油性污染硬质废旧塑料的固体介质干洗技术研究

伍 娜，宋 楠，高小峰，赵由才,3，张美兰，周海燕，周 涛,3*

(1.同济大学 环境科学与工程学院，上海 200092；2.上海电力学院 环境与化学工程学院，上海 200090；3.上海污染控制与生态安全研究院，上海 200092；4.上海老港废弃物处置有限公司，上海 201302)

由于塑料表面缺少极性基团，亲水性污染物难以附着在其表面，相反油性污垢却易附着于其表面[1-2]。生活垃圾中的硬质物料表面附着物主要为食用油、润滑油等油性污染物且不易烘干、黏着度基本不变[3]。在生活垃圾的收集和运输过程中硬质塑料表面会附着少量的小颗粒砂石、泥渍、酱渍等[4-5]，这类附着物含水率较高易烘干、在烘干过程中附着物黏着度明显下降。对于含有油性物质和的水性污染物质两类附着物的硬质废旧污染塑料，需要用不同方法对其进行清洁[6-7]。对有一定厚度和硬度，不易变形的硬质塑料，宜用卧式搅拌的方法。

对于不易烘干的油性污染物附着的废旧塑料，首先采用固体介质洁净方法，利用吸附性固体介质吸附废旧塑料表面油层，在油性物质被吸附后，虽然附着物黏着度降低，但仍有部分吸附剂附着在废旧塑料表面，发生再吸附，需要再使用无介质洁净方法使再吸附的吸附剂由塑料表面脱落。分离后得到含油性污染物的吸附剂集中处理，清洁后的塑料片收集后待回收利用。

1 油性污染硬质废旧塑料的固体介质清洁实验方法

固体介质干洗装置所用介质包括木屑、土壤与河砂混合物、电石渣与河砂混合物[8-9]，这些介质较为常见，并且都比较廉价易得，木屑、土壤和电石渣具有一定吸附效果，土壤和电石渣颗粒较小，在吸附过程中会发生再吸附而附着在塑料废片的表面，因此添加河砂为土壤和电石渣增加摩擦力[10]。

图1 不同固体介质干洗力验证试验流程图

选择适当固体干洗介质的试验流程如图1所示。首先将硬质塑料废片进行手动破碎，使破碎后的硬质废旧塑料片边长在4 cm左右。每组称取20 g破碎后的样品，在烧杯中加入20 mL植物油(约18 g)，混合均匀后用于固体介质干洗介质选择预实验。每种介质的样品分别在装置中对模拟污染硬质塑料片分别干洗2、4、8、12、16、20 min。在每个样中取出3.00 g，于250 mL水样瓶中，加入200 mL去离子水和20 mL清洗液。在摇床中100 r/min，25℃条件下震荡10 h，取出后过滤，测滤液的COD、TOC、pH值，同时，测定200 mL去离子水和20 mL清洗液混合液的COD、TOC、pH值作为空白样品值，根据所测得结果选择适当的固体干洗介质。

2 结果与讨论

2.1 油性污染硬质废旧塑料固体干洗介质选择

2.1.1 不同固体介质干洗样品COD随时间变化

图2为三种不同固体介质进行干洗的样品漂洗滤液COD与空白样品COD比值随干洗时间变化趋势图。

图2 不同介质干洗时间对COD/COD空白的影响

以土壤和河砂作为干洗介质的样品，在0～12 min COD下降较快，之后变化趋势较平缓，甚至有轻微上升趋势。这可能是由与土壤接触时间长，大量土壤在吸附油性附着物同时附着在硬质塑料片表面，在无介质干洗装置中未能完全脱落造成的。以土壤作为干洗介质，在干洗时间为16 min时COD最低，为空白样COD的4.52倍，干洗效果不理想。

2.1.2 不同固体介质干洗样品TOC与时间关系

图3 不同介质干洗时间对TOC/TOC空白的影响

图3为三种不同介质干洗样品漂洗滤液TOC与空白样品TOC比值随干洗时间变化趋势图。如图中所示，干洗样品的TOC变化趋势与COD变化趋势相似。三种介质的干洗样品均在干洗时间为0～12 min时，TOC下降较快，在12～16 min时基本稳定。以“土壤+河砂”作为干洗介质的TOC始终处于一个较高水平，干洗时间为16 min时得到最低TOC，是空白样品5倍左右，而以木屑和“电石渣+河砂”作为干洗介质的样品TOC最低为空白样品的1.88倍和1.64倍。

2.1.3 不同固体介质干洗样品pH随时间变化情况

图4为三种不同介质干洗样品漂洗滤液pH值随干洗时间变化趋势图。由图4可知，在整个干洗实验中，三种不同介质的干洗样品pH值都没有出现随干洗时间明显变化趋势，其中以电石渣和河砂作为干洗介质的样品pH值较高，在10以上，主要原因是电石渣主要成分为氢氧化钙，属于碱性物质，少量溶于水后时pH值上升。以木屑作为干洗介质的样品pH值基本稳定在7左右，接近中性。以土壤和河砂作为干洗介质的样品pH值变化较大，分析其原因所用土壤一种来自上海市周浦区蔬菜种植区，一种来自虹口区花鸟市场，不同土壤性质本身不同，且蔬菜种植区长期喷洒农药影响土壤pH值。

图4 不同介质干洗时间对pH值的影响

2.1.4 不同固体介质干洗的外观效果

图5为不同介质干洗效果图，其中(1)、(2)、(3)分别为“电石渣+河砂”、“土壤+河砂”、“木屑”介质干洗样品经漂洗后的效果图。

(1)干洗介质为“电石渣+河砂”；(2)干洗介质为“土壤+河砂”；(3)干洗介质为“木屑”

由图5中漂洗后样品可以看出，木屑作为介质的干洗样品在漂洗之后最为洁净，且塑料表面没有划痕，在外观上最符合要求。以电石渣和河砂作为干洗介质的样品漂洗之后附着少量电石渣，塑料片表面划痕较少，基本符合要求。而以土壤和砂石作为干洗介质的样品漂洗后表面划痕较多，土壤附着严重，不符合干洗要求。主要原因是木屑是较为软质的介质，不会对塑料片产生损伤，坚硬的河砂在装置与塑料片接触必然产生损伤，而电石渣较为密实包裹河砂缓冲了河砂与塑料片之间的作用力，对塑料废片起到保护作用，土壤则比较松散，在装置运行过程中对塑料片的保护能力较低，划痕较多，同时附着在划痕内的土壤颗粒很难漂洗，造成的漂洗后的塑料片外观不符合要求。

3 结论

本工作采用木屑、土壤与河砂混合物、电石渣与河砂混合物干洗油性污染硬质废旧塑料，并以这三种不同固体介质干洗样品的漂洗滤液COD、TOC、pH值及其相应的与空白样品的比值随干洗时间变化，以及表观洁净度，作为干洗效率指标，发现干洗16～20 min即可达到较好效果。在这三种固体介质中，木屑作为介质的干洗样品在漂洗之后最为洁净，且塑料表面没有划痕，在外观上最符合要求。以电石渣和河砂作为干洗介质的样品漂洗之后附着少量电石渣，塑料片表面划痕较少，基本符合要求。