水性油墨废水处理技术
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摘要：本文阐述了水性油墨的环保安全特性，并分析了水性油墨废水处理技术的研究和应用状况，以供相关人员参考。
关键词：水性油墨废水处理技术
1 环保安全特性
水性油墨的溶解载体是水和少量的醇(约3%~5%)。由于用水作溶解载体,水性油墨具有显著的环保安全特点:安全、无毒、无害、不燃不爆、几乎无挥发性有机气体产生。主要表现在以下三方面:
1.1 对大气环境无污染
由于水性油墨用水作溶解载体,所以无论是在其生产过程中,还是被用于印刷时,几乎不会向大气环境散发挥发性有机气体(VOC),而VOC被认为是大气环境的主要污染源之一。这是溶剂型油墨所无法比拟的。溶剂型油墨在生产过程中,散发出大量的低浓度VOC。根据估算,一般溶剂型油墨工厂,若采用未完全密闭的生产设备,有机溶剂的挥发损失约占油墨产量的0.3%~1%。而对于低浓度VOC的处理,除了绝少数油墨工厂采用如活性炭吸附等高成本的处理方法外,大多数都高空直接排入大气。VOC对大气环境造成的光化学污染是被公认为最严重的之一。不仅如此,在印刷过程中,溶剂型油墨中的有机溶剂几乎完全被干燥而快速挥发出来,除了在印刷机上方的高浓度VOC被采用如催化燃烧或微生物处理工艺处理外,弥漫在印刷车间空气中的低浓度VOC往往被直接排入大气,如果按照溶剂型油墨中有机溶剂所占比例25%~35%计算,其直接排入大气环境的VOC数量相当惊人。而水性油墨恰恰克服了这一缺点。这一独有的对大气环境无污染的特点正在被越来越多的印刷企业所看好。
1.2减少印刷品表面残留毒物,保证食品卫生安全
水性油墨完全解决了溶剂型油墨的毒性问题。由于不含有机溶剂,使得印刷品表面残留的有毒物质大大减少。这一特性,在烟、酒、食品、药品等卫生条件要求严格的包装印刷产品中更体现了良好的健康安全性。在人类越来越重视食品安全的当今,已经关注到了食品包装的卫生安全性。对包装材料和包装印刷的有害物质的残留量都非常重视。使用溶剂型油墨的印刷品要达到食品卫生安全的要求相当困难,而这对于使用水性油墨的印刷品,却是轻而易举的事。
1.3减少资源消耗和降低环保成本。
由于水性油墨固有的特性―――固形物含量较高,可以在较薄墨膜沉积。因此相对于溶剂型油墨,它的涂布量要少一些。经过试验,与溶剂型油墨相比,减少了约10%的涂布量。也就是说,印刷相同数量和规格的印刷品,水性油墨的消耗量较溶剂型油墨减少了约10%。不仅如此,由于印刷时需要经常清洗印刷版,因此使用溶剂型油墨印刷,需要使用大量的清洗有机溶剂,而使用水性油墨印刷,清洗的介质则主要是水。从资源消耗的角度看,水性油墨更加经济,符合当今世界提倡的节约型社会的主题。
2 废水处理工艺概述
在水性油墨生产和应用过程中,由于设备的清洗,会产生一定数量的废水。水性油墨色彩的千变万化造成其废水的化学成分相当复杂,具有高COD、高色度、难生物降解的特点,一旦进入水体,对水环境会造成严重的污染。废水的处理工艺与水性油墨的种类和特性有着非常密切的关系。目前对水性油墨废水处理的研究和应用主要有以下几种工艺。
2.1化学混凝工艺[1]
张涛等采用化学混凝工艺对西安的一家水性油墨生产企业的水性油墨废水作了试验研究。通过对常用絮凝剂FeSO4・7H2O、FeCl3・6H2O、PAC、PFCPAFC及助凝剂阳离子聚丙酰胺、聚丙烯酰胺、壳聚糖、聚双氰胺和pH值调节的筛选及投加量的选择得出在室温条件下,混凝工艺的最佳条件:选用FeCl3・6H2O作最佳絮凝剂,投加量为80mg/L、最佳混凝pH值为4.0、最佳助凝剂为壳聚糖、投加量为0.8mg/L。经处理,原水的COD从5638.2 m g/L降为634.5mg/L,去除率达87%;色度从240倍降为10倍以下,去除率达99%,得到了较好的试验效果。
2.2铁屑微电解工艺[2]
张涛等又采用铁屑微电解工艺对水性油墨生产企业的水性油墨废水作了试验研究。原水首先用HCl调节pH值后,得到沉降预处理,COD从6000～8000mg/L降到800～1000mg/L,色度从不透光降到160倍。出水再经微电解和石灰乳中和沉淀。通过对微电解主要工艺参数:pH值、铁屑量、焦炭量、反应时间的静态和动态试验,得到微电解的最佳工艺条件:pH值为4.0、铁屑量10%、焦炭用量占填料量16.67%、反应时间60min。废水的COD再次去除50%,色度去除90%。原水经沉降预处理和铁屑微电解两段处理,COD去除率达85%,色度的去除率达95%,具有较好的效果。
2.3混凝气浮-接触氧化组合工艺
某纸箱包装企业的印刷废水处理工程表明,采用混凝气浮-接触氧化组合工艺,能将水性印刷油墨废水、食堂污水、生活污水综合处理达到较好的效果。水性油墨废水经隔除较大悬浮物后混凝气浮,固液分离后,再与食堂污水、生活污水混合,经厌氧调节,由二级生物接触氧化曝气,出水CODcr达到67mg/L,色度<10倍。油墨废水原水CODcr最高达182000mg/L,色度4000倍,通过絮凝剂碱式氯化铝和助凝剂烧碱和聚丙烯酰胺使废水形成矾花后气浮,可将COD去除率达到47.6%。每日排水量为20吨的气浮净化后的废水与每日100吨的食堂污水及生活污水(COD<366mg/L)混合,再经厌氧预处理调节后,进行二级生物接触氧化处理。生物接触氧化池A段停留2.8小时,B段停留3.3小时。此工艺组合具有处理效果稳定、耐冲击的特点。由于生活污水的混入,使混合废水的可生化性得到提高,二级生物接触氧化更有利于污染物负荷的变化,耐冲击,便于操作和调节。
2.4混凝气浮-微电解-SBR工艺
某环境工程公司为一纸箱包装企业的水性油墨和粘合剂混合废水的处理工程实践表明,原水CODcr为2805.5 m g/L,色度1562.5倍,经沉淀隔油处理后,CODcr去除率达到20.4%,色度去除率达10%。再经混凝气浮处理,CODcr去除率达到74.6%,色度去除率达83.9%。然后,微电解使COD去除率达28.6%,色度去除率达66%,提高了废水的可生化性和显著的脱色效果。最后由一座容积为140m3、BOD5容积负荷为0.18kg/m3、充放率为30%的SBR处理,达到COD去除率82.2%、色度去除率60%。最终出水CODcr达到71.9mg/L,去除率为97.4%,色度30.7倍、去除率为98%。该工程的处理效果明显,虽然COD和色度的去除主要依靠混凝气浮,但由于采用了微电解工艺,提高了废水的可生化性,从而保障了SBR工艺单元的稳定运行。
2.5化学氧化-混凝工艺[3]
杨裴等用化学氧化-混凝工艺对纸箱包装企业的废水进行了试验研究。废水的成分主要包括水性油墨、淀粉和表面活性剂。通过使用氧化脱色剂KMnO4、H2O2、NaClO、活性炭的选择性试验;通过对絮凝剂:Y-13、FSH7、FCH3、FO4248、AN910SH的筛选试验和投加量以及pH调节试验。得出结果:原水加入最佳氧化剂NaClO 15 g/L、最佳混凝剂FCH3 0.2g/L、pH调节为8.5的最佳试验条件下,CODcr去除率达94%,色度去除率达100%。
2.6超滤技术
研究表明,废水通过三组超滤组件后,COD去除率达到92%,浓缩液中固含量达到99 g/L(约10%),透水液的浊度在0.13～0.4 NTU范围内。但是,COD的去除率与可溶性的污染物的数量有密切关系,可溶性的污染物不能被超滤技术所去除。
3 结论
(1)水性油墨的开发和应用在减少大气环境污染方面有着非常显著的作用;同时,在减少印刷品表面残留毒物、保证食品卫生安全方面也非常有效;使用水性油墨有利于提高作业环境的安全性、保障接触操作人员的健康、减少资源消耗和降低环保成本,因此,在我国有广泛的应用前景。
(2)单纯的生物处理工艺不能满足水性油墨废水处理的要求,必须使用物理、化学和生物综合处理工艺。混凝工艺作为水性油墨废水预处理的主要手段对去除COD和色度比较高效而且可靠。为提高废水可生化性,微电解、化学氧化和厌氧生物处理等方法都被采用,此后再进行好氧生物处理,效果更佳。
参考文献
[1]张涛,等.水性油墨废水的混凝工艺试验.环境科学与技术,2005,28(3):93-95
[2]张涛,等.铁屑微电解法处理水性油墨废水的试验.环境污染治理技术与设备,2005,6(5):67-70
[3] 杨裴,等.氧化-混凝法处理油墨废水的研究.天津化工,2004,18(5):60-629
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