包装印刷综合废水处理工艺研究

袁辉洲，朱 佳（深圳职业技术学院建筑与环境工程学院 深圳市工业节水与城市污水资源化技术重点实验室，广东深圳518055）

包装印刷综合废水处理工艺研究

袁辉洲，朱 佳
（深圳职业技术学院建筑与环境工程学院 深圳市工业节水与城市污水资源化技术重点实验室，广东深圳518055）

包装印刷废水主要包括油墨废水、浆胶废水、冲刷冲板水、显影废水等，其特点是有机物浓度高，色度深，水质水量变化大，水量较小，可生化性差，难处理等.针对这些特点提出综合处理，“酸析-混凝-生物接触氧化”和“酸析-调节pH值-生物接触氧化”两种不同工艺，并进行比较.结果表明，酸析-混凝和酸析-pH调节两种处理工艺预处理后的废水的可生化性能提高，并且对COD、色度和浊度都有较好的去除效果，有利于用生物法对包装印刷综合废水进行后继处理，其中酸析-调节pH值-生物接触氧化工艺效果较好且处理成本低.

包装印刷综合废水；酸析；混凝；生物接触氧化

近年来，印刷行业得到迅速发展，在印刷生产过程中会产生高色度的油墨废水、显影废水、高浓度的冲刷冲板水及乳白色的胶水，这些废水的主要特点是水量较小，废水间歇性排放，水质、水量随时间变化较大，特别是油墨废水、冲刷冲板水和浆胶废水，所占比例重且高COD、高色度、难生物降解，并伴有刺激性气味，但不含重金属和其它毒性物质［1］，直接排放，会造成很大的环境污染，其废水水质见表1.

表1　废水水质

目前处理工艺有物化法、生物法等，本实验采用物化和生物法相结合的处理工艺对包装印刷综合废水进行处理，取得了较好的运行效果.

1　实验部分

1.1实验流程和方法

由于实际生产中各废水的产量较小且水质、水量随时间变化较大，故本实验所用水样为表1中各类废水的等比例混合水样.采用酸析-调节pH-生物接触氧化和酸析-混凝-生物接触氧化等两种处理流程，并加以比较.第一种流程是把酸析除渣后的废水用5%石灰溶液调节至弱碱性（pH值7.5～8.0），然后进行生物接触氧化；第二种流程是把酸析除渣后的废水用5%石灰溶液调节至碱性（pH值8.5～9.0），以FeCl3作为混凝剂，并投加适量的聚丙烯酰胺（PAM）进行混凝试验，用5%石灰溶液进行pH的调节，整个过程中使pH值控制在8.5左右，经沉淀分离后，再将上清液进行生物接触氧化试验.通过对氯化铁（FeCl3·12H2O）及助凝剂高岭土、PAM的投加量进行试验，综合分析各条件下的混凝性能，确定适合的混凝剂、助凝剂的投加量等工艺参数.

酸析：把综合废水的pH值调节到2～3，此时溶解在废水中的部分有机物以胶状凝聚物析出，其比重较水轻，漂浮在水面，易于分离，从而去除部分有机物.混凝方法：取1 L经酸析预处理后的水于量杯中，调节pH值，加入适量的混凝剂，在转速为150 r·min-1下快速搅拌5 min，然后滴加适量的聚丙烯酰胺（PAM），在转速为70 r·min-1下慢速搅拌5 min，静置5 min取上清液，测定CODCr和浊度.

1.2药剂、设备与装置

FeCl3·12H2O、聚丙烯酰胺（PAM）、高岭土（AR）、氢氧化钙（AR）、硫酸（AR）等均为分析纯.

ZR4-6混凝试验搅拌机、XJ-Ⅲ消解装置、809电位滴定仪、PHS-3C pH计、2100P浊度仪等均为实验室常用设备.

试验装置有酸析调节罐、混凝沉淀系统和生物接触氧化简易装置三部分组成.酸析调节罐由一台强力电动搅拌器（DJ-100型）和一个20 L塑料桶组成；混凝沉淀系统采用ZR4-6混凝试验搅拌机和PHS-3C酸度计；生物接触氧化简易装置是一组密封性能良好的封口瓶.

1.3分析方法

化学需氧量（CODCr）：重铬酸钾法，依据国家标准GB11914-89；浊度用2100P浊度仪测量；pH值采用数显pH计测定.

2　结果与分析

2.1酸析试验

由于该公司除印刷油墨、浆胶、冲刷冲板等高浓度废水外，还有一定量低浓度的其它未知废水，且水量较小，所以将原各类废水按等比例混合.试验所用原混合废水呈深灰色稀糊状，并有强烈的刺鼻性气味，CODCr浓度为3 439.00 mg·L-1，选用酸析-气浮预处理-混凝和直接进行混凝实验，每种方案分别设置两个混凝剂投加量，结果如图1所示.经酸析后CODCr浓度降低到1 335.48 mg·L-1，废水浊度降低到50.00.经混凝处理后CODCr浓度降低到1 206.70～1 232.78 mg·L-1，浊度降低到2.13和0.85，而直接混凝后CODCr浓度降低到1 570.04～1 699.80 mg·L-1，浊度降低到1.99和3.54，相对较高，上清液偶尔伴有淡红色.从两组数据来看，经酸析处理过的废水不仅有机物浓度有所降低，而且在混凝剂投加量相同的情况下，有机物的去除率也较高.这说明酸析可使溶解在废水中的部分有机物以胶状凝聚物析出，从而去除部分有机物，在后继的处理中减少了对混凝剂的需求，也减少了污泥的产生量，降低了废水和污泥的处理成本.

图1　酸析试验

2.2最佳混凝剂的投加量试验

在相对最佳的pH值下，混凝剂的投加量对混凝效果有直接的影响.本试验中氯化铁的投加量系列为：0.00、0.03、0.05、0.08、0.10、0.20、0.50、1.50、3.00L、4.50 m mol·L-1，使用 5%的氢氧化钙溶液控制pH在8.50～9.00，PAM的投加量为2.00 mg·L-1，高岭土的投加量为0.00 mg·L-1.结果表明：随着氯化铁投加量的增加，CODCr和浊度的去除率都出现降低的趋势，当氯化铁的投量超过0.10 m mol·L-1时CODCr和浊度的去除率已经趋于平稳.但CODCr总体去除率都较低，最佳去除率为12.94%，如图2所示.这说明酸析处理后的包装印刷废水中的有机物仍有部分以胶体形式存在，带负电荷，无机铁盐的加入，使胶体粒子发生电中和，使其相互吸引而形成小絮团.也说明由于铁盐在偏碱性条件下形成的Fe（OH）3具有表面积大，活性高，可以吸附废水中的悬浮颗粒，使呈分散状态的颗粒形成网状结构，成为更粗大的絮凝体而沉淀.随着铁盐投加量的增加，胶体所带负电荷已经基本中和完全，表现为CODCr和浊度去除率趋于平稳.但从图1可以看出，当混凝剂的投量超过4.20 m mol·L-1时，CODCr的去除率反而呈下降趋势，而在直接进行混凝试验中，混凝剂投量从8.40 m mol·L-1增加到12.60 m mol·L-1时CODCr的去除率下降趋势更为明显，这说明铁盐的投加已经过量，胶体颗粒因带正电荷而相互排斥而使絮凝体变小，沉淀速度降低，效果变差，降低了有机物的去除率.综合图1和图2及处理成本，本试验选择混凝剂的投量为0.50 m mol·L-1

图2　混凝剂氯化铁投加量试验

2.3助凝剂高岭土的影响

本试验中高岭土的设计投量系列为：0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 g·L-1，其对有机物和浊度的去除效果如图3所示.

图3　高岭土的影响试验

由于高岭土颗粒较小，比表面积大，颗粒表面的原子数多、原子配位的不足及高表面能，使这些原子具有高的活性，它们极不稳定，很容易与其他原子结合表现为较强的离子吸附性，对水中颗粒物具有较好的吸附和助凝剂作用.由图3可知高岭土的投量并不是越多越好，而是在0.5 g·L-1附近出现助凝效果最佳.这是由于高岭土在水溶液中带负电荷，其与废水中带负电荷的胶体有一定的吸附絮凝作用，但效果并不明显，只有当混凝剂的加入才出现较好的混凝效果，从浊度的去除效果上来看，浊度呈明显的上升趋势.其可能的原因有两个：一是在整个混凝过程中，混凝剂和PAM的投加量为定值，形成了过多的小絮凝体，卷扫效果差，致使小颗粒凝聚物或高岭土颗粒不能进一步被去除；二是高岭土投加过量，吸附饱和后仍有剩余，残留在水中增加了浊度［2］.

2.4助凝剂PAM的影响

本试验中所用聚丙烯酰胺（PAM）为非离子型，设计投量系列为：0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 mg·L-1，其对有机物和浊度的去除效果如图4所示.

图4　PAM的影响试验

在投量不超过2.00 mg·L-1时出水CODCr呈现降低趋势，当投量超过2.00 mg·L-1时出水CODCr出现了上升趋势，而在整个过程中对浊度的去除效果随着PAM的加大而提高.这是由于加入少量的高分子聚合物时，聚合物分子即被迅速吸附结合在胶体微粒表面上.开始时，高聚物分子的链节吸附在一个微粒表面上，该分子未被吸附的一端就伸展到溶液中去，这些伸展的分子链节又会被其它的微粒吸附，于是形成一个高分子同时吸附在两个以上胶体微粒表面的情况.进而形成某种聚集体，结合成絮状物.但在此过程中各微粒并未达到直接接触，而且也未达到电中和脱稳状态，因此，粘结架桥实质上是一种聚合物过量状态，胶体微粒将被过多吸附在聚合物分子所包围，反而会失去同其他微粒架桥结合的可能性，处于稳定状态，并且PAM本身也是一种易溶于水的高分子有机物，其本身对出水CODCr也有一定的影响.因此高分子聚合物的投量并不是越多越好，而是应该适量［3］.

2.5生化性能试验

取生活污水厌氧底泥和混凝试验所得污泥混合进行厌氧微生物的驯化培养，并每天加入一定量经酸析-调节pH值的综合废水，通过检测上清液CODCr变化观察厌氧微生物驯化情况.利用2.2～2.4试验结果确定最优化混凝条件进行混凝试验，取上清液和驯化成熟的污泥进行生物接触氧化试验.泥水体积比为1：15，每12 h取上清液检测CODCr变化，试验结果见图5.从图5可知酸析-混凝处理废水进行厌氧生物接触氧化处效果显著，进水CODCr为656.76 mg·L-1，出水CODCr分别降低到422.71 mg·L-1、443.09 mg·L-1，去除率分别达到35.64%、32.53%，酸析-pH值调节后直接进行生物接触氧化试验的进水CODCr为727.89 mg·L-1，出水CODCr降低到368.61 mg·L-1，去除率达到49.36%.出水均清澈透明，绝大部分色度物质被去除.从两种不同实验方案试验结果来看，经过酸析-调节pH值后的水样生物接触氧化试验效果较好，这可能是因为经混凝处理将一些可生化有机物去除或其剩余的营养物质不适合微生物生长需要.虽然经过96 h的生物接触氧化试验出水未能达到排放标准，但从去除趋上来看，达标排放也是有可能的.

图5　生物接触氧化试验

3　结论

试验表明，“酸析-混凝沉淀”和“酸析-调节pH”两种预处理工艺均可显著改善包装印刷废水的可生化性，并对COD，色度和浊度有较好的去除效果，有利于生物法对废水进行后继处理，其中第二种预处理工艺相对较经济且效果也较好.酸析工艺：将废水pH值调节至2～3，静置自然分离.化学混凝预处理的工艺条件：混凝剂（氯化铁）投加量0.50 m mol·L-1、助凝剂（PAM）投加量2.00 mg·L-1、pH调节至8.5～9.0、快速搅拌速度（150 r/min）时间5 min、慢速搅拌速度（70 r/min）时间5 min、沉淀时间5 min.生物接触氧化工艺条件为：室温（30～38℃）、接触条件（静态密封）、有机负荷（1.0～1.7 kgCODCr·m-3·d-1）.高浓度综合有机印染废水（CODCr值3 500～15 000 mg·L-1）经酸析预处理，上清液的CODCr降到1 000～2 000 mg·L-1，浊度降低到50.00，出水呈红色或微红色；经混凝处理后，而且部分有机物被去除，浊度降低到3.00以下，大部分色度物质被去除，出水或带有淡红色；生物接触氧化处理后，大部分有机物被去除，CODCr降到300～450 mg·L-1，色度物质几乎全部去除，出水呈无色，浊度也进一步降低.

［1］丁毅，杨鹏.包装印刷废水处理工艺研究［J］.包装与食品机械，2010，28（1）：25-26.

［2］罗岳平，施周，王仕汇，等.用粘土作助凝剂提高聚合氯化铝除藻效果的研究［J］.中国给水排水，2007，23（17）：61-65.

［3］毛悌和，王嘉君，高兴波，等.化工废水处理技术［M］.北京：化学工业出版社，2000.

Research on Treatment Processing of Packing and Printing Comprehensive Wastewater

YUAN Hui-zhou，ZHU Jia
（School of Construction and Environmental Engineering，Shenzhen Polytechnic，Shenzhen Key Lab of Industrial Water Conservation and Municipal Wastewater Resources Technology，Shenzhen 518055，Guangdong，China）

Packing and printing wastewater is a kind of high concentration of organic pollutant，with deep chromaticity，changeable water quality and quantity，small water volume，which is less biodegradable with complex ingredient.It mainly consists of inks wastewater，glue wastewater，washing wastewater，and development wastewater. Comprehensive treatment was proposed，the integrated wastewater was treated using acidolysis/coagulation/biological contact oxidation processing and acidolysis/adjust pH value/biological contact oxidation processing.Experimental results indicated that the pretreatment of the two processes could improve biodegradability of the wastewater and reduce COD，colors and turbidity，resulting in good benefits to the follow-up biological treatment.The acidolysis/adjust pH value/biological contact oxidation processing was better and of economy.

packing and printing comprehensive wastewater；acidolysis；coagulation；biological contact oxidation process

X703

A

1007-5348（2016）06-0037-05

（责任编辑：邵晓军）

2016-04-22

深圳市科技计划项目（JCYJ20140508155916418）.

袁辉洲（1972-），女，湖南新化人，深圳职业技术学院建筑与环境工程学院副教授；研究方向：水质净化与水污染控制.