废塑料再生过程中微塑料的转移特性及去除实验研究

摘要

微塑料在环境中被广泛检出，因其对环境和人体健康影响构成潜在威胁而被全球广泛关注。废塑料的再生利用是延伸塑料价值、减少塑料垃圾的关键技术，但该过程中微塑料产生及其向环境转移行为缺少足够关注。本文通过对5家年产量相近，塑料类型与破碎工艺不同的废塑料再生企业车间的生产废水、处理后排放废水和废水处理产生的污泥中微塑料的浓度、丰度和形态特征的分析，探索废塑料再生过程对微塑料转移特性和分布的影响。同时设计废塑料再生过程废水中微塑料去除模拟实验，研究混凝剂与絮凝剂投加量、pH、搅拌条件的单因素和正交实验对废水中微塑料去除的影响，得出模拟废水中微塑料最佳去除条件，为企业废水中微塑料的处理提供技术依据。主要研究结果如下：　　废塑料再生加工企业，其塑料破碎过程必然产生不同粒径大小的微塑料，影响着车间生产废水中微塑料的浓度、丰度和粒径大小。从企业生产废水的微塑料浓度可得湿法破碎和干法破碎两种破碎方法不是影响微塑料浓度和微塑料粒径分布的主要因素。企业破碎废塑料采用的设备、破碎时间和生产废水入口筛网孔径对微塑料浓度影响显著。污水处理设施对生产废水中微塑料的去除率影响很大，生产废水污水处理后其中至少有60%的微塑料以上转移到污泥中，尤其是粒径较大的微塑料，研究的5家企业的污水处理对粒径0.1-0.25mm微塑料去除较难。废塑料再生企业生产废水中微塑料浓度范围约为32.7-1838mg/L(967-24798n/L)，经污水处理设施处理后，排放水中微塑料浓度约为5.8-71.9mg/L(96-201n/L)，污泥中微塑料含量51.6-65.5mg/g(7.7×105-1.45×106n/kg)。采用放大镜增加了目视法样品中的微塑料收集的准确性。采用FTIR技术检测微塑料速度快且可靠，可以验证样品微粒是否为微塑料同时鉴别微塑料的种类。　　废水中微塑料去除模拟实验中，经絮凝沉淀处理后，废水中的微塑料大部分转移到污泥中。通过模拟生产废水微塑料去除单因素与正交实验，表明在PAC投加量为100mg/L，PAM投加量7mg/L，pH为9，快速搅拌速度100r/min维持40s后再200r/min维持40s时微塑料的总去除率最高为91%，其中ABS的去除效果接近100%，PP去除率达到99%，PE的去除率约74%。影响微塑料去除效果的因素顺序为PAC投加量＞pH＞PAM投加量＞搅拌条件。其中对0.1-0.25mm粒径的微塑料去除率效果较好，絮凝剂使用量对该粒径大小的去除率影响较小。采用PAC与PAM联用的絮凝沉淀法能有效解决废塑料再生企业中废水微塑料粒径小难以去除的问题。　　总体上，本文对废塑料再生企业的微塑料浓度、丰度、形态特征进行了调查研究，揭示了废塑料再生企业也是环境中微塑料的来源之一，并对废塑料再生企业废水处理进行初步研究。本研究对于认识废塑料再生利用对微塑料产生及其向环境扩散的影响具有重要意义。为废塑料企业中的微塑料生态风险评价提供技术支撑。

目录

声明

第一章绪论

1.1.1环境中微塑料的来源

1.1.2环境中微塑料的现状

1.2微塑料的影响和危害

1.3.1 微塑料的采集

1.3.2 微塑料的分离

1.3.3 微塑料的鉴定方法

1.4微塑料的防治与治理

1.5课题来源、研究目的、内容及技术路线

1.5.1课题来源

1.5.2研究目的与研究内容

1.5.3技术路线

第二章材料与方法

2.1.1实验试剂与仪器

2.1.2采样企业简介

2.2样品的收集与企业工艺流程

2.3样品预处理与微塑料分离

2.4检测方法与微塑料测定

第三章 废塑料再生过程微塑料的转移特性

3.1生产废水中的微塑料浓度分布

3.1.1 PET企业生产废水中微塑料浓度分布

3.1.2 PE企业生产废水中微塑料浓度分布

3.1.3混合塑料企业生产废水中微塑料浓度分布

3.2排放水中微塑料浓度分布及去除率

3.2.1 PET企业排放水中的微塑料浓度分布及去除率

3.2.2 PE企业排放水中的微塑料浓度分布及去除率

3.2.3混合塑料企业排放水中微塑料浓度分布及去除率

3.3污泥中的微塑料浓度分布

3.3.1 PET企业污泥中的微塑料浓度分布

3.3.2 PE企业污泥中的微塑料浓度分布

3.3.3混合塑料企业污泥中的微塑料浓度分布

3.4微塑料的表面形态及光谱特征

3.5本章小结

第四章 模拟废水中微塑料去除实验研究

4.1废塑料再生废水混凝基础

4.1.1模拟废塑料生产废水的制备

4.1.2絮凝沉淀机理分析

4.2废塑料再生生产废水混凝实验研究

4.2.1药品投加顺序的影响

4.2.2絮凝剂对微塑料去除效果的影响

4.2.3不同pH对微塑料去除效果的影响

4.2.4水力条件对微塑料絮凝沉淀的影响

4.2.5多因素正交实验

4.3本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果