环氧树脂生产废水处理过程中絮凝剂的复配及应用

高阳顺，曾 科

郑州大学生态与环境学院，河南 郑州 450001

环氧树脂（Epoxy Resins）是热固树脂的主要品种之一，通常是指大分子主链上含有醚键和仲醇基，同时两端含有环氧基团的一类聚合物的总称，其具有良好的力学性能、黏结性能和电性能，被广泛应用于涂料、机械、电子、建筑、航空航天等领域[1-3]。2016年，全球环氧树脂产能约462万t，中国产能约占44%[4]。据统计中国2019年环氧树脂产量达到212.43万t，占全球产量约45%[5]。根据生产工艺不同，环氧废水的产生量及其中各污染物的浓度也有差异，如基础型环氧树脂液态环氧树脂生产废水量约为3.65～4.15m3/t；溶剂萃取法固态环氧树脂生产废水量约为10m3/t；水洗法固态环氧树脂生产废水量约为20～22m3/t。根据水洗水套用遍数的不同，液态环氧树脂生产废水COD一般为2000～3500mg/L，固态环氧树脂生产废水COD一般为8000～10000mg/L；环氧树脂生产废水Cl-的浓度一般在5000mg/L以上，pH值大于9[6]。

环氧树脂废水具有盐分高、有机污染物浓度高、可生化性差、碱性强、温度高等特点[7]，其处理难度较大，处理成本较高，环氧废水处理技术现状已经制约着我国环氧树脂行业的健康发展。对此，文章以基础型环氧树脂液态环氧树脂生产废水为例，通过试验比对，筛选出较优条件参数，并应用于环氧树脂园区污水处理厂，获得了较好的运行效果。

1 试验部分

1.1 废水来源

废水来源于某环氧树脂生产企业车间废水，主要特征如表1所示。

表1 废水水质特征

1.2 试验试剂与分析方法

NaOH、H2SO4均为分析纯，硫酸亚铁为《水处理剂 硫酸亚铁》（GB/T 10531—2016）中的Ⅱ类标准，聚合氯化铝符合《生活饮用水用聚氯化铝》（GB 15892—2020）中的固体一等品标准，聚丙烯酰胺满足《水处理剂阴离子和非离子型聚丙烯酰胺》（GB/T 17514—2017）中的Ⅱ类标准。

COD采用以《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》（HJ 828—2017）为标准的重铬酸钾法，BOD5采用以《水质五日生化需氧量（BOD5）的测定稀释与接种法》（HJ 505—2009）为标准的稀释法，SS采用以《水质悬浮物的测定重量法》（GB 11901—1989）为标准的重量法，无机盐采用以《水质全盐量的测定重量法》（HJ/T 51—1999）为标准的重量法，氨氮采用纳什试剂比色法。

1.3 试验方法及流程

通过改变pH值、混凝剂、助凝剂及复配等药剂投加量，测定各药剂投加量对应的污染物去除率。各批次试验取生产废水200mL，静置30min置于250mL烧杯中，设定搅拌转速，投加药剂，反应完毕，静置30min，取上部液体50mL，测定COD。试验简图如图1所示。

图1 试验简图

2 试验结果与讨论

2.1 基本试验参数

影响混凝反应的参数主要包括搅拌速度、温度、絮凝剂种类、复配比。根据类似废水运行经验和相关文献[7-8]，结合相关规范、标准确定基本试验参数，其中温度为35～40℃，pH值为9。基本参数确定之后，絮凝处理环氧树脂生产废水根据确定的试验参数后续开展试验。

2.2 絮凝方案选择

该试验分为四组，根据相关文献确定初始pH值为9，反应时间为20min，按试验步骤进行试验。四种絮凝方案分别为PAC、FeSO4、PAC+PAM、PAC+PAM，其中PAC和FeSO4投加量为20mg/L，PAM投加量为2mg/L，不同絮凝方案对COD去除效率的影响如图2所示。

图2 不同絮凝方案对COD去除效率的影响

由图2可知，不同絮凝方案对环氧树脂生产废水中的COD有一定的去除效果。当PAC与PAM联合使用时，絮凝处理效果优于单一PAC絮凝效果。在PAC投加量为20mg/L、PAM投加量为2mg/L的情况下，COD去除率达到35.8%，比单独使用PAC对COD的去除率高5.5%。当选择FeSO4和FeSO4+PAM作为絮凝方案时，对COD的去除率分别达到28.5%和18.1%，去除效果远不如PAC和PAC+PAM方案。当FeSO4投加量较大时，容易导致出水，酸性强，有铁锈味，还会使出水的色度增高[9]，故FeSO4不是优选方案。综上所述，絮凝处理选择PAC与PAM复配方案。

2.3 PAC与PAM复配

废水pH值调至9，固定PAM投加量为2mg/L，试验在相同条件下进行，PAC投加浓度分别为20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L和70mg/L进行絮凝试验，分析不同复配比对COD的去除率的影响，试验结果如图3所示。

图3 PAC与PAM复配絮凝效果图

PAC作用机理主要是诱导生成带正电荷的聚合离子与废水中负电荷的胶粒反应，中和胶粒形成的稳定体系[10]。PAM作为其助凝剂时，会加速絮凝体沉淀，絮凝颗粒变大下沉，且有机高分子的存在会引入链状或环状多种结构，提高净化效果。当PAC投加量为20mg/L时，COD去除效率达到最高，为35.8%。随着反应体系中PAC投加量的继续增加，复配效果却逐渐变差，当PAC投加量为70mg/L时，COD去除率仅为17.2%，可能原因是PAC投加量大于20mg/L时，离子表面的吸附活点会被包围起来，使得PAC架桥作用受到影响。因此，最佳复配效果组合：PAM投加量为2mg/L，PAC投加量为20mg/L。

2.4 试验参数优化建议

絮凝预处理方案选用PAC+PAM，其最佳絮凝参数：pH值为9，PAC和PAM投加量分别为20mg/L和2mg/L。优化后的工艺参数应用到环氧树脂生产废水处理中，可为环氧树脂生产废水工程运行提供理论依据。

3 工程应用

3.1 工程概况

某园区企业主要生产环氧树脂活性稀释剂和固化剂，其排放的废水分为生产废水和生活废水两个部分，其中生产废水包括产品冲洗工艺废水、真空泵排污水、净化系统排污水、地面及设备冲洗废水和脱盐蒸馏水等，废水污染物以SS、COD、BOD、NH3-N为主。废水设计处理规模为12000m3/d，分为物化处理和生化处理，排水达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）三级标准后接入污水处理厂进行后续处理。

3.2 应用效果分析

（1）检测结果。检测数据为污水处理厂稳定运行7d的数据，检测数据均值统计表如表2所示。

表2 检测数据均值统计表

（2）效果分析。主要运行效果指标的分析如下。①COD：某园区污水处理厂絮凝处理阶段对COD的去除率仅为4.0%，远低于试验阶段PAC与PAM复配对COD的去除率35.8%。②可能原因：试验阶段废水只是某一家具有代表性的企业排出的，各家企业产生的废水混合后水质情况有所差别；试验阶段絮凝各参数容易控制，而工程中药剂投加量和水力条件较难达到试验调控水准；试验时pH值可调至某一数值，但工程运行过程中无pH值调节池，废水直接进入絮凝池，造成COD去除率下降；药剂投加方式也会对COD的去除造成一定的影响。

3.3 改进措施

（1）药剂投加方式。购买液体药剂，运用计量泵精准定量投加，减少工程操作的随意性，提高去除率。

（2）降温措施。环氧树脂生产废水排出的温度比较高，约为60～70℃，应具备降温措施。水温太高会造成絮凝体水解强烈，导致沉淀效果差，同时降温措施实施为后续生化工程创造良好的微生物生长环境条件。

（3）pH值调节方式。一次絮凝池之前应设置pH值调节池，进行前置调节，并且pH值调节池要能够自动反馈调节数值。

（4）精准投加。絮凝池中产生的絮凝废渣应从系统中排出，絮凝废渣属于危废范畴，需减少废渣的产生量，降低处理危废的费用，精准投加药剂，减少消耗量。

（5）水力条件。控制搅拌强度和水力停留时间在合理范围内，加强絮凝效果。

4 结束语

各种絮凝方案处理环氧树脂生产废水都可以有效去除环氧树脂生产废水中的部分COD和SS，提高废水的生化性，降低后续处理工艺的负荷。当絮凝方案选择PAC+PAM复配方式时，在pH值为9，PAC、PAM投加量分别在20mg/L、2mg/L的条件下，COD去除率可达35.8%。