劑的投加，水里漂浮著的小塊粉色PU物質(zhì)和少量礦物油被去除，向混凝后的廢水投加破乳劑，有效地破壞其乳化狀態(tài)，達(dá)到破乳的效果，采用活性白土吸附水里含有的溶解性有機(jī)物，使出水能按照生產(chǎn)廠家的工藝要求直接排放到廠區(qū)內(nèi)的污水生化處理池。

　　1.3 試驗(yàn)及分析方法

　　混凝試驗(yàn)階段，取500mL水樣置于六聯(lián)攪拌器上，向水樣中投加一定量的聚合氯化鋁(PAC)和陽離子聚丙烯酰胺(PAM)，快速攪拌(轉(zhuǎn)速150r/min)2min，慢速攪拌(轉(zhuǎn)速50r/min)15min，靜置20min后取上清液測(cè)定其COD值，根據(jù)COD的去除情況確定PAC和PAM投加量。

　　破乳試驗(yàn)階段，取500mL混凝后的上清液置于六連攪拌器上，向水樣中投加一定量的破乳劑和陽離子聚丙烯酰胺(PAM)，快速攪拌(轉(zhuǎn)速150r/min)2min，慢速攪拌(轉(zhuǎn)速50r/min)15min，靜置20min后取上清液測(cè)定其COD值，根據(jù)COD的去除情況確定破乳劑和PAM投加量。

　　吸附試驗(yàn)階段，取500mL經(jīng)混凝和破乳后的上清液置于攪拌器上，向水樣中投加一定量的吸附劑，中速攪拌(轉(zhuǎn)速70r/min)30min，靜置30min后取上清液測(cè)定其COD值，根據(jù)COD的去除情況確定吸附劑的用量。

　　COD采用常州三豐科技有限公司產(chǎn)的MIT-3FCOD檢測(cè)儀測(cè)量，pH值采用臺(tái)灣產(chǎn)AZ8601酸度計(jì)檢測(cè)。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 混凝

　　通過改變混凝劑PAC和陽離子PAM的投加量，探究其對(duì)混凝效果的影響(見圖2~圖3)。

　　由圖2可知，隨著PAC投加量的增加，廢水中的COD逐漸降低。PAC投加量達(dá)到500mg/L的時(shí)候，COD從9500mg/L降到6000mg/L，去除率達(dá)到36.84%，PAC投加量增加到600mg/L，水樣的COD略微增加。因此，確定混凝劑PAC的投加量為500mg/L。

　　由圖3可知，COD隨著PAM量的增加而降低。當(dāng)PAM量達(dá)到15mg/L時(shí)，COD降低到6000mg/L，繼續(xù)增加PAM的量到17mg/L和20mg/L，COD略微提升。因此，確定混凝試驗(yàn)PAM的投加量為15mg/L。混凝時(shí)溶液分層明顯，處理后上清液呈半透明，略顯乳白色，底部沉淀物較多，主要為具有黏性的粉色PU和礦物油。

　　采用PAC作為混凝劑、PAM作為絮凝劑，兩種藥劑的投加量是影響混凝處理費(fèi)用的重要因素。目前每噸工業(yè)級(jí)PAC的價(jià)格約為1200元，以每噸水的投加量為500g，處理每噸水需要0.6元購買PAC，每噸工業(yè)級(jí)陽離子PAM約為10000元，以每噸水的投加量為15g，處理每噸水需要0.15元購買陽離子PAM。廢水在混凝沉淀單元的處理費(fèi)用合計(jì)約為0.75元。

　　2.2 破乳

　　經(jīng)過混凝處理后上清液的COD降為6000mg/L，如2.1節(jié)所述，該上清液為半透明略帶乳白色的乳化液。乳化液一般含有大量的表面活性劑、礦物油、添加劑等物質(zhì)，COD的濃度高，可生化性很差，屬于高濃度難降解廢水，排入水體會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。需要通過破乳進(jìn)一步去除或者降解COD。目前乳化液的處理可分為物理破乳處理、化學(xué)破乳處理、生物破乳處理和焚燒處理。其中，化學(xué)破乳處理是傳統(tǒng)的處理方法，該方法具有處理效果顯著、設(shè)備組成簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本試驗(yàn)先采用簡(jiǎn)單的酸化法和絮凝酸化法處理水樣。

　　(1)酸化法試驗(yàn)。取100mL廢乳化液于燒杯中，向乳化液中加入硫酸調(diào)節(jié)pH值至2左右，攪拌10min后靜置20min，觀察絮體沉淀效果，取上清液測(cè)COD濃度。

　　(2)絮凝酸化法試驗(yàn)。取100mL廢乳化液于燒杯中，向乳化液中加入PAC破乳，然后加硫酸調(diào)節(jié)pH值至2左右，攪拌10min后靜置20min，觀察絮體沉淀效果，取上清液測(cè)COD濃度。

　　如表1所示，酸化法和絮凝酸化法對(duì)該乳化廢水的破乳效果不佳，乳化液不分層，過濾后仍為渾濁乳液，COD去除率小于5%。因此，又采用幾種國產(chǎn)高分子高效破乳劑處理混凝后上清液。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，江蘇和河南產(chǎn)的液體破乳劑處理效果較好。用高分子破乳劑破乳時(shí)，先往水樣里投加一定量的破乳劑，同時(shí)改變陽離子PAM的用量。

　　PAM的投加量在破乳過程中對(duì)COD影響如圖4所示。由圖可知，當(dāng)破乳劑投加量為3‰時(shí)，COD隨著PAM投加量的增加而不斷減小，PAM投加量達(dá)到15mg/L時(shí)，COD降到2550mg/L，COD去除率達(dá)到36.32%(以原水COD為參比對(duì)象)。繼續(xù)增加PAM投加量到20mg/L，COD的去除率達(dá)到37.16%，增加不明顯，當(dāng)PAM投加量達(dá)到25mg/L時(shí)，COD還略微上升，去除率降低到35.37%。因此從經(jīng)濟(jì)角度考慮，確定PAM投加量為15mg/L。

　　當(dāng)PAM投加量為15mg/L時(shí)，破乳劑投加量對(duì)COD的影響如圖5所示。由圖可知，COD去除率隨著破乳劑投加量的增加不斷上升，當(dāng)破乳劑投加量為2‰時(shí)，COD降到2250mg/L，COD去除率達(dá)到39.47%，破乳劑投加量為2.5‰時(shí)，COD降到2190mg/L，COD去除率達(dá)到40.11%。繼續(xù)增加破乳劑的投加量到3‰，COD去除率反而下降到37.89%。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，確定破乳劑投加量為2‰。

　　綜上所述，在混凝后的上清液里投加2‰的破乳劑和15mg/L的陽離子PAM，COD從6000mg/L降到2250mg/L，COD去除率達(dá)到39.47%。加入破乳劑，溶液里形成大量白色的小顆粒沉淀物，加入PAM后沉淀顆粒變大，沉降速度加快。靜置后溶液出現(xiàn)分層，廢水變?yōu)槌吻逡海�透明清亮，略顯乳白色。

　　上述高分子破乳劑的成本比較高，每噸售價(jià)15000元，且2‰的投加量較大。嘗試采用離心分離的方法實(shí)現(xiàn)破乳將混凝后的上清液倒入離心管，然后以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離20min后取出，破乳效果不佳，乳濁液的穩(wěn)定性很高。因此，還是決定采用江蘇產(chǎn)的某高分子高效破乳劑去除廢水里起乳化作用的表面活性劑、礦物油、添加劑等有機(jī)物。

　　2.3 吸附

　　經(jīng)混凝和破乳處理后水樣的COD值降到2250mg/L。該水不能直接排入廠區(qū)內(nèi)的污水生化處理池。嘗試采用吸附進(jìn)一步去除混凝和破乳后水樣里包含的溶解性COD，分別采用活性白土和粉末活性炭吸附有機(jī)物，然后測(cè)定吸附后出水的COD，得到表2中的結(jié)果。

　　從表2可以看出，活性白土比粉末活性炭行之有效。在液相吸附中，中孔對(duì)大分子的吸附起著重要的作用，中孔含量越高，孔徑越大，吸附作用越強(qiáng)。活性白土孔隙結(jié)構(gòu)中孔比較發(fā)達(dá)，孔徑分布很寬，能很好地用于液相吸附，有利于中等分子量的有機(jī)物和色度的去除。而粉末活性炭的孔徑主要集中在微孔，試驗(yàn)中所用的椰殼粉末活性炭僅含有少量中孔，不能有效地吸附溶液中含有的中等分子量有機(jī)物。活性白土比粉末活性炭的價(jià)格便宜4/5~5/6，所以，該汽車空氣濾芯生產(chǎn)廠家將在后續(xù)工程運(yùn)行中采用活性白土吸附經(jīng)混凝和破乳后水樣里的溶解性有機(jī)物。活性白土吸附后水質(zhì)清澈透明，無色無味，看上去像自來水，觀感極佳。

　　通過改變活性白土的投加量，探究其對(duì)吸附效果的影響，如圖6所示。由圖可知，COD隨著活性白土量的增加而降低。當(dāng)活性白土量達(dá)到2%時(shí)，COD降低到468mg/L，小于廠區(qū)生化處理池的進(jìn)水濃度650mg/L。因此，確定活性白土的投加量為2%。

　　3、組合工藝處理成本核算

　　工藝流程每噸水處理成本計(jì)算：0.75+15×2+1.5×20=60.75元。

　　其中：0.75元為廢水在混凝沉淀單元的處理費(fèi)用，破乳階段，每公斤破乳劑售價(jià)15元，用量2‰，吸附階段，每公斤活性白土售價(jià)1.5元，用量2%。詳見表3。

　　該工藝流程的運(yùn)行成本約為61元。實(shí)際應(yīng)用中，在破乳后一般采用氣浮進(jìn)一步降解COD，如果能通過氣浮去除剩下的部分或者全部溶解性COD的話，活性白土的用量將大大減少，整個(gè)工藝的運(yùn)行成本將減少10%~20%。需要處理的水量小，總的處理成本還是比較便宜的。以每月產(chǎn)水7t為計(jì)，每個(gè)月的PU廢水總處理費(fèi)用為425元，遠(yuǎn)低于一家回收處理有毒有害難降解廢棄物的環(huán)保公司長期以來提供的處理價(jià)格。

　　4、結(jié)論

　　采用“混凝—破乳—活性白土吸附”的物化組合水處理工藝降解汽車空氣濾芯廠的PU工藝廢水。該組合工藝能有效地去除PU廢水中的COD，總的COD去除率可達(dá)95%以上，工藝出水可以直接排入廠區(qū)內(nèi)的生化處理池。

　　混凝階段：PAC用量500mg/L，陽離子PAM用量15mg/L，COD從9500mg/L降到6000mg/L，去除率達(dá)36.84%。

　　破乳階段：高分子破乳劑用量2‰，陽離子PAM用量15mg/L，COD從6000mg/L降到2250mg/L，去除率達(dá)39.47%。

　　活性白土吸附階段：活性白土用量3%，中速攪拌(轉(zhuǎn)速70r/min)30min使吸附完全，COD從2250mg/L降到468mg/L，低于廠區(qū)內(nèi)生化處理池的進(jìn)水濃度650mg/L，去除率達(dá)18.76%。(來源：同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院)