可发性聚苯乙烯(EPS)废水回用中试研究.pdf

可发性聚苯乙烯 EPS 废水回用中试研究 庞睿智李健生孙秀云韩卫清沈锦优王连军 南京理工大学环境科学与工程系， 南京210094 摘要 以可发性聚苯乙烯 EPS 达标尾水为处理对象， 开展了 EPS 废水作为工艺水回用技术研究， 半年来的深度处理 中试试验表明 采用砂滤 － 超滤 － 一级反渗透 － 离子交换 /二级反渗透深度处理工艺的出水能稳定达到该厂工艺水要 求， 即 ρ CODMn ≤5 mg/L， 电导率≤10 μS/cm。产品合成中试试验表明 采用经深度处理后得到的工艺水合成的产 品符合国家和企业相关的质量标准， 粒度稳定、 分布较为集中。 关键词 可发性聚苯乙烯; 废水回用; 膜集成技术 PILOT- SCALE STUDY ON EXPANDABLE POLYSTYRENE WASTEWATER REUSE Pang RuizhiLi JianshengSun XiuyunHan WeiqingShen JinyouWang Lianjun Department of Environmental Science and Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094， China AbstractExpandable polystyrene EPSwastewater taken over by local municipal wastewater treatment plant was selected as processing object and the way to reuse wastewater as process water was sought． Pilot-scale study on advanced treatment in the past half year showed that the effluent could stably meet the requirements of process water by sand filtration-ultrafiltration-reverse osmosis-iron exchange/reverse osmosis ． CODMnand conductivity were lower than 5 mg/L and 10 μS/cm respectively． Pilot- scale study on synthesizing product showed that the product using process water obtained by wastewater advanced treatment could meet quality standards related to government and enterprise． Particle size was stable and its distribution was concentrated． Keywordsexpandable polystyrene;wastewater reuse;membrane integration technology 0引言 可发性聚苯乙烯 EPS 具有质轻、 价廉、 导热率 低、 吸水性小、 电绝缘性能好、 隔音、 防震、 防潮、 成型 工艺简单等优点， 应用范围广， 使用量大 ［1- 3］。但生产 1 t 产品需排放废水 1. 2 t 左右， 用水量大， 每天需要 补充大量的新鲜水作为生产工艺用水。如能实现 EPS 废水作为生产工艺水回用， 必将成为企业降低产 品造价、 节省成本的一条可行途径 ［4- 5］。同时， 又可以 减少污水向自然环境的排放量， 符合当前大力发展循 环经济， 建设节水型社会的要求。 本文针对 EPS 达标尾水中污染物的浓度整体不 高但具有高稳定性的特点， 探讨采用膜集成工艺实现 EPS 达标尾水作为工艺水回用的可行性 ［6- 7］， 重点研 究现有的废水达标处理系统和废水回用深度处理系 统的最优化衔接， 以及回用的可靠性问题。 1试验部分 1. 1现有的废水处理工艺 该 EPS 厂现有废水处理采用中和混凝 － 生物接 触氧化 － 化学除磷组合工艺， 工艺流程见图 1。 图 1现有的废水处理工艺流程 1. 2深度处理中试试验用水及工艺 中试试验所用污水为外排的斜管沉淀池出水， 原 废水、 外排废水以及工艺回用水水质见表 1。 表 1外排废水水质及回用水质要求 类别 ρ COD / mgL － 1 电导率 / μScm － 1 pH 原废水1600 ～ 1800400 ～ 20004 ～ 6 外排废水20 ～ 150600 ～ 24006 ～ 9 工艺回用水ρ CODMn ≤5≤106 ～ 8 根据外排废水的水质及工艺回用水水质要求， 中 93 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 试试验分别采用砂滤 － 超滤 － 一级反渗透 － 离子交 换工艺 /二级反渗透组合工艺深度处理外排的斜管沉 淀池出水， 具体工艺流程如图 2 所示。 图 2深度处理工艺流程 1. 3深度处理中试试验装置 中试规模为 24 m3/d， 包括 300 L 水箱 3 个， 砂滤 罐 300 mm 1 600 mm 1 个， 超滤采用中空纤维组 件， 聚丙烯材质， 截留分子量为 50 000 ～ 80 000 道尔 顿， 膜面积为 10 m2， 运行压力为 0. 1 ～0. 2 MPa， 一级和 二级反渗透膜组件采用海德能公司生产的反渗透组 件， 为聚酰胺材质卷式复合膜， 膜面积为 7. 9 m2， 离子 交换采用阳床 1 个 、 阴床 1 个 、 混床 1 个 串联工 艺， 6 m3高压反应釜产品合成中试装置 1 套。 1. 4分析方法 COD、 浊度和电导率等指标的检测均采用水和废 水监测分析方法 第四版 中规定的方法进行测试。 2结果与讨论 2. 1超滤膜通量的优化 图 3膜通量的优化试验 为显著反映膜通量随时间的变化规律， 通量优化 试验选择进水 ρ COD 为 130 ～ 150 mg/L， ρ SS 为 73 ～ 82 mg/L。在超滤膜回用率为 84 的情况下， 调 整流量， 膜通量随时间的变化如图 3 所示。由图 3 可 以看出， 当进水流量分别为 300， 500， 700 L/h 时， 运 行 24 h 后 膜 通 量 分 别 下 降 了 18. 4 、 14. 3 和 28. 6 。这是由于当进水流量 300 L/h 较低时， 对 附着在超滤膜上的污染物剪切力较小， 导致膜污染速 度增大; 而当进水流量 700 L/h 过大时， 附着在超滤 膜上的污染物增长速度过快， 同样导致膜污染速度增 大; 当进水流量为 500 L/h 时， 附着在超滤膜上的污 染物 很 快 被 冲 刷， 同 样 条 件 下， 膜 通 量 只 下 降 了 14. 3 。因此， 最佳膜通量为进水流量为 500 L/h 时 对应的 0. 7 L/ m2min 。 2. 2现有处理系统与深度处理系统最优化衔接 当深度处理系统进水 ρ COD 分别为 130 ～ 150， 50 ～ 70， 20 ～ 30 mg/L， 对应的 ρ SS 分别为 73 ～ 82， 15 ～ 26， 0 ～ 5 mg/L 时， 在进水流量为 500 L/h 情况 下， 超滤膜通量随时间的变化如图 4 所示。由图 4 可 知 当进水 ρ COD 为 20 ～ 30 mg/L， ρ SS 为 0 ～ 5 mg/L 时， 超滤膜运行了 14 d 时， 膜通量只下降了 14. 3 ; 而当进水 ρ COD 为 120 ～ 150 mg/L， ρ SS 为 73 ～ 82 mg/L 时， 超滤膜运行了 1 d 后， 膜通量就 下 降 了 14. 3 。 因 此，建 议 深 度 处 理 系 统 进 水 ρ COD ≤30 mg/L， 最大进水ρ COD ≤50 mg/L， 进 水 ρ SS ≤5 mg/L， 最大进水 ρ SS ≤15 mg/L。 图 4现有处理系统与深度处理系统最优化衔接试验 2. 3一级反渗透运行情况 由于超滤进一步截留了废水中的浊度、 腐植酸、 蛋白质大分子有机物以及细菌等， 一级反渗透进水 SDI≤3， 浊度≤0. 2。一级反渗透对废水污染物的去 除情况如表 2 所示。 由表 2 可以看出 经一级反渗透处理后， 出水有 机物已稳定达到工艺回用水水质要求， ρ CODMn ≤ 2. 5 mg/L。而出水电导率为 5 ～ 40 μS/cm， 未能稳定 达到工艺回用水水质要求， 需进一步处理。 2. 4二级反渗透与离子交换工艺比较 二级反渗透和离子交换对有机物、 电导率的去除 情况分别见表 3。由表 3 可知， 二级反渗透和离子交 换出水都能稳定达到该厂工艺水要求。二级反渗透 04 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 表 2一级反渗透产水水质 运行天数 /dρ CODMn / mg L － 1 电导率 / μS cm － 1 51. 615. 0 101. 611. 0 151. 613. 0 201. 69. 6 251. 611. 0 301. 927. 0 351. 612. 0 401. 34. 8 451. 311. 0 501. 35. 6 551. 38. 2 601. 35. 0 651. 66. 0 702. 540. 0 751. 36. 0 801. 610. 0 出水有机物可进一步降低， 但出水电导率波动较大， 为 1. 7 ～ 9. 8 μS/cm; 离子交换出水电导率为 1. 2 ～ 3. 8 μS/cm， 但出水有机物未能进一步降低。此外， 从经济角度看， 二级反渗透技术消耗低， 离子交换法 酸碱消耗量较高; 从运行管理角度看， 二级反渗透技 术简单， 离子交换工艺比二级反渗透技术操作复杂、 程序繁多、 故障率高。但二级反渗透前期投资大， 用 户可根据自身情况选择。 表 3二级反渗透与离子交换产水水质 运行天 数 /d ρ CODMn / mg L － 1 电导率 / μS cm － 1 二级反渗透离子交换二级反渗透离子交换 51. 61. 69. 82. 3 101. 31. 63. 23. 8 151. 31. 62. 22. 8 201. 31. 31. 72. 2 250. 91. 36. 21. 7 300. 90. 92. 81. 2 351. 32. 54. 23. 8 400. 91. 62. 82. 2 2. 5产品合成中试试验 使用经废水深度处理得到的工艺水， 采用一步法 浸渍工艺进行产品合成中试试验， 合成的产品质量如 表 4 所示。从表 4 可以看出， 制备的 EPS 粒子粒度稳 定、 孔径分布较为集中。 表 4使用经废水深度处理得到的工艺水合成的产品质量参数 项目 孔径分布 /mm 2. 501. 601. 250. 900. 800. 630. 56 粉料 / 平均粒径 / mm 不良率 /残单 / 相对黏度 二级反渗透0. 11. 032. 848. 411. 84. 21. 50. 10. 9950. 20. 771. 78 离子交换0. 06. 658. 226. 55. 82. 20. 40. 21. 1350. 20. 721. 83 3结论 1 采用砂滤 － 超滤 － 一级反渗透 － 离子交换和 砂滤 － 超滤 － 一级反渗透 － 二级反渗透两条深度处 理工艺流程的产水都能稳定达到该厂工艺水要求， 即 ρ CODMn ≤5， 电导率≤10 μS/cm。二级反渗透 出水有机物较离子交换可进一步降低， 但出水电导率 波动较大， 为 1. 7 ～ 9. 8 μS/cm; 离子交换出水电导率 为 1. 2 ～ 3. 8 μS/cm， 但出水有机物未能进一步降低。 用户可根据自身经济情况和运行管理情况选择其一。 2 为延长超滤膜的清洗周期， 需严格控制二级 生化运行参数， 确保深度处理系统进水 ρ COD ≤30 mg/L， 最大进水 ρ COD ≤50 mg/L， 进水 ρ SS ≤5 mg/L， 最大进水 ρ SS ≤15 mg/L。 3 采用经废水深度处理后得到的工艺水合成的 产品符合国家和企业相关的质量标准， 粒度稳定、 分 布较为集中。 参考文献 ［ 1］胡焰宁． 预处理 － 脱磷 － 酸化水解 － 接触氧化工艺处理聚苯乙 烯生产废水［J］． 浙江化工， 2003， 34 11 17- 18． ［ 2］李健生， 王连军， 于文敦， 等． 可发性聚苯乙烯废水处理工程的 设计与运行［J］． 环境工程， 2003， 21 6 30- 32． ［ 3］王连军， 刘晓东， 于文敦， 等． 混凝沉淀 － 酸化水解 － 接触氧化工 艺处理聚苯乙烯生产废水［J］． 环境工程， 2000， 18 1 24- 26． ［ 4］刘晓东， 倪宁， 李健生， 等． 混凝沉淀 － 活性炭生物池工艺处理 聚苯乙烯废水［J］． 环境工程， 2006， 24 2 27- 29． ［ 5］吴任国， 王方， 张光辉， 等． MBR /RO 处理与回用聚苯乙烯生产 废水的中试研究［C］/ /天津市土木工程学会给水排水分科学会 第五届第二次年会论文集， 天津， 2008 361- 368． ［ 6］Mujeriego R，Asano T． The role of advanced treatment in wastewater reclamation and reuse［J］． Water Sci Technol， 1999， 40 4 /5 1- 9． ［ 7］Chu J Y，Chen J N，Wang C， et al．Wastewater reuse potential analysisimplications for China’ s water resources management［J］． Water Res，2004，38 11 ，2746- 2756． 作者通信处庞睿智210094南京市孝陵卫 200 号南京理工大学 环境与生物工程学院环化楼 321 室 E- mailprznjust gmail． com 2010 － 09 － 03 收稿 14 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期