复合包装废弃物综合利用生产废水资源化利用研究

(漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建漳州363000 农产品深加工及安全福建省高校应用技术工程中心，福建漳州363000 福建省精细化工应用技术协同创新中心，福建漳州363000)

软饮料包装即在市场上常见的无需冷藏的饮料包装。每个利乐包的无菌纸包装重量约为10g，其中纸、铝箔和塑料的含量分别为7.5、0.5、2g。目前，利乐包的回收再利用主流技术是复合材料分离综合利用技术，最终加工成再生纸浆、塑料等工业原料。复合包装废弃物综合利用生产过程中因用强碱溶解铝箔会产生大量铝塑分离废水，内含有高浓度的铝(约9.863g/L)，且碱性极强(pH=14)，处理不当或事故排放会造成水体的严重污染，严重破坏生态环境。目前，对复合包装废弃物综合利用生产过程中产生的高铝强碱性废水(High aluminum strong alkaline wastewater，HASAW)的治理多采用中和、沉淀等技术，主流处理工艺为：初次沉淀去除悬浮物，此时pH高达14，加酸调节pH至中性，产生沉淀，其清液再加碱调节pH至13～14再回用于生产，其缺点就是2次大量的酸、碱调节造成水处理成本偏高，企业生产成本加重。

物理法如砂滤器主要是对泥沙、胶体、悬浮物等进行物理截留。因为其无污染、价格低廉、运行成本低，但实践证明对铝的去除效果很差。生物法对铝的去除没有效果。化学法如吸附法、离子交换法对铝的去除效果较好，膜处理效果也很好，但成本都很高。复合包装废弃物综合利用生产过程中产生的HASAW的资源化未见报导。如何充分利用这些高浓度铝，既可以减小其所含难降解污染物对环境的不利影响，又可以减少处理成本，甚至变废为宝、资源化，是环境工作者与企业非常关注的课题[1～5]。

污水处理厂化学处理需要大量的絮凝剂如聚铁或者聚铝等来预处理、降低CODCr及进一步化学除磷等，如果能将HASAW中的高浓度铝无害化、资源化，以废治废，能极大促进我国复合包装废弃物综合利用生产工业的良性发展，开辟复合包装废弃物综合利用生产的HASAW治理全新途径，为其它复合包装废弃物综合利用生产企业的污水治理提供借鉴。该研究在国内外研究的基础上，树立以废治废理念，以实际工业废水为试验水质，考察了复合包装废弃物综合利用生产的HASAW作为污水处理厂的絮凝剂对抗生素工业废水的处理效果。

1 材料与方法

1.1 材料

高铝强碱性废水来源于某复合包装废弃物综合利用企业造粒工段产生的HASAW。

试验所用废水水样取自某工业区集中区污水处理厂初沉池出水和MSBR池出水。该污水厂采用“初沉调节+厌氧水解+MSBR+臭氧氧化+絮凝沉淀+曝气生物滤池”复合工艺处理该园区内极难生物降解的抗生素废水，废水特点为成分复杂、色度高、含多种抑制物质、生物毒性大[6～11]。

水质分析仪器主要有BAS224S型万分之一分析电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司) 、KT370型可调速搅拌机(启东市汇龙混合设备有限公司) 、上海精宏DHG-9076A电热恒温鼓风干燥箱(上海右一仪器有限公司) 、pH计(上海精密科学仪器有限公司) 、Uvmini1240紫外分光光度计(岛津企业管理(中国)有限公司)、科迪博9012型COD恒温加热器(青岛科迪博电子科技有限公司)。

1.2 试验方法

将HASAW作为絮凝剂添加到不同的废水水样里，考察不同的絮凝剂添加量、不同初始浓度和不同初始pH对处理效果的影响，测定前后废水水样的CODCr和总磷含量(TP)变化，对比聚铝(Poly Aluminium Chloride，PAC)絮凝试验，分析HASAW的絮凝沉淀效果。每个试验重复3次，取其平均值。

1.3 检测项目及分析方法

水质指标分析项目及检测方法如表1所示。

表1 水质指标分析项目及方法

2 结果与分析

2.1 不同絮凝剂对MSBR池出水的处理效果

2.1.1 HASAW作絮凝剂

取MSBR池出水500mL作为水样，以不同添加量的HASAW作为絮凝剂进行处理，结果如图1所示。

从图1来看，随着HASAW絮凝剂用量的增加，CODCr、TP也随着下降，CODCr和TP去除效果非常明显，当絮凝剂的用量达到0.8mL时，CODCr去除效果最佳，当絮凝剂用量达到1.6mL时，TP去除效果最佳。但是，随着絮凝剂用量的继续增加，CODCr、TP处理效率也随着下降。综合考虑，每500mL MSBR池出水添加絮凝剂用量0.8mL能获得最佳絮凝效果，此时，CODCr去除率为23.3%，TP去除率为74.5%，pH为8.3，且去除效果表现为TP>CODCr。

最佳条件下用HASAW作絮凝剂处理后的水样，CODCr、TP均能符合《污水综合排放标准》(GB8978—1996)一级排放标准(CODCr≤100mg/L、TP≤0.5mg/L)。

2.1.2 PAC作絮凝剂

取同样的MSBR池出水500mL作为水样，以不同添加量的PAC作为絮凝剂进行处理，结果如图2所示。

从图2可以看出，随着PAC用量的增加，CODCr、TP也随着下降，当PAC的用量为0.4mL，CODCr去除效果最佳，之后CODCr去除效果下降，可见每500mL MSBR池出水添加PAC 0.4mL能获得最佳絮凝效果，此时CODCr去除率为25.0%。TP的去除呈现与CODCr相似的趋势，当PAC的用量为0.3mL，能获得最佳除磷效果，此时TP去除率为75.8%。去除效果表现为TP>CODCr。综合考虑，每500mL MSBR池出水添加絮凝剂用量0.4mL能获得最佳絮凝效果，此时CODCr去除率为25.0%，TP去除率为75.8%。

图1 不同HASAW添加量下的MSBR池出水处理效果 图2 不同PAC用量下MSBR池出水的处理效果

2.1.3 HASAW与PAC絮凝效果对比

表2 不同絮凝剂处理效率对比

对比2种絮凝剂絮凝效果，以分别在500mL MSBR池出水水样中添加0.4mL的PAC和0.8mL的HASAW作为絮凝剂进行处理效果最佳，结果详见表2。

由表2可知，对比CODCr和TP的絮凝处理效果，可见HASAW和PAC一样有着很好的絮凝作用，PAC略优于HASAW。

图3 不同HASAW添加量下的初沉池出水处理效果

图4 不同pH下HASAW的絮凝效果

2.2 HASAW作絮凝剂对初沉池出水的处理效果

取初沉池出水500mL作为水样，以HASAW作为絮凝剂进行处理，结果如图3所示。

从图3可知，随着HASAW添加量的增加，CODCr、TP呈现先降后升的趋势。当HASAW添加量达到12.0mL，CODCr去除效果最佳，之后随着HASAW添加量的增加，CODCr去除效率也随着下降；当HASAW添加量达到8.0mL，TP去除效果最佳，之后去除效果也变差。综合考虑，每500mL初沉池出水添加HASAW 12.0mL能获得最佳絮凝效果，此时CODCr去除率为45.5%，TP去除率为77.8%，pH为8.6，且两者去除率均高于MSBR池出水。

2.3 不同pH对HASAW絮凝效果的影响

从上述试验可知，HASAW可以作为污水处理的絮凝剂，且能取得很好的处理效果，但也发现处理后水样的pH虽呈中性，pH为8.3～8.7，能达标排放但偏高。因此，取MSBR池出水500mL试验后再加酸调节pH至6、6.5、7、7.5、8、8.5、9，进一步考察不同pH对HASAW絮凝效果的影响，结果如图4所示。

从图4可知，溶液pH对絮凝效果的影响较大，随着pH的升高，CODCr、TP呈现先降后升的趋势。最佳pH为8, 此时CODCr去除率为29.3%，TP去除率为75.8%。

3 结论与讨论

1)HASAW可以作为污水处理的絮凝剂，可以代替PAC。每500mL MSBR池出水添加HASAW 0.8mL能获得最佳絮凝效果；每500mL初沉池出水添加HASAW 12.0mL能获得最佳絮凝效果，且去除效果均表现为TP>CODCr。这是因为少量的HASAW和污水处理厂MSBR池出水的水样混合后碱性大大减弱，成为弱碱性甚至中性，在搅拌作用下，形成Al(OH)3胶体等，因吸附架桥作用和重力沉降作用，有效去除CODCr和TP。加入量较少时，不能很好地使胶体脱稳，不足以将胶粒架桥联接起来，导致形成的絮体不够多、不够大，不能起到良好的吸附和卷扫作用，絮凝效果不够理想。加入量偏多，则会使胶粒的吸附面均被无机PAC高分子覆盖，两胶粒靠近时，就会受到高分子之间的相互排斥而不能聚集，产生“胶体保护”作用，使絮凝效果变差，甚至重新稳定，即“再稳”[12，13]。

3)HASAW作为水处理的絮凝剂不仅可以在污水处理的前端使用，也可以在污水处理的末端使用,完全可以变废为宝、实现资源化利用，在水处理领域中将具有极其广阔的应用前景。