聚氯乙烯製程廢水回收技術之探討 黃健榮、彭元興
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摘 要
以懸浮法及乳化法聚氯乙烯(PVC)生產過程中會產生大量廢水，懸浮法PVC製程廢水產生量約4.0 m3/噸PVC，因廢水中SS 及COD濃度較低，目前在學術上已有諸多探討及回收案例，但對於廢水中聚乙烯醇(PVA)不易分解、採用薄膜過濾易堵塞
、回收率偏低及處理成本過高等問題點並無法有效解決；乳化法PVC製程廢水產生量約2.5 m3/噸PVC，但因廢水中SS 及COD濃度較高，現況尚無公開的回收案例可供參考。 本研究以台灣某PVC廠製程廢水為對象，分為三階段進行，第一 階段將PVC製程廢水以固定混合比例(懸浮法22 %：乳化法78 %)，透過ColOX生物反應槽及砂濾槽進行廢水初步處理，探 討在不同水力停留時間(HRT)對COD、PVA及SS之去除效果。第二階段將ColOX排放水分別以顆粒狀活性碳及臭氧/紫外 光(O3/UV)等程序進行廢水再生處理，在活性碳試驗中探討活性碳對有機物之吸附效果及吸附飽和之判定，在O3/UV試驗 中探討臭氧注加量、氧化時間對有機物之去除效果。第三階段為探討處理後之再生水是否適用於冷卻水塔之補充用水，並 進行處理方案效益分析比較。 第一階段ColOX試驗結果得知，水力停留時間為2 h時去除效率最佳，因此將進流水量固定 於31.2 L/min、水力停留時間2.0 h條件下進行連續運轉測試，經由ColOX生物降解後廢水COD由平均104 mg/L降至35 mg/L，COD去除率為66.6 %。第二階段由活性碳吸附試驗結果顯示，將進流水量(Q)設定為4 L/min、以連續運轉至3個月 後活性碳失效，其COD可由進流水平均35 mg/L降至13 mg/L、去除率為62 %。活性碳使用64天(約2個月)後其PVA吸附效 率逐漸衰退，故活性碳使用2個月後並須更新或再生。O3/UV試驗將臭氧注加量固定為100 g/h及6組UV燈組條件之試驗結 果，廢水經O3氧化4 min後其COD由平均38 mg/L降至17 mg/L、去除率56 %。第三階段為再生水補充冷卻水塔之模廠測 試，以固定混合比例(再生水65.7 %：其他用水34.3 %)，預先投入分散劑、防蝕劑及微生物分散劑等藥劑，將pH值控 制7.8~8.2、餘氯0.2~0.5 mg/L條件下，經運轉14天後，得知線上沉積儀平均清潔度為99.8%、碳鋼試片腐蝕率0.299 MPY ( 標準＜2 MPY)、銅試片腐蝕率0.017 MPY (標準＜0.5 MPY)；顯示再生水補充冷卻水塔未造成熱交換器管束結垢及系統之沉 積腐蝕，且經由水塔濃縮6倍後之冷卻水皆能控制在管制值內，驗證再生水可作為冷卻水塔之補充用水。就PVC製程廢水 再生之處理效果、投資成本及廢棄物產生問題等綜合評估結果，採用ColOX+砂濾槽+O3/UV方案較ColOX+砂濾槽+活性 碳方案適用於PVC製程廢水之再生處理。
關鍵詞 : 聚氯乙烯、聚乙烯醇、ColOX生物反應槽、砂濾槽、活性碳、臭氧、紫外光 目錄
封面內頁 簽名頁 授權書 iii 中文摘要 iv ABSTRACT vi 誌謝 viii 目錄 ix 圖目錄 xiii 表目錄 xv 第一章 前言 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 第二章 背景資料 3 2.1 PVC聚合方法及製程廢水特性 3 2.1.1 PVC聚合方法 3 2.1.2 PVC製程廢水特性 4 2.2 懸 浮法PVC廢水處理及回收案例之探討 5 2.2.1 現況PVC廢水回收再利用方式 5 2.2.2 PVC廢水及再生處理研究之回顧 9 2.3 乳 化法PVC廢水處理案例之探討 18 第三章 文獻回顧 19 3.1 廢水生物膜法處理之技術研究 19 3.1.1 生物膜法基本原理 19 3.1.2 影響固定式生物膜反應器處理效果之因素 19 3.1.3 ColOX 生物反應系統 21 3.2 活性碳吸附法技術研究 23 3.2.1 活性碳介紹 23 3.2.2 活性碳吸附理論 23 3.2.3 影響活性碳吸附因子 24 3.2.4 脫附原理 25 3.3 臭氧高級氧化處理技術研究 26 3.3.1 臭 氧(O3)氧化法 28 3.3.2 臭氧/紫外光(O3/UV)法 29 3.3.3 臭氧/雙氧水(O3/H2O2) 30 3.3.4 臭氧/活性碳 30 第四章 實驗設計與 方法 31 4.1 實驗流程 31 4.2 實驗設備 33 4.2.1 廢水再生處理模廠測試系統 33 4.2.2 冷卻水塔模廠測試系統 37 4.3 實驗方法 與步驟 39 4.3.1 水質調查及再生用水標準之建立 39 4.3.2 ColOX測試方法 40 4.3.3 活性碳吸附測試之方法 40 4.3.4 臭氧處理 系統運轉操作及測試方法 41 4.3.5 冷卻水塔模廠測試之方法 42 4.4 分析項目與方法 44 4.4.1 分析項目 44 4.4.2 廢水中PVA含 量之檢測 45 第五章 實驗結果與討論 47 5.1 廢水處理系統之試驗結果 47 5.1.1 ColOX最適水力停留時間之探討 47 5.1.2 ColOX連續運轉測試 50 5.2 廢水再生系統之試驗結果 53 5.2.1 活性碳吸附系統 53 5.2.2 臭氧處理系統 56 5.3 冷卻水塔模廠 測試結果 59 5.3.1 補充水量摻混比例設定 60 5.3.2 冷卻水塔模廠測試結果 60 5.4 經濟效益評估與討論 63 5.4.1 操作成本分析 64 5.4.2 投資成本分析 65 5.4.3 投資回收年限評估66 第六章 結論與建議 70 6.1 結論 70 6.2 建議 71 參考文獻 73 附錄 78 參考文獻
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