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含PVA退浆废水处理

2021-08-03 06:16:51| 来源:| 编辑:| 点击:1次

含PVA退浆废水处理

聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性高分子聚合物,具有优良的浆膜性、粘附性、耐磨性及易与其他浆料相容的特点,在20 世纪40 年代就开始作为浆料应用于纺织、造纸、化工等行业。据统计,我国仅纺织浆料耗用的PVA 量就在25 万t 以上,每年产生的退浆废水达2500多万t,对环境造成巨大的压力。由于PVA的BOD5/CODCr值<0.1,使退浆废水的可生化性大大降低,增加了处理难度。国内外对含PVA退浆废水的治理进行了较多研究,处理方法分为物化法和生化法。

1 物化法

1)膜分离技术

膜分离技术通过对废水中污染物的分离、浓缩、回收达到净化污水的目的,主要有微滤、超滤、纳滤和反渗透。膜分离法具有节能、无相变、操作简便、设备简单等优点,且能回收可再利用物质,已被证实在印染废水处理方面是切实可行的。

退浆废水中的PVA 浆料若能回收利用,可节省资源和成本,创造经济效益,还能减轻废水处理的难度和减少排放量。微滤和超滤是基于筛分机理进行分离的,可以截留退浆废水中的悬浮粒子和大分子,但对水中的离子起不到分离的效果。在超滤过程中,液体在压力推动下流经膜表面,小于膜孔的小分子溶质及水透过水膜成为净化液,PVA 等大于膜孔的物质被截留,以浓缩液形式排出,调整PVA 浓缩液至合适的浓度后可重新用于退浆,净化液也可回用于退浆。

膜分离技术是一种清洁生产技术,具有很好的环境和经济效益,但我国膜技术应用水平与世界先进水平尚有差距,急需开发高效分离膜和大型膜组器件。目前各种膜的性能尚不稳定,膜孔易堵塞,膜系统成本高,使用寿命短。故如何选取合适的膜、提高膜的性能、控制膜污染并降低成本是此法被广泛推行的关键。

2)高级氧化技术

高级氧化技术简称AOPs,其原理是运用电、光辐射、催化剂等在反应中产生活性极强的自由基(如羟基自由基·OH),通过自由基与有机化合物之间的加成、取代、电子转移、断键等,使水体中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质,甚至直接降解成CO2 和H2O,接近完全矿化,从而使有机污水的CODCr 值大大降低,其对水中高稳定性、难降解的有机污染物尤为有效。高级氧化技术主要包括光催化氧化法、Fenton 类氧化法、超临界水氧化法等现已逐渐成为水处理技术研究的热点。

①Fenton 类氧化法

Fenton 试剂由亚铁盐和H2O2 组成,在酸性条件(pH=4~5)、Fe2+的催化作用下,H2O2 分解产生·OH,·OH直接与废水中的污染物反应,将其降解为CO2、H2O 和无害物。由于H2O2 分解机理与Fenton 试剂相似,故把UV+H2O2、UV+Fe2++H2O2、H2O2+Fe2++O2、H2O2+UV+O2、H2O2+Fe2++UV+O2 等统称为类Fenton 试剂。

②超临界水氧化法

超临界水氧化法(SCWO)利用水在超临界状态下(374.3 ℃,临界压力22.05 MPa)的特性,使有机污染物和氧化剂(空气、O2和过氧化氢等)在超临界水中发生均相氧化反应,从而将其去除。SCWO 具有去除污染物彻底、出水直接回用及以固体形式回收无机盐等优点,但设备腐蚀和管路堵塞阻碍它的发展。

③光催化氧化法

光催化氧化法利用光照产生的能量,促使催化剂或氧化物发生能级跃迁,由此产生的自由基或空轨道具有强氧化性,可与废水中的有机污染物发生反应而达到去除污染物的目的。光催化氧化法具有反应快、效果好等优点,开发应用化学性质稳定、廉价、无毒的光催化剂是其技术关键。

④电化学法

电化学法是直接或间接利用电解作用,把水中的污染物质去除或转化为无毒、低毒物质。电化学氧化具有污染物降解彻底,与其他方法兼容性好,易于控制等优点,但能耗和设备成本较高,限制了其推广。

2 生化法

1)高效降解菌法

随着退浆废水中化学浆料数量和种类的不断增加,其可生化性越来越差。故选育和培养高效降解PVA的菌株或菌群成为重要研究方向。到目前为止,仅有Pseudomonas O-3 和Pseud omonas vesicularis var-povalolyticul PH能够单独降解它们各自筛选培养基中的PVA。研究者认为要靠单一微生物实现对PVA 的彻底降解是非常困难的,只有通过驯化混合菌群才能达到对这种高聚物的彻底降解,而PVA 的不彻底降解会造成PVA 降解酶的提取困难。因为当PVA 存在时,在提取过程中残余的PVA 会与蛋白质形成一种乳白色的凝胶状物质,使PVA 降解酶无法提取。PVA 降解酶产生菌种类不多,且培养周期长,酶活性不高,再加上提取不易,阻碍了PVA 降解酶在实际生产中的运用。

2)厌氧/好氧生化法

因分离、驯化高效降解菌降解PVA 的途径及生化机理尚需进一步研究,目前在实际处理含PVA 退浆废水中较多采用厌氧(水解酸化)、好氧生物技术或厌氧好氧联用。厌氧水解酸化使废水中包括PVA 在内的大分子和难降解有机物断链,并被细菌胞外酶分解为小分子有机物。在实际处理工艺中,悬浮和胶体状的难降解有机物水解成可溶性物质,提高了可生化性,从而提高了后续好氧处理效果和整个生物处理系统对PVA 等难降解有机物的去除效率。厌氧好氧生化法虽然对PVA 废水的整体COD 去除率可达80%以上,且投入和运行费用较低,但占地面积较大,需进一步研究。

3 展望

经过多年努力,我国PVA 退浆废水治理技术已取得一些成果,但仍需进一步研究。PVA 退浆废水处理技术的发展方向:(1)对于尚处于研究阶段的新型技术,如高级氧化法,应尽快应用于实践,加强实用性的研究,并且努力降低处理成本,利于应用推广;(2)由于在经济性、实用性等方面,物化法和生化法的单独使用存在一定的缺陷(物化法运行费用高,应用范围小;生化法反应时间长,COD 去除效率不高),故开发以厌氧-好氧联用为主,物化法为辅的混合多级处理工艺,可以使两者优势互补,提高处理效果。同时,企业要根据生产工艺和废水水质特点,选择适合的处理工艺,确定最佳工艺运行参数,使其处理效果和成本达到最优。

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