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聚酯废水的危害及传统处理方法研究
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/3/1 11:44:17  

摘要:本文首先对聚酯废水的来源与危害进行了探讨,然后分别从物理化学处理法、生物处理法、组合处理法等三个方面对聚酯废水的传统处理方法进行了详细阐述。

关键词:聚酯废水 危害 处理方法

1聚醚废水来源与危害

1.1聚醚废水的来源

上世纪七八十年代,我国开始大规模生产聚氨酯(PU),但由于我国聚氨酯的生产技术远远落后于欧美发达国家,因此我国聚氨酯的产量远低于欧美发达国家,国内聚氨酯经常出现供不应求的现象。聚氨酯的大规模应用不仅极大地方便了人们的工作与生活,而且聚氨酯(PU)在市场上的前景广阔,具有很大的经济价值。为了加强我国聚氨酯产业在国际市场上的竞争能力,各地方政府纷纷出台优惠政策,国家也相继出台了关于扶持聚氨酯产业的政策。在此基础上,国内企业加大了生产聚氨酯的研发力度,同时也与国际接轨,引进他国的先进生产设备与生产理念。

根据国际材料组织的调查,截止到2008年,全球聚氨酯的产能已经达到1530万吨/年,属于产量较高的合成材料[1]。荷兰一家民间材料组织预测,到2018年底,聚氨酯的全球产能将突破2002万吨/年,聚氨酯将成为全球产能最大的合成材料之一。现有的聚氨酯制作工艺中,多用多异氰酸脂、扩链剂小分子二元醇以及聚醚多元醇作为聚氨酯的合成原料。聚醚多元醇作为聚氨酯的主要合成材料,其市场需求量也随着聚氨酯产量的暴涨而水涨船高,在市场的强烈刺激下,越来越多的企业开始生产聚醚多元醇。据有关部门统计,聚醚多元醇的产量正在以年均2.9%的增长率增长。

聚醚多元醇的生产过程复杂且生产难度较大[2],欧美国家在聚醚多元醇的生产和销售中一直占据着主导地位。其中最为著名的就是陶氏、拜尔、巴斯夫等大型国际公司[3-5]。这些公司具有最顶尖的生产技术和最先进的生产设备,并且其关于聚醚多元醇的衍生产品的研发周期也远低于国际平均研发周期。据统计,截至2015年,这些行业巨头的生产总量已经达到了全球生产总量的一半以上。其产能见表1。

表1 国外聚醚多元醇生产企业年总产能图

虽然我国聚醚工业的起步远慢欧美发达国家,但是随着我国的科技和经济的快速发展[6-10],我国聚醚产业与欧美发达国家之间的差距正在不断缩小。我国在聚醚工业的发展过程中出现了众多问题[11]。其中最为突出的问题便是如何处理生产过程中产生的聚醚废水。该问题已经成为制约我国聚醚多元醇产业继续发展的瓶颈,当前急需寻找一种有效地处理聚醚废水的工艺[12-14]。

1.2聚醚废水的危害

聚醚废水如果排入地表水体,会造成水体生态失去平衡,水生动植物的生存环境受到影响,水生动植物无法存活。由于排出的聚醚废水极易从土壤表层渗至潜水含水层,所以聚醚废水极易破坏土壤自身的结构,影响土壤的稳定并引发环境水文地质问题,从而抑制土壤中微生物的生长,进而影响农作物的生长。最为关键的是,通过大自然的水循环系统,聚醚废水最终会进入人体体内,影响人类的健康。人类一旦食用被废水污染过的农作物、水果、鱼虾等产品,极易造成自身身体机能的损坏。如果人类直接接触高浓度的聚醚废水则容易产生恶心或者眩晕,甚至会引起皮肤过敏。聚醚废水正在挑战着人类生存的方方面面,治理聚醚废水已经迫在眉睫。

2聚醚废水传统处理方法

聚醚废水主要有以下两个特点:①排放量较大;②其在废水中属于较难降解的一种有机废水。若其未经处理便直接排入外界的环境水体内,一方面严重危害自然环境,另一方面也会随着食物链最终到达人体体内,危害人类的健康。国家环保总局在其编制的《国家环境科技发展纲要》中明确指出,聚醚工业中的污水处理控制技术在日后仍将作为研究的主要内容之一。对于企业来说,找寻一种合适的处理聚醚废水的方法,不仅响应了国家的政策,而且也有利于企业的发展,解决企业在运营过程中的由于无法有效处理聚醚废水引发的滞缓企业发展的忧虑。

截止今日,我国通常采用以下方法进行聚醚废水处理:①物理化学法(这一方法通常为膜分离法),张斌[15]等采用陶瓷膜技术处理高浓度聚醚废水,并回收大分子聚醚多元醇。②生物处理法(这一方法通常包含生物塘法及组合处理法等),钟飞等[16]采用组合生化法处理难降解的聚醚废水。这些方法在日常应用中均较为广泛,常需根据现场的实际情况分析判断使用哪种方法更为有效。

2.1物理化学处理法

2.1.1 沉淀分离法

沉淀分离法是指对于聚醚废水中的大颗粒悬浮物,可直接利用其重力,使其沉淀在沉淀池或者沉淀塘底部。翟建[17]等在对聚醚废水用组合法进行处理时发现,单纯的沉淀分离法对聚醚废水并没有良好的处理效果。该方法操作简单管理方便[18-20],但该方法对COD的去除率较低,仅能沉淀一些分子直径较大的有机物,因此一般将其作为预处理的较多。

2.1.2 化学絮凝法

沉淀分离法虽然有以下两个优点:①对大颗粒悬浮有机物的去除率较高。②操作方便。但它也有以下缺点:①占地面积较大,②处理周期长,③总体COD去除率偏低,并不是一种十分有效的处理方法。杜学发[21]在对比几种絮凝剂对处理聚醚废水的效果后得出结论:采用聚合硫酸铁作为处理聚醚废水的絮凝剂比较合适,且化学絮凝法对于聚醚废水的处理效果明显优于沉淀分离法。如果加入化学药剂,采用化学絮凝法会破坏胶体的稳定性,破坏和分散有机化合物,形成与水分离的粗颗粒[22-24]。化学絮凝处理效果优于物理沉淀,且处理周期短。

2.1.3 单纯曝气法

为了得到净化效果,处理聚醚废水过程中,通常利用空气或者臭氧的氧化性,将空气或者臭氧短时间通入聚醚废水中进行曝气[25-26]。刘志诚[27]在采用铁碳微电解-曝气生物滤池处理聚醚废水过程中发现单纯曝气法对聚醚废水的处理效果并不佳,但能使聚醚废水脱色成几近无色。因此一般不单独使用单纯曝气法。

2.1.4 膜分离法

采用膜分离法来处理废水已经成为当下比较流行的趋势[28-30]并且在膜的改性技术等方面取得了许多突破性的研究结果[31]。膜分离法有许多优点:①操作过程不复杂,②资源利用率高,③处理聚醚废水能力较强,因此膜分离法处理聚醚废水在聚醚废水的整个处理工艺中有着特殊的地位。但由于膜的寿命和渗透通量的限制,使得该技术受到了很大的限制。一般将膜分离法分为:①超滤,②反渗透,由于膜的价格较高,在实际处理聚醚废水过程中,为了增加膜的使用寿命,一般要对膜分离法处理的聚醚废水进行预处理[32-35],比如用单纯曝气法进行预处理。

2.2 生物处理法

从工厂直接排出的聚醚废水具有以下三个特点:①含有较高的有机质,②毒性不大,③生化性能尚可[36],因此许多研究人员在研究如何有效处理聚醚废水时常采用生物处理法。特定微生物能够利用自身的新陈代谢[38-39]降解聚醚废水中的有机污染物,使出水达到无害化和低碳化。厌氧微生物[40-42]处理聚醚废水的处理方式为厌氧生物处理,好氧微生物处理聚醚废水的处理方式为好氧生物处理[43]。生物处理法法对于处理高浓度的聚醚废水有别的方法无可比拟的优势:①处理费用低,②处理效果佳。

2.2.1 厌氧生物法

厌氧生物法利用了特定厌氧或者兼性厌氧微生物[44]能分解、降解聚醚废水的能力,将聚醚废水中复杂的有机物,通过微生物自身的厌氧反应分解成简单的小分子有机物。

2.2.2 好氧生物法

好氧生物法处理聚醚废水的效果小优于厌氧生物法,但其一方面:需要外界输入能量,另一方面:需要搭建大型处理装置,因此在实际处理聚醚废水的过程中,一般不单独采用好氧生物法处理,而用作后续处理的比较多。

好氧生物法可以分为两种:①利用活性污泥中的好氧微生物处理废水,②利用生物膜技术处理废水。利用好氧微生物(包括兼性微生物)在有氧气存在的条件下进行生物代谢以降解有机物,使废水稳定、无害化的处理方法。微生物利用水中存在的有机污染物为底物进行好氧代谢,经过一系列的生化反应,逐级释放能量,最终以低能位的无机污染物稳定下来,达到无害化的要求,以便返回自然环境或进一步处理。活性污泥在处理聚醚废水方面使用比较多。而生物膜法,需要搭建生物滤池等大型设备,因此在实验室阶段一般不予采用。

2.3 组合处理法

单一处理方法虽然在处理聚醚废水方面操作都比较简单,但是处理废水的能力都比较普通。现实中在处理废水时一般将几个单一处理方法结合起来,这样处理废水的效果会更佳。处理大规模的聚醚废水一般采用组合处理法,各种方法优劣互补,能使效率大大提升。

参考文献

[1] 秦颖, 王强强. 聚氨酯材料的发展现状[J]. 中国建材科技, 2017, 26(1):39-41.

[2] 齐湘毅. O1/A/O2法处理高浓度聚醚废水的运行分析[J]. 石油化工环境保护, 2003, 26(3):26-29.

[3] 钱伯章, 朱建芳. 国内外聚醚多元醇开发进展[J]. 精细与专用化学品, 2010, 18(4):5-12.

[4] 刘益军. 聚氨酯原料及助剂手册[M]. 化学工业出版社, 2013, 31-33.

[5] 孙利民. 聚醚多元醇的现状及发展趋势[J]. 聚氨酯工业, 2006, 21(4):11-13.

[6] 中化. 扬州晨化1000 t/a端氨基聚醚工业化装置投产[J]. 工程塑料应用, 2002, 30(11):46.

[7] 许祥娟. 脂肪醇聚醚工业化生产及应用研究[D]. 华东理工大学, 2012,9(3):22-28.

[8] 张立英. 聚醚多元醇工业现状分析[J]. 河北化工, 2005(5):17-19.

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