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对家私、手机、家电外壳等进行喷漆时产生喷漆废气,目前国内工厂多采取水帘柜将其吸附,从而产生了喷漆废水。我国是一个水资源匮乏的国家,水的处理及回用问题已迫在眉睫。根据《深圳市节约用水条例》第三章第三十一条规定,单位用户(在生产、经营、科研、教学、管理等过程中发生用水行为的非居民生活用户)应当采取循环用水、一水多用等节约用水措施,降低水的消耗量,提高水的重复利用率。故工厂加工过程中产生的喷漆废水需要处理后循环利用。
目前用于喷漆废水的处理方法主要包括混凝沉淀法、漆雾凝聚剂法、化学氧化法和生物氧化法,这些方法均有其自身的不足。生物氧化法在有机废水浓度较低时,反应器的处理效果不明显;化学氧化法通常采用Fenton试剂,其中用到的H2O2使用费用高,且具有很强的氧化性和腐蚀性,存在着安全隐患,故不具备普遍实用性;漆雾凝聚法的浮渣清理难,且操作不当时容易出现泡沫现象,过多的气泡与漆雾接触形成泡沫渣,使得漆雾凝聚剂不能充分发挥作用,处理效果变差,故对人工操作要求比较高;单独使用混凝法难以达到回用的要求。
由于喷漆废水回用装置放于厂房附近,进水、出水需接入厂房内,故处理设备不宜过大,且设备离员工工作环境近,要考虑到采用生物法会导致气味的问题,故选择物化法处理喷漆废水。本文探索目前国内外研究比较热门的铁碳微电解工艺来处理喷漆废水,并在其后加上絮凝工序保证出水水质。
铁碳微电解是利用金属腐蚀的原理,形成原电池来处理废水的良好工艺。本文是先在废水中加入一定量的生铁粉和活性炭,再对其进行搅拌和曝气来形成动态铁碳微电池的。在动态铁碳微电池反应过程中,通过搅拌和曝气使流体充分湍动,从而可以减小传质阻力,使废水中的污染物与电解产物充分的混合,并消除极化现象,提高电流效率,进而提高了处理废水的效率。
本文絮凝工序是在废水中加入物理改性累托石和天然壳聚糖,其中物理改性累托石是利用其孔间距来吸附废水中的有机物,天然壳聚糖是利用吸附架桥和网捕作用来减少废水中的有机物。本文物理改性累托石的方法包括微波加热改性法和马弗炉加热改性法。
本文以深圳某手机加工厂喷漆废水为研究对象,以处理后回用为研究目标,利用动态铁碳微电解-物理改性累托石复合絮凝剂综合工艺处理喷漆废水,通过室内试验进行研究。本文的试验内容包括:动态铁碳微电解最佳试验方案的选取、物理改性累托石最佳改性方案以及最佳改性方案下最佳试验条件的选取、复合絮凝剂最佳试验条件的选取,最后确定动态微电解-物理改性累托石复合絮凝剂处理工艺的最佳试验条件,并判断在此条件下出水回用的可能性。
本文所得出的结论如下:
1、试验选用了动态铁碳微电解方法。试验通过正交试验的方法确定了动态铁碳微电解处理喷漆废水的最佳试验条件,即Fe∶C比(质量比)为1∶1,生铁粉投加量为8g/100ml,pH调节为3,反应时间为40min,反应温度为室温。在此条件下,喷漆废水经过处理后,CODCr去除率为75.1%,色度去除率为99.9%,浊度去除率为99.9%。从微电解反应中,氢和铁的氧化还原作用、电场作用、铁离子的混凝作用、经电解后具有多孔性质的铁粉和活性炭的吸附作用、搅拌和曝气作用等多个方面探讨了试验效果。
最后单独加入活性炭法和单独加入生铁粉法两种方案进行比较。得出单独生铁粉处理喷漆废水效果最差(CODCr去除率为9.5%,色度去除率为25.7%,浊度去除率为20.8%),单独活性炭法处理喷漆废水效果较好(CODCr去除率为42.1%,色度去除率为50.7%,浊度去除率为52.6%),动态铁碳法最佳(CODCr去除率为75.1%,色度去除率为99.9%,浊度去除率为99.9%)。由此可知,在动态铁碳法处理废水中,生铁粉单独处理废水起到的效果较小,活性炭的吸附作用在废水处理中起到的作用较大,且生铁粉法和活性炭法联合起来使用的效果没有动态铁碳法处理喷漆废水的效果好;
2、试验采用物理方法(焙烧加热法和微波加热法)来改性累托石,通过正交试验的方法确定了两个改性方案的最佳试验条件,比较了在最佳试验条件下两者处理喷漆废水的效果。结果表明:采用微波加热法改性累托石其经济成本、处理效果等方面都比较好。微波改性的最佳试验方案为:在480W功率下微波8min,投加量为0.2g/100ml,反应温度为25℃(室温),反应时间为40min;在此条件下,喷漆废水的CODCr去除率为42.3%,色度去除率为65.2%,浊度去除率为79.4%。
在喷漆废水中先投加微波改性累托石反应一段时间后投加天然壳聚糖反应,即利用了无机/有机絮凝剂方案来处理喷漆废水。通过正交试验的方法确定了此复合絮凝剂的最佳试验条件:反应温度为25℃,微波改性累托石投加量为0.1g/100ml,搅拌时间为30min,再投加壳聚糖0.05g/100mL,慢搅至有矾花产生。在此条件下,喷漆废水的CODCr去除率为60.1%,色度去除率为95.1%,浊度去除率为97.4%;
3、采用了铁碳微电解-累托石复合絮凝剂协同处理喷漆废水,确定了其试验方案,即在室温下按Fe∶C比(质量比)1∶1投加生铁粉8g/100ml,投加活性炭8g/100ml,搅拌并曝气40min,反应完成后调节pH至8。沉淀完全后取上清液至另一烧杯,在室温下投加微波改性累托石0.1g/100ml,搅拌30min后投加壳聚糖0.05g/100ml,慢搅至有矾花生成,静置。此时,CODCr去除率为88.4%,色度去除率接近100%,浊度去除率接近100%,经处理后出水的CODCr为93.2mg/L,色度接近蒸馏水色度,浊度值低于检测线,由此可知,经处理后喷漆出水的色度和浊度达到了《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)中循环冷却水水质指标(色度≤30度,浊度≤5NTU),CODCr达到了《污水排放标准》GB8987-1996中其他排污单位第二类污染物最高允许排放浓度一级标准(≤100mg/L)。
比较了铁碳微电解-累托石复合絮凝剂法与PAC/PAM法、混凝+氧化法,试验结果表明:PAC/PAM处理喷漆废水效果最差(CODCr去除率为61.8%,色度去除率为53.8%,浊度去除率为91.2%),混凝+氧化法(FeSO4·7H2O作为混凝剂,Fenton试剂作为氧化剂)处理喷漆废水效果最好(CODCr去除率为94%,色度去除率约为100%,悬浮物去除率为88.2%),铁碳微电解-累托石复合混凝剂法居中(CODCr去除率为88.4%,色度去除率约为100%,浊度去除率约为100%),由此可知本次试验方案处理喷漆废水的效果与混凝+氧化法接近。由于氧化法中使用到的H2O2使用费用高,反应温度需调到80℃,需要大量热能,增加了经济成本,且具有很强的氧化性和腐蚀性,存在着安全隐患,故并不值得普遍推广,故本次试验方案铁碳微电解-累托石复合混凝剂法最佳。