应用三级过滤系统处理脲醛树脂废液

张春晖¹，刘振鸿²，顾林¹
（1.钢铁研究总院 安泰科技股份有限公司 粉末材料与环境技术部，北京 100081；
2.东华大学环境科学与工程学院，上海 200051）

　　摘要 本文介绍了应用三级过滤系统对脲醛树脂废液进行处理的方法。试验结果表明，在非离子型PAM的投加量为0.6mg/L时，过滤系统的处理效果最好。废液中的主要污染物质不但能很好的被去处，而且截留下来的浓缩废液还可用于回用，实现了清洁生产。
　　关键词 三级过滤系统； 脲醛树脂； 烧结金属丝网

1 前言

　　脲醛树脂是竹木类材料胶接时广泛使用的粘合剂，主要用于竹木等材料的胶结和制造层压板。某树脂厂在脲醛树脂生产过程中排出的废水远不能达到污水综合排放二级标准的要求。大量的脲醛树脂随污水流失，不但对周边环境造成污染，且造成大量的浪费。废液中的主要污染物质为悬浮固体。经分析可知，悬浮物主要为脲醛树脂等胶体粒子，并含有少量的甲醛、甲醇等杂质。经粒度分析仪测定可知，胶粒的直径在0.2μm以上。
　　针对该种废水的水质特点，我们采用过滤法对脲醛树脂废液进行处理。
　　分离、过滤的原理，主要有机械筛除、接触吸附等。水样中的悬浮颗粒杂质在滤料表面沉积的过程是由两个连续步骤实现的，即颗粒向滤料表面传递并发生粘附从水中分离。颗粒传递为一物理过程，它取决于颗粒扩散、水流及重力等物理条件的作用，控制参数主要是颗粒的尺寸和浓度、水温及滤速等物理参数。颗粒粘附为一物理化学过程，它决定于颗粒和滤料间的相互作用，它涉及双电层叠加产生的静电力和范得华引力，以及水质的化学条件，例如pH值、离子组成等有关因素。
　　过滤效率与滤料微孔的孔径大小有关。本方案采用三级过滤系统，分别采用微孔孔径大小不同的滤材（由大到小），从而使孔径大小不同的胶体微粒得以去除。原液废水不但得以净化，且使截留下来的脲醛树脂得以回收利用。

2 试验部分

　　本试验的一级过滤采用10μm耐污性较高的有机滤材，过滤面积为0.5～1 m²。一级过滤器的设计结构采用过滤器上部可平移式拆卸结构，从而便于滤材的定期更换。该级过滤器的关键作用是大量捕集原液中的固体颗粒及孔径较大的胶体，从而减轻后续过滤器的工作负载。该滤器使用的有机滤材具有流通量大、耐污性好、价格便宜等优点。
　　二级过滤采用可连续反清洗再生使用的烧结金属丝网微孔滤材，该材料采用多层金属编织丝网为原料，通过特殊的叠层设计、复合压制和真空（或保护气氛）烧结等工艺制备而成。它既能够保持普通金属编织丝网的孔隙结构简单、网孔尺寸均匀的特性，又克服了其强度低、整体性差，网孔型状不稳定等不足，并且可以灵活地对材料的孔径尺寸、渗透性能和机械强度进行合理的匹配与设计，因而其综合特性明显优于烧结金属粉末、陶瓷、纤维、滤纸等其它类型的多孔材料。在净化过滤、固体颗粒的分离回收等领域有着广泛的应用。尤其对于较高含污量的液固分离操作，这类由较细金属丝烧结而成的滤网属于直接拦截的单层过滤，其优点就是将具有一定尺寸分布的杂质颗粒直接拦截在滤网外层表面，形成一层均匀的滤饼，进而随着滤饼的逐渐形成，又可以拦截到更小规格的颗粒。该滤材具有整体结构强，孔径稳定可靠，滤材易于在高压气体的反洗再生，另外，由于采用不锈钢材质，不会对水质造成化学污染，其过滤精度为5μm，过滤面积为5～6m²。该级过滤器的关键作用是高效拦截水样中0.5～1μm的微小颗粒，防止上游纤维滤材可能对下游造成的二次污染，保证后续精密过滤系统的稳定工作。
　　三级过滤采用金属微孔膜滤芯过滤，绝对拦截精度0.5μm（99%），其关键作用是通过错流过滤技术，达到对过滤清液较高的收得率，该滤材具有很高的绝对拦截精度和流体渗透性能，滤材在错流条件下使用不易造成微孔堵塞可长期运行使用，另外滤材采用金属耐蚀合金，不会对最终净化水质造成污染。
　　为了使废液中的悬浮物质加速絮凝、集结。在废液流经过滤系统前，向废液中投加少量的非离子型PAM。
　　试验装置如图1所示。

　　其中，一级预处理过滤器外径为350mm，罐体总高度为1500mm，上部活封头，罐体上配有进料口、出料口、反吹气体入口、罐体排污口、测压口及安装底座，选用200目的烧结金属丝网滤芯作为滤料。二级过滤器外径为400mm，罐体总高度为1500mm，上部活封头，罐体上配有进料口、出料口、反吹气体入口、罐体排污口、测压口及安装底座，选用折叠式烧结金属纤维毡滤芯过滤。三级过滤器外径为281mm，罐体总高度为806 mm，采用精细微孔金属膜滤芯作滤料，错流过滤，清液流出后进入下一道工序，含胶粒的浓缩液在系统内循环打回一级或二级过滤工序。
　　废液经泵打至过滤系统，将原液中所含的固体悬浮物等污染物质截留下来。少量脲醛树脂胶体粒子通过机械过滤截留回收，清液送至下道工序使用。反吹清洗时，高压氮气自阀门F₅吹入，由F₆排出，从而完成了对二级过滤器的清洗，同理，高压气体自阀门F₉吹入，由F₁₀排出，可完成对三级过滤器的清洗。

3 结果与讨论

3.1 PAM对过滤性能的影响
　　废液中的微细颗粒悬浮物在水中呈胶体状态，能在水中稳定分布，沉降和过滤性能都较差。当加入PAM助凝剂后，助凝剂使胶体脱稳，从而使悬浮物质聚集脱出，利于过滤。
　　本研究分别对阳离子型、阴离子型和非离子型PAM助凝剂的用量和10分钟废液流经过滤系统所得的滤液体积的关系进行了测定，结果如图2所示。

　　试验在相同条件下进行，废液流量为300L/h。在一定的时间内过滤的滤液体积是衡量助凝剂对悬浮颗粒助凝效果的最直观指标，滤液的体积越多，则滤饼的含水率越低，助凝剂的助凝效果越好。由图2可知，非离子性PAM的助凝效果优于阳离子型和阴离子型PAM，其最佳投加量为0.6mg/L。
3.2 三级过滤器各自的处理效果
　　在相同的操作条件和工况下，分别测定脲醛废液原水及其经过三个过滤器后的SS，原液的SS为79mg/L,经过滤器后的SS值如图3所示。

　　由图3可知，SS流经三级过滤器，分别被去除。经过三级过滤器的总去处率可达90%左右。
3.3 脲醛树脂废液中其他主要污染指标的去除情况
　　本方案设计采用三级过滤系统，其中包括两级拦截过滤和最后的十字流过滤（即错流过滤）。经过上述三级净化工艺得到的净化出水流出后进入下一道工序，含胶粒的浓缩废液在系统内循环，主要是通过第一级的滤材收集处理。经过三级过滤处理装置，原液的处理效果如表1所示。

表1 三级过滤系统处理效率一览表 项目 单位 进水 出水 去除率 % pH / 7.02 6.94 / 粒度
（体积平均粒径） μm 15.626 0.000 100 COD_Cr mg/L 76 33.4 56 固体含量 mg/L 58 3 94.8

4 结论

　　应用三级过滤系统对脲醛树脂废液的处理效果表明，该方法对废液中的主要污染物质，如SS等，有很好的去除作用。废液在流经过滤系统之前，首先加入PAM助凝剂以加速聚凝，最佳投加量为0.6mg/L。脲醛树脂废液经处理后，不但可以达标排放，而且截留下来的浓缩废液还可用于回用，实现了清洁生产。

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第一作者 张春晖（1973- ），男，河北承德人，安泰科技公司工程师，环境工程学硕士，从事环境工程与科学方面的工作，已发表论文6篇。
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