涂装废水处理技术研究_依成武.docx
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1、1,2,宋金德 ,李 萍 吴春笃 ,潘立峰 5 YI Chengwu , YI Rongjie , LI Yang , SONG Jinde , LI Ping , WANG Huijuan , WU Chundu , PAN Lifeng5 第 42 卷 第 2 期: 337-348 高电压技术 Vol.42, No.2: 337-348 2016 年 2 月 29 日 High Voltage Engineering February 29, 2016 DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.2016.02.001 涂装废水处理技术研究 依成武 1,2,依蓉婕 1,2,
2、李 洋 3 1,2,王慧娟 1,2, 4 ( 1. 江苏大学环境与安全工程学院,镇江 212013; 2. 江苏省水处理技术与材料高校协同创新中心,苏州 215009; 3. 盐城泰克光电科技有限公司,盐城 224001; 4. 扬州市职业大学,扬州 225009; 5. 扬州斯普莱机械制造有限公司,扬州 225002) 摘 要 :涂装废水是在工程机械产品的表面制造过程中所产生的工业废水,具有浓度高、成分复杂、可生化性差、 水质水量变化大等特点,该类废水的处理是工业废水处理研究的热点和难点。为此,介绍了涂装废水的来源和特 点,并针对涂装废水常规处理工艺和新型处理工艺进行了论述,通过对比阐述了该
3、类工艺的优缺点及应用前景。 针对涂装废水在实际处理过程中存在的诸多问题提出了合理建议,并对未来涂装废水处理工艺的研究方向进行了 讨论。指出,由于强电离放电技术在水处理中具有处理效率高、无选择性、不需添加催化剂和吸附剂、无二次污 染等特点,因此该技术可作为涂装废水预处理或深度处理工艺,用来弥补常规处理工艺 (混凝、厌氧处理等 )处理 周期长、处理不彻底、有恶臭产生等缺点。通过对涂装废水处理技术的研究可为我国表面制造行业废水处理提供 理论基础和参考。 关键词 :涂装废水;表面制造;水处理;高级氧化技术;强电离放电;新型处理技术 Research on Coating Wastewater Trea
4、tment Technology 1,2 1,2 1,2 3 1,2 1,2 4 (1. School of Environment and Safety Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China; 2. Jiangsu Collabrative Innovation Center of Technology and Material of Water Treatment, Suzhou 215009, China; 3. The Yancheng Tektronix Technology Co., Ltd., Yanch
5、eng 224001, China; 4. Yangzhou Polytechnic College, Yangzhou 225009, China; 5. Yangzhou Sunlight Machinery Co., Ltd., Yangzhou 225002, China) 1 Abstract: The coating wastewater is a kind of industrial wastewater generated in the process of the surface fabrication of engineering machinery products, w
6、hich has the characteristics of high concentration, complex composition, poor biode- gradability, great changes in water quality and quantity, etc. The treatment of this kind of wastewater is the hotspots and difficulty in the research of industrial wastewater treatment. We present a description of
7、the sources and characteristics of coating wastewater, and discuss both the conventional and innovative treatment processing technology of coating waste- water. The advantages, disadvantages, and the application prospect of the technology are discussed by contrast. In view of many problems generated
8、 during the actual process, some reasonable suggestions are put forward, and the future research direction of the treatment technology is also discussed. Moreover, it is pointed out that the strong ionization discharge technology can be conducted in the absence of catalyst and adsorbent due to the c
9、haracteristics such as the high efficiency, no selectivity, no secondary pollution, etc. Therefore, the technology can be used as the pretreatment or deep treatment technology of coating wastewater to make up the shortcomings like long treatment cycle, not completely treatment, foul smell, etc. for
10、the conventional treatment process (coagulation and anaerobic treatment and so on). The study on treatment technology of coating wastewater can provide theoretical basis and reference for the treatment of wastewater from the surface fabrication in our country. Key words: coating wastewater; surface
11、fabrication; water treatment;advanced oxidation technology; strong ionization discharge; innovative treatment processing technology 基金资助项目 :国家自然科学基金 (50778083);江苏省科技支撑计划(社会发展)项目 (BE2011732)。 Project supported by National Natural Science Foundation of China(50778083), Jiangsu Provincial Science and T
12、echnology Supporting Program (Social Devel- opment) of China (BE2011732). 装废水,废水中含有大量重金属如 Cr 、 Zn 、 Ni 、 Ca 、 Cd 等 ,可通过改变废水 pH 值或投加化学 装废水处理带来了挑战 。处理不达标的涂装废水 化,给我国渔业和水产养殖业带来了较大的隐患 。 (GB/T 18920 2002)后,才能进行排放或者回用 。 338 高电压技术 2016, 42(2) 0 引言 涂装是表面制造工艺的主要部分,能够对工程 机械产品进行有效的防锈、防蚀,并且美化了产品 的外观,在家电、机床、机械、电子
13、、汽车、建筑、 航天等领域得到了广泛的应用。涂装过程会产生大 量的涂装废水,主要来自于预脱脂、脱脂、表调、 磷化、钝化等前处理工序,阴极电泳工序和中涂、 喷面漆工序等。涂装废水中含有树脂、表面活性剂、 重金属离子、颜料等污染物,特别是其中电泳废水 和喷漆废水的成分复杂、浓度高、可生化性差给涂 1 一旦排放到水体中,将会给水体生态环境造成严重 的破坏。研究表明,我国水体重金属污染问题已成 为水污染治理的重点和难点,我国淡水水系底质污 染率高达 80.1%,其中黄河、淮河、松花江、辽河 等十大流域的重金属超标断面污染程度已达到劣 类。涂装废水中的重金属也能对土壤产生很大的危 害,进入土壤后会被胶体
14、和有机质吸附,在土壤中 累积,再通过地下水和动植物吸收而发生转移,最 后在人体内累积,引发癌症和基因突变。涂装废水 中含有较高浓度的氮磷物质,会造成水体的富营养 2 废水中还含有大量的油类物质、表面活性剂以及合 成树脂等,在水中性质稳定,可生化性差,严重影 响了废水处理的处理效果和效率。涂装废水主要具 需要强化进水的预处理,因此涂装废水治理问题仍 然是表面制造领域的难题。 1 常规涂装废水处理技术 涂装废水的来源如表 1 所示。 1.1 物化法 单纯物化法一般多采用混凝沉淀、化学沉淀、 絮凝气浮、超滤膜法、离子交换等。物化法处理涂 6+ 2+ 2+ 2+ 2+ 4 试剂来进行去除,或通过离子交
15、换等方法来进行回 收。废水中还有较高浓度的油、高分子树脂、颜料、 钛白粉等表面活性剂、溶剂及各种助剂,以胶体的 形式稳定地分散在水溶液中,可通过投加化学试剂、 絮凝剂等方法来破坏水中胶体所形成的稳定体系, 生成便于处理的絮凝体,方便物化法对该类物质的 去除。张寅龙等对机床涂料废水进行了研究,该类 涂料中主要有过氯乙烯漆、环氧树脂漆、丙烯酸聚 氨酯漆等成分,他们首先采用絮凝法进行初期处理, 处理后循环使用,然后定期采用沉淀 气浮 过滤等 物化手段进行处理,实验结果表明处理后废水水质 数据为:化学需氧量 (COD)的质量浓度 11.5 来进行实验,根据 实际运行,磷酸盐的去除率可达约 99%,出水
16、质量 7 1.1.3 絮凝气浮 涂装废水中污染物会形成密度较小的絮状体, 主要为悬浮物、油脂和各种胶体等,该类絮状体较 难自动形成沉淀,所以一般采用气浮装置来进行去 除。气浮装置主要是通过将难以溶解于水中的气体 与 2 种以上的不同液体进行高效混合,形成粒径为 2050 m 的微细气泡并作为载体,通过粘附水体中 的絮状体后浮升至水面,达到固液分离的目的。季 林海 采用涡凹 气 浮方式的 隔油 +加 药破 乳 +气浮 +过 滤工艺来对机车厂含油污水进行处理,实验结果表 3 3 2 3 2 3 8 浅层气浮的特点,研究了浅层气浮对腈纶废水的处 理,实验结果表明:在腈纶废水预处理中,浅层气 浮机对采
17、用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学耗氧 量 (CODCr)的平均去除率 11.3%,而传统矩形池气 浮机仅约为 5.6%,说明浅层气浮处理腈纶废水性能 9 1.1.4 超滤膜法 超滤膜是一种孔径规格一致、额定孔径范围为 0.0010.02 m 的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当 压力,就能筛出小于孔径的溶质分子,以分离分子 量 500 u( 原 子 质 量 单 位 (amu 或 u) , 或 道 尔 顿 (Dalton, Da, D),是用来衡量原子或分子质量的单 位, 1 u=1.66054021027 kg1 D)、粒径为 220 nm 的颗粒。超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一, 在 20
18、世纪 60 年代超滤装置就实现了工业化。超滤 膜法对含有较高含量悬浮物的涂装废水有较好的去 除能力,产水浊度 90%,对 CODCr、阴离子表面活性剂 (LAS)、石油类的去除效 率 80%。刘绍根等人研究了 SBR 反应器中好氧颗 粒污泥处理汽车涂装废水的可行性,采用生活污水 培养的好氧污泥作为接种体,来进行汽车涂装废水 驯化,考察了颗粒污泥性质的变化和对涂装废水的 去除效果,研究表明:驯化 5 周时间后的颗粒污泥 未有解体,呈白色,结构更致密,平均粒径可达到 1.5 mm,混合液挥发性悬浮固体浓度 (MLSS)的质量 浓度为 8 000 mg/L, COD 负荷污泥体积指数 (SVI30)
19、 的质量体积值为 28 mL/g,其沉降性能、生物量都 得到提高。反应器运行至约 45 d 时间时,除污性能 + 3 mg/L、 1.0 mg/L 以下,均达到 GB 8978 1996污 水综合排放标准二级标准,保持了良好的污染物 同步去除效果 13。 1.2.2 厌氧生物法 厌氧生物法主要是在无氧条件下通过兼性菌 及专性厌氧细菌来对高浓度涂装废水进行处理,其 降解过程可分为 3 个阶段:水解阶段、产有机酸阶 段、甲烷化阶段。目前被广泛开发和应用的厌氧生 物法主要有厌氧接触法、厌氧水解法、升流式厌氧 污泥床、厌氧生物滤池等。厌氧生物法具有运行费 用低、设备简单、有机物去除率高等优点,但厌氧
20、菌繁殖较慢,使得处理周期较长,且有机物分解不 彻底,导致恶臭的产生。单独使用厌氧工艺处理出 水往往不能达到水质排放标准,所以实际应用中不 作为单一方法使用,一般作为高浓度涂装废水处理 的前期预处理 14。 1.2.3 厌氧 好氧生物法 近年来,厌氧 好氧组 合生物法在涂装废水中 的应用已 成为 涂装水 处理 行业研 究的 重点, 厌氧 好氧生物法已作为处理高浓度有机废水的首选方 法,该技术具有能有效去除高浓度有机物、处理时 间较厌氧工艺短、出水水质相对稳定、好氧污泥产 量降低、抗水力和有机负荷的冲击、对环境影响较 小等优点。目前应用在涂装废水处理中的生物技术 主要为水解酸化 +接触氧化 /SB
21、R/MBR 等,取得了不 错的处理效果。姜盖汕等人针对汽车涂装过程产生 的脱脂废水、磷化废水、电泳废水、喷漆废水等分 别进行了针对性较强的不同工艺处理,用 SBR 处理 磷化废水,混凝气浮进行脱脂废水和电泳废水处理, 然后出水 与其 他废水 进行 混合, 利用 两段 式 水解 + 好氧生物滤池法进行处理,处理结果表明: COD 的 质量浓度 96%。但是电化学氧化技术在工业化 应用中存在能耗高、经济上不合理和反应器效率不 高等问题。 3) 光催化氧化技术 光催化氧化技术是一种新兴技术,是在表面催 化剂存在的条件下,利用一定波长的紫外光 (UV)或 可见光在常温高压下产生 OH 等自由基,催化氧
22、化 废水中的有机污染物,使有机物氧化降解的反应过 程。根据氧化剂的种类不同,光氧化可分为 UV、 UV O3、 UV H2O2、 UV H2O2 O3、 UV HOCl 等过程 34-36。 在光催化过程中,二氧化钛 (TiO2)是目前使用 最广泛的半导体催化剂, TiO2具有较好的光稳定性。 当 TiO2 收到能量 3.2 eV 的光激发时,其满带上电 子被激发跃过禁带进入导带,满带上形成相应的空 + 电场获得足够大激励能量,发生如下化学反应: + + + + 2HO2O2+ H2O2 + 式中: h 为 Planck 常数; v 为光的频率; hv 表示光 子数。 近年来,采用光催化氧化技
23、术处理难降解有机 废水越来越受到人们的关注。刘鹏将高强短波紫外 引入氧化工艺中,以清洁的 H2O2 作为氧化剂,利 用化学镀废液中重金属作为催化剂,对高浓度难降 解化学镀废液进行了处理研究,并对紫外催化氧化 2+ 2+ 2+ 2+ 较好的催化性能 37。 Wu F 等 38研究利用高岭石光 催化氧化技术产生羟基自由基,对苯酚进行处理。 实验方法是将苯酚置于富含铁离子的高岭石悬浮液 中,并用功率为 250 W 的金属卤化灯 (365 nm)进 行照射。当 pH 值在 210 之间变化时进行的一系列 实验表明:在低 pH 值条件下,能产生较多羟基自 由基;当 高岭 石质量 浓度 从 020 g/L
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