含PVA废水行业和危害

 聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性高分子聚合物,具有良好的黏附性、机械性能和稳定性,广泛应用于纺织、食品和医药等行业。但PVA属于典型的难生物降解高分子物质,其废水COD高,可生化性差,直接排放会严重污染水体。简要介绍了PVA的生产分布和污染特征;统计分析了国内外关于含PVA废水处理的相关文献;综述了含PVA废水物化、生物及其组合工艺处理的研究现状;总结了含PVA废水处理的典型工程案例;揭示了当前工程应用中存在的若干问题以及行业发展方向。
聚乙烯醇(PVA)作为一种重要的工业原料,具有良好的物理和化学性能,被广泛用于涂料、黏合剂、纸品加工剂、乳化剂、分散剂和薄膜等产品的生产,应用范围遍及纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。

近年来,全球尤其是我国纺织行业、高档造纸业、石油开采业以及汽车工业和建筑业的蓬勃发展,推动了PVA产能的剧增。据统计,2005年世界PVA总产能为138.0万t,2013年增至213.3万t,其中中国约占26.82%。我国PVA行业经过40多年的发展,已成为世界上最大的PVA生产国,2016年我国PVA产能为124.6万t,约占世界总产能的一半以上。从PVA的行业需求来看,最大的是聚合助剂和织物浆料生产行业,分别占38%和20%。预计到2020年,我国对PVA的总需求量将高达约80.0万t,约占全球总需求量的48.48%。

PVA会对环境造成污染,不是因为它的毒性(其本身是无毒的),而是因为其难生物降解。其较大的表面活性会使被污染的水体表面泡沫增多,黏度加大,对水体的复氧行为极为不利,从而抑制水生生物的呼吸活动。另外,含PVA的废水排入水体还会促进河流、湖泊和海洋沉积物中重金属的释放和迁移,增强其活性,引起更严重的环境问题。

目前,常用的含PVA废水的处理方法主要包括物化法、生物法及其组合工艺。物化法最早用于含PVA废水的处理,如化学凝结法,迄今已有30余年;2000年以后,絮凝法和高级氧化技术相继一度成为研究热点;近年来,膜分离技术在处理含PVA废水方面开始崭露头角。随着人们对物化法的纵深研究,其所带来的高成本和二次污染等问题日益凸显。为此,许多研究人员开始聚焦于含PVA废水的生物法处理及组合工艺处理,尤其从2005年之后逐渐成为研究热点。笔者基于国内外文献统计,较为系统地综述了含PVA废水的处理现状;同时,结合现有工程案例运行情况,探讨了含PVA废水处理工艺可能存在的问题和未来发展趋势。

应用现状
现有工程应用中多采用物化法+生物法耦合工艺处理含PVA废水,其中物化法主要以气浮和混凝居多,常用于预处理或深度处理;生物法主要采用厌氧生物法或水解酸化法与好氧生物法的组合工艺。含PVA废水处理工程应用案例见表5。
含PVA废水处理工程应用案例
 

由表可知,有些处理规模高达24000m3/d。当进水COD为500~3500mg/L时,物化法处理单元的COD去除率为83.29%~84.68%,生物法处理单元的COD去除率为75.97%~90.00%,COD总去除率可达82.00%~96.30%。

对于含PVA废水的处理,物化法中絮凝法和化学凝结法建设投资及能耗费用相对较低,且操作简单,PVA浆料可回收利用,但需消耗大量化学试剂并产生大量污泥;膜分离技术操作简便,不需要投加化学试剂,但存在膜污染、投资和运行费用较高等问题;高级氧化法PVA去除率高且反应周期短,但运行费用较高,操作难度较大,致使相关工程案例并不多见。生物法中高效降解菌生物降解法高效且环保,但技术欠成熟;厌氧生物法、水解酸化法和好氧生物法对含PVA废水的处理具有一定的效果,是值得推广的绿色技术。
迄今已有不少采用物化+生物组合工艺处理含PVA废水的工程案例,但由于PVA可生化性极差,经现有物化+生物组合工艺处理后的出水COD仍难达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级排放标准要求,出水中PVA可能占比较大。因此,未来应着重分析出水COD中PVA的贡献率,并引入PVA降解菌,筛选高效PVA降解菌株,改造修饰菌株基因,构建高表达菌株,研制组配降解率高的混合菌菌剂,同时优化现有工艺组合,提升工艺效能,最终实现含PVA废水的达标排放。此外,值得一提的是,目前针对含PVA废水处理的研究与应用多集中于纺织行业,今后宜着力加强对该行业含PVA废水处理技术的研发,充分发挥行业引领作用。

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