再生塑料行业废水处理现状综述

吴泽兵 熊维 朱宽

摘 要：本文通过对再生塑料行业废水处理技术的总结，综述了再生塑料行业中废水的处理现状，发现其存在的问题，并提出一种合理的处理方案和建议。对规范再生塑料行业具有指导意义。

关键词：再生塑料，废水，污染控制

塑料工业在当今世界发展迅速，塑料的应用范围也非常广泛，在建筑，电子，汽车，日化，日用，服饰，包装等领域都被广泛应用。据欧洲最大的塑料工业咨询公司 AMI 的行业报告数据统计[1]，2019年全球塑料的使用量是2.75亿吨，预计在2030年将达到3.86亿吨，其中中国将占到33%。同时在该报告中显示，中国的塑料回收率为18.1%，是全球最高的。而中国每年需要进行塑料回收再生的塑料约为6000万吨。按照回收清洗一吨废塑料需要用水10吨来计算，将产生6亿吨废水，如此巨大的废水量如果不进行合理的处置和处理，将造成严重的环境污染[2]。在水处理行业中，水处理技术可算是非常成熟了，但再生塑料行业的清洗废水，一直因为生产的简陋和传统，废水治理都存在问题或不做处理。因此，再生塑料行业中的废水处理技术一直没有很大的提升。随着环保力度的不断加强，再生塑料生产过程逐渐趋于正规化，其废水处理的需求也在不断加强。因此，寻找合适的废水处理工艺成为再生塑料行业亟待解决的问题。

1.  再生塑料行业废水的来源

塑料再生过程中，由于其使用场景的不同，其废弃后，都需要经过破碎，清洗，分选，造粒的过程来实现其再生利用的目的。废塑料回收产生的废水的主要来源是废塑料清洗、分离和湿法破碎工序。废水中污染物浓度与其生产所采用的废塑料性质有密切关系。如果是含有很多杂物的粗料，里面含有许多纸张、土粒等杂物，且为多种类型塑料，其废水产生量也比较大，可达到10t/t 废塑料，其清洗和破碎工序产生的废水，有机物、悬浮物含量高，其中 COD 可达2000mg/L，而 SS 可达500mg/L。通过废水的生化实验发现，使用不同原料产生的废水，其生化差异较大，但其可生化性一般不是很好。若不经过处理直接排放将会给周围环境造成一定程度的影响。塑料在清洗过程中主要的清洗介质为水，同时也会根据需要采用一些特殊的洗涤剂。常用的洗涤剂主要包括1）溶剂类，以如汽油、柴油、煤油等来去除塑料中的油污，油脂等;2）水基类表面活性剂，乳化剂和渗透剂等;3）酸、碱、盐类无机溶剂等[3];4）以及各种混合溶剂等。但有时塑料本身比较干净，可不进行清洗，或简单清洗，用水量也较小，一般为1.5-3t/t 废塑料， 其有机物，悬浮物含量较低。

因此，再生塑料的清洗废水有一下几个特征[4]：

1）    废水中的有机氨、CODcr、BOD5等有机污染物含量高，是废旧塑料表面残留的一些物质，污水中污染物成分比较复杂，处理难度较大;

2）    可生化性较好：废水中的污染物的 B：C 比值为0.30，废水的 B：C 比值基本符合生物降解处理条件，废水经调节 PH 值水温、水质、水量后才能进行生物氧化处理;

3）    废水中含有大量固体杂质和悬浮物，须对其进行预处理;

4）    废水中含有多种化合物，废水的毒性系数对微生物生长有抑制;

5）    废水的水质、水量时有变化：要求废水处理系统具有较高的调节适应水量、水质符合变化的能力。

2.  再生塑料行业废水的处理技术

2.1     物理处理工艺

物理法污水处理就是利用物理作用，分离污水中主要呈悬浮状态的污染物，在处理过程中不改变水的化学性质。

2.1.1  沉淀（重力分离）

主要进行泥沙以及固体颗粒物与水的分离。常用沉砂池和沉淀池。沉砂池主要去除污水中密度较大的固体颗粒物，沉淀池则主要用于去除污水中大量的呈颗粒状的悬浮固体。

2.1.2  筛选（截流）

利用筛滤介质截流污水中的悬浮物。属于砂滤处理的设备有格栅、微滤机、砂滤池、振動筛、真空滤机、压滤机（后两种主要用于污泥脱水）等。

2.1.3  气浮（上浮）

对一些相对密度接近于水的细微颗粒，因其自重难于在水中下沉或上浮，可采用气浮装置。此法将空气打入污水中，并使其以微小气泡的形势由水中析出，污水中密度近于水的微小颗粒状污染杂质（如乳化油）黏附到气泡上，并随气泡升至水面，形成泡沫浮渣而去除。根据空气打入方式的不同，气浮设备有加压溶汽气浮法、叶轮气浮法和射流气浮法等。为提高气浮效果，有时需要向污水中投加混凝剂。

2.2     化学处理工艺[5]

利用化学反应来分离回收污水中的污染物，或是其转化为无害物质。属于化学处理法的有以下几种。

2.2.1  混凝法

混凝法是向污水中投加一定量的药剂，经过脱稳、架桥等反应过程，使污水中的污染物凝聚并沉降。水中呈胶体状态的污染物质通常带有负电荷，胶体颗粒之间互相排斥形成稳定的混合液，若水中带有相反电荷的电解质（混凝剂）可使污水中的胶体颗粒改变为呈电中性，并在分子引力作用下，凝聚成大颗粒下沉。

2.2.2  中和法

用化学方法消除污水中过量的酸和碱，使其 pH 值达到中性左右的过程称为中和法。处理含酸污水以碱作为中和剂，处理含碱污水以酸作为中和剂，也可以吹入含 CO2的烟道气进行中和。酸和碱均指无机酸和无机碱，一般依照“以废制废”的原则，亦可采用药剂中和处理，可以连续进行， 也可间歇进行。

2.2.3  氧化还原法

污水中呈溶解状态的有机物和无机物，在投加氧化剂和还原剂后，由于电子的迁移而发生氧化和还原作用形成无害的物质。常用的氧化剂有空气中的氧、纯氧、漂白粉、臭氧、氯气等，氧化法多用于处理含氰含酚废水。常用的还原剂则有铁屑、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠等，还原法多用于处理含铬、含汞废水。

2.2.4  吸附法

污水吸附处理主要是利用固体物质表面对污水中污染物质的吸附，吸附可分为物理吸附和生物吸附等。 物理吸附是吸附剂和吸附质之间在分子力作用下产生的，不产生 化学变化，而化学吸附法则使吸附剂和吸附质在化学键力作用下起吸附作用的，因此化学吸附选择性较强。此外，在生物作用下也可产生生物吸附。在污水处理中常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、硅藻土、焦炭等。

2.2.5  化学沉淀法

向污水中投加某种化学药剂，使它和某些溶解物质产生反应，生成难溶盐沉淀下来。多用于处理含重金属离子的工业废水。

2.2.6  离子交换法

离子交换法在污水处理中应用较广。使用的离子交换剂分为无机离子交换法（天然沸石和合成沸石）、有机离子交换树脂（强酸性阳离子树脂、弱酸性阳离子树脂、强碱性阴离子树脂、弱碱性阴离子树脂、鳌和树脂等）。采用离子交换法处理污水时，必须考虑树脂的选择性。树脂对各种离子的交换能力是不同的，这主要取决于各种离子对该种树脂亲和力的大小，又称选择性的大小，另外还要考虑到树脂的再生方法等。

2.2.7  膜分离法

渗析、电渗析、超滤、微滤、反渗透等通过一种特殊的半渗透膜分离水中的离子和分子的技术，统称为膜分离法。电渗析法主要用于水的脱盐， 回收某些金属离子等。反渗透作用主要是膜表面化学本性所起的作用，他分离的溶质粒径小，除盐率高，所需的工作压力大;超滤所用的材质和反渗透相同，但超滤是筛滤作用，分离溶质 粒径大，透水率高，除盐率低，工作压力小。

2.3     生物处理工艺

污水的生物法处理工艺就是采取一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高微生物氧化、分解有机污染物被降解并转化为无害物质，使污水得以净化。生物处理法可分为好氧处理法和厌氧处理法两类。前者处理效率高，效果好，使用广泛，是生物处理的主要方法。属于生物处理法的工艺有以下几种。

2.3.1  活性污泥法

是当前应用最广泛的一种生物处理技术。将空气连续鼓入含有大量溶解有机污染物的污水中，经过一段时间，水中既形成繁殖有大量好氧型微生物的絮凝体—活性污泥，活性污泥能够吸附水中的有机物，生活污水在活性污泥上的微生物以有机物为食料，获得能量，并不断省长增殖，有机物被分解、去除，使污水得以净化。 一般经曝气池处理的出水是含有大量活性污泥的污水混合液，经沉淀分离，水被净化排放，沉淀分离后的污泥作为种泥，部分回流到曝气池。活性污泥法自出现以来，经过80多年的演变，出现了各种活性污泥法的变法，但其原理和工艺过程没有根本性的改变。

2.3.2  普通活性污泥法

这种方法已被广泛使用，是许多污水处理厂的常用工艺。传统活性污泥法是将污水和回流污泥从曝气池首段引入，呈推流式至曝气池末端流出，此法适用于处理要求高、水质较稳定的污水，但对负荷的变动适应性较弱，后来在此基础上产生了一些改良形式。

2.3.3  厌氧- 缺氧

- 好氧活性污泥法 在常规活性污泥法去除有机污染物的同时，为了能有效的去除氮磷等营养物质，人们把厌氧、缺氧、好氧状况组合到活性污泥法中，使厌氧 - 缺氧 - 好氧状况在反应曝气池内同时存在或反复周期实现，形成了厌氧 - 缺氧 - 好氧活性污泥法。也有的工艺流程采用厌氧- 好氧活性污泥法。

2.4     生物膜法

使污水连续流经固体填料，在填料上就能够形成污泥垢状的生物膜， 生物膜上繁殖大量的微生物，吸附和降解水中的有机污染物，能起到与活性污泥同样的净化污水作用。从填料上脱落下来死亡的生物膜随污水流入沉淀池，经沉淀池澄清净化。生物膜有多种处理构筑物，如生物滤料、生物转盘、生物接触氧化和生物流化床等。

2.4.1  生物滤池

生物滤池是以土壤自净原理为依据发展起来的，滤池内有固定填料， 污水流过时与滤料相接触，微生物在滤料表面形成生物膜。

净化污水装置由提供微生物生长息栖的 滤床、布水系统以及排水系统组成。生物滤池操作简单，费用低，适用于中小城镇和边远地区。生物滤池分为普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池以及曝 气生物滤池等。

2.4.2  生物转盘

通过传动装置驱动生物转盘以一定的速度在接触反应池内转动，交替的与空气和污水接触，每一周期完成吸附 - 吸氧 - 氧化分解的過程，通过不断转动，使污水中的污染物不断分解氧化。生物转盘流程中除了生物转盘外，还有初次 和二次沉淀池。生物转盘的适应范围广泛，对生活污水和各种工业废水都能适用，同时生物转盘的动力消耗低，抗冲击负荷能力强，管理维护简便。

2.4.3  生物接触氧化

在池内设填料，使已经充氧的污水浸没全部填料，填料上长满生物膜，污水与生物膜接触，水中的有机物被微生物吸附，氧化分解和转化成新的生物膜。从填料上脱落的生物膜随水流到二沉池后被去除，污水得到净化。生物接触氧化法对冲击负荷有较强的适应能力，污泥产量少，可保证出水水质。

2.4.4  生物流化床

采用相对密度大于1的细小惰性颗粒，如砂、焦炭、活性炭、陶粒等作为载体，微生物在载体表面附着生长，形成生物膜，充氧污水自上而下流动使载体处于流化状体，生物膜与污水充分接触。生物流化床处理效率高，能适应较大冲击负荷，占地小。

3.  实际应用案例

废水处理技术已经较为完善和成熟，更多是的多种废水处理技术的组合应用在再生塑料行业中。如广东某废旧塑料综合利用基地[5]，主要进行废旧塑料的加工贸易和清洗生产，原水水质有机物浓度高，SS 含量高，石油含量大，水质变化大。采用处理工艺：隔渣 + 混凝沉淀 + 水解酸化 + 接触氧化+ 生化处理 ，具体如图1所示。

其出水水质可达《综合污水排放标准》[6]。

4.  结论与建议

再生塑料行业作为一个既是传统又是新新的行业，其本质的资源化属性对环境和社会是有利的。如何从传统的生产模式走向新新的生产处理模式成为再生塑料生产的关键。现在成功应用在塑料再生过程中的废水处理技术主要为单纯物理法或物理加微生物法的集成工艺为主。同时更多高效和工艺也不断增多，塑料再生的环境属性必然会不断提升，真正可实现从生产型行业转向环保型行业。针对再生塑料废水处理，提出以下建议：

（1） 塑料再生企业能够从多品类共线生产转向单品类单线生产，降低废水的复杂程度;

（2） 废水处理工艺整合过程中，需要切实针对再生塑料生产过程的特点，并非简单地废水处理工艺的组合;

（3） 不断优化再生塑料清洗工艺，提高清洗用水效率，减少废水的产生。

参考文献：

[1] AMI Consulting.The global mechanic recycling industry2020[R]. ExxonMobil Chemical，2020.

[2] 许建林， 龚益飞， 周友泉. 入境废塑料加工处理对水环境的影响研究[J]. 浙江萬里学院学报，2008（02）：100-103.

[3] 王永华. 塑料回收清洗线废水的处理回用 [J]. 净水技术，2018，037（01）：124-126.

[4] 左文武. 废旧塑料综合利用废水处理工程实践 [J]. 广东化工，2011，038（009）：127-128.

[5] 中国化工防治污染技术协会组织编写. 化工废水处理技术[M]. 化学工业出版社，2000.

[6] GB8978-1996，污水综合排放标准[S].