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來源：工業(yè)水處理

聚乙烯醇（PVA）是一種水溶性高分子聚合物，具有良好的黏附性、機械性能和穩(wěn)定性，廣泛應用于紡織、食品和醫(yī)藥等行業(yè)。但PVA屬于典型的難生物降解高分子物質，其廢水COD高，可生化性差，直接排放會嚴重污染水體。簡要介紹了PVA的生產(chǎn)分布和污染特征；統(tǒng)計分析了國內外關于含PVA廢水處理的相關文獻；綜述了含PVA廢水物化、生物及其組合工藝處理的研究現(xiàn)狀；總結了含PVA廢水處理的典型工程案例；揭示了當前工程應用中存在的若干問題以及行業(yè)發(fā)展方向。

聚乙烯醇（PVA）作為一種重要的工業(yè)原料，具有良好的物理和化學性能，被廣泛用于涂料、黏合劑、紙品加工劑、乳化劑、分散劑和薄膜等產(chǎn)品的生產(chǎn)，應用范圍遍及紡織、食品、醫(yī)藥、建筑、木材加工、造紙、印刷、農(nóng)業(yè)、鋼鐵、高分子化工等行業(yè)。

近年來，全球尤其是我國紡織行業(yè)、高檔造紙業(yè)、石油開采業(yè)以及汽車工業(yè)和建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，推動了PVA產(chǎn)能的劇增。據(jù)統(tǒng)計，2005年世界PVA總產(chǎn)能為138.0萬t，2013年增至213.3萬t，其中中國約占26.82%。我國PVA行業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，已成為世界上最大的PVA生產(chǎn)國，2016年我國PVA產(chǎn)能為124.6萬t，約占世界總產(chǎn)能的一半以上。從PVA的行業(yè)需求來看，最大的是聚合助劑和織物漿料生產(chǎn)行業(yè)，分別占38%和20%。預計到2020年，我國對PVA的總需求量將高達約80.0萬t，約占全球總需求量的48.48%。

PVA會對環(huán)境造成污染，不是因為它的毒性（其本身是無毒的），而是因為其難生物降解。其較大的表面活性會使被污染的水體表面泡沫增多，黏度加大，對水體的復氧行為極為不利，從而抑制水生生物的呼吸活動。另外，含PVA的廢水排入水體還會促進河流、湖泊和海洋沉積物中重金屬的釋放和遷移，增強其活性，引起更嚴重的環(huán)境問題。

目前，常用的含PVA廢水的處理方法主要包括物化法、生物法及其組合工藝。物化法最早用于含PVA廢水的處理，如化學凝結法，迄今已有30余年；2000年以后，絮凝法和高級氧化技術相繼一度成為研究熱點；近年來，膜分離技術在處理含PVA廢水方面開始嶄露頭角。隨著人們對物化法的縱深研究，其所帶來的高成本和二次污染等問題日益凸顯。為此，許多研究人員開始聚焦于含PVA廢水的生物法處理及組合工藝處理，尤其從2005年之后逐漸成為研究熱點。筆者基于國內外文獻統(tǒng)計，較為系統(tǒng)地綜述了含PVA廢水的處理現(xiàn)狀；同時，結合現(xiàn)有工程案例運行情況，探討了含PVA廢水處理工藝可能存在的問題和未來發(fā)展趨勢。

1 文獻統(tǒng)計

分別基于《中國期刊CNKI全文數(shù)據(jù)庫》和Web of ScienceTMcore collection〔v.5.27.2〕電子資源，檢索了有關含PVA廢水處理的中外文獻，其中中文190余篇（檢索年限1982年至2017年）、外文120余篇（檢索年限1985年至2017年），其主要涵蓋了小試研究、中試試驗和工程應用類論文。

對檢索得到的文獻的統(tǒng)計分析表明，對于含PVA廢水的處理，國內研究最多的是物化法（主要包括絮凝法、化學凝結法、膜分離技術、高級氧化法等），占53%，其中以高級氧化法為主，占21%；其次是生物法（主要包括高效降解菌生物降解法、厭氧生物法、水解酸化法和好氧生物法），占26%，其中以高效降解菌生物降解法為主，占16%。與之不同的是，國際上研究最多是生物法（主要包括高效降解菌生物降解法、厭氧生物法），占比54%，其中以高效降解菌生物降解法為主，占46%，厭氧生物法占8%，值得一提的是，水解酸化法和好氧生物法未見相關文獻報道；其次是物化法（主要包括膜分離技術、高級氧化法等），占40%，同樣主要以高級氧化法為主，占32%。由此可見，高級氧化法和高效降解菌生物降解法是當前國內外研究的主流。

2 研究現(xiàn)狀

01 物化法

（1）絮凝法

由于含PVA廢水成分復雜，利用單一的絮凝劑處理難以發(fā)揮作用，通過聯(lián)合使用多種絮凝劑可取得不錯的處理效果。張洪榮等通過向調節(jié)混凝池中投加絮凝劑PAC和有機高分子助凝劑P30處理COD和BOD5分別為2 697、415 mg/L的含PVA廢水，COD和BOD5去除率分別為44.68%和15.67%，可生化性由0.15提升到0.24。顧春雷等用自制的新型聚硅酸硫酸鋁復合絮凝劑處理COD為22 736 mg/L的退漿廢水，COD去除率達到73%。

近年來，有研究者將電化學法與傳統(tǒng)絮凝法相結合發(fā)明了鐵碳微電解法，其原理是電極反應生成的具有高活性的產(chǎn)物能夠與體系中一些難降解污染物發(fā)生氧化還原反應，從而達到降解污染物的目的。肖冠南等采用鐵碳微電解法處理含PVA廢水，COD和PVA去除率可分別達到65%、85%以上。電絮凝法無需外加混凝劑，但需消耗大量電能，且電極易鈍化，因此實際應用不多。

從機理上講，絮凝法處理含PVA廢水主要歸因于金屬氫氧化物的吸附和共沉淀作用，由于吸附和共沉淀能力有限，因此絮凝法只適用于含PVA濃度較高的廢水的預處理。

（2）化學凝結法

基于鹽析作用的化學凝結法（即向廢水中投加無機鹽電解質，由于電解質離子具有很強的水合能力而結合大量的水分子，當電解質離子濃度足夠大時，可以使廢水中的PVA分子因脫水而析出，從而回收PVA并達到降低COD的目的）處理含PVA廢水，可獲得較高的PVA回收率。徐竟成等采用化學凝結法（以硼砂為凝結劑，硫酸鈉為鹽析劑）處理含PVA廢水，PVA回收率和COD去除率均達80%左右。

郭麗等采用化學凝結法處理低濃度含PVA廢水（PVA＜5 g/L）時發(fā)現(xiàn)，析出的PVA不容易形成大的凝膠團，有相當一部分是以微小膠體顆粒的形態(tài)懸浮于水中，難以被去除或收集。而且，回收的PVA因殘余部分凝結劑，性能受到一定影響?；瘜W凝結法會消耗大量的凝結劑與鹽析劑，處理后水中鹽濃度也較高，不利于后續(xù)生物處理，其常作為濃度較高、組分單一的含PVA廢水的預處理。

（3）膜分離技術

膜分離技術因具有過程簡單、分離系數(shù)大、無相變、高效、節(jié)能等優(yōu)點而被廣泛應用。其中通過超濾技術從廢水中回收PVA的研究應用最為廣泛。于奕峰等采用超濾膜處理實際退漿廢水，結果表明，在最優(yōu)條件下超濾膜對PVA的截留率為96%，COD由23 000 mg/L降低到5 700 mg/L。范蘇等以多通道α-Al2O3陶瓷微濾膜為支撐體，采用溶膠凝膠法制備了完整TiO2超濾膜，其對退漿廢水中PVA的截留率達到99%以上。A. Sarkar等采用新型高剪切超濾膜組件從退漿廢水中回收PVA，PVA截留率達到95%以上。

盡管膜分離技術設備簡單，操作方便，對PVA有很高的回收率，但其存在膜孔易堵塞、膜系統(tǒng)成本高、膜使用壽命短等缺陷，阻礙了它的工程推廣。

（4）高級氧化法

近年來，一些研究人員在利用高級氧化法處理含PVA廢水方面做了一些研究，其主要類型包括Fenton類氧化法、電化學氧化法、臭氧類氧化法、光催化氧化法、超臨界水氧化法、超聲氧化降解法、硫酸根自由基氧化法等。不同類型高級氧化法處理含PVA廢水的效果見表1。

由表1可以看出，高級氧化法對PVA的適用濃度寬泛（10~1 000 mg/L），對PVA的降解率均很高（94.4%以上），有些甚至可以完全降解，且降解時間短。除采用超臨界水氧化法外（溫度為440 ℃），溫度范圍為23~30 ℃，能耗不算太高。但高級氧化法需額外投加化學試劑（如投加酸堿試劑調節(jié)pH，投加鐵粉和過氧化氫等氧化劑，硫酸根自由基氧化法需投加過硫酸鹽類試劑等），有些還需提供額外能耗（如電化學氧化法需要提供電能，臭氧類氧化法需要提供臭氧，光催化氧化法需要提供一定頻率的光源，超臨界水氧化降解法需要提供高溫高壓的環(huán)境，超聲氧化降解法需要提供超聲波源等），并會產(chǎn)生二次污染，增加維護成本，這些成為高級氧化法大規(guī)模工程應用的瓶頸。

02 生物法

生物法是利用微生物的新陳代謝作用來降解廢水中的PVA，具有運行費用低、無二次污染等優(yōu)點。處理含PVA廢水采用的生物法一般包括高效降解菌生物降解法、厭氧生物法、水解酸化法和好氧生物法。

（1）高效降解菌生物降解法

自然界中PVA降解菌比較稀少且非常敏感，其生長條件很苛刻，一旦受到破壞，將很難恢復，故需要通過馴化富集PVA高效降解菌以獲得良好的處理效果。為此，國內外相關研究人員在馴化富集PVA高效降解菌方面做了一些研究，見表2。

從表2可知，大多數(shù)PVA降解菌為假單胞菌（Pseudomonad）或鞘氨醇單胞菌（Sphingomonads）。鞘氨醇單胞菌最初只有一個屬〔鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）〕，直到M. Takeuchi等將它們重新歸類為4個屬（Sphingomonads、Sphingobium、Novosphingobium和Sphingopyxis）。此外，一些革蘭氏陰性菌（Alcaligenesfaecalis）和革蘭氏陽性菌（Bacillusamyloliquefaciens）以及一些真菌〔如青霉屬（Penicilliumsp.）〕作為PVA降解菌也具有重要作用。采用高效降解菌生物降解法處理含PVA廢水，當初始PVA質量分數(shù)為0.1%~0.5%，培養(yǎng)周期為2~12 d時，PVA降解率基本上在90%以上，有些甚至高達100%。由此可見，高效生物降解菌對PVA有很好的降解效果。

盡管PVA高效降解菌對PVA的降解率較高，但由于PVA降解菌種類不多、酶活性不高、提取不易以及培養(yǎng)周期較長等原因，嚴重影響了PVA高效降解菌的篩選與擴增，致使其應用仍面臨不小的挑戰(zhàn)。

（2）厭氧生物法、水解酸化法和好氧生物法

厭氧生物法、水解酸化法和好氧生物法處理含PVA廢水的效果見表3。

由表3可知，采用單一厭氧生物法或水解酸化法處理含PVA廢水的效果并不理想；而采用單一好氧生物法盡管可以達到比較高的COD和PVA去除率，但進水COD不宜太高，且需要材料膜或生物膜作為支撐，其經(jīng)濟性和穩(wěn)定性有待進一步驗證。為此，許多研究者進行了由單一生物法逐步拓展至不同生物法聯(lián)用處理含PVA廢水的研究，見表4。

由表4可知，采用生物法聯(lián)用處理含PVA廢水，當進水COD為768~1 300 mg/L，PVA為53~420 mg/L，厭氧工段HRT為12~24 h，好氧工段HRT為6~30 h時，COD去除率達74.50%~95.00%，PVA去除率達73.50%~99.00%。針對COD較高的含PVA廢水（COD 6 800~14 000 mg/L），相較單一生物法處理（COD去除率26.67%~45.00%），生物法聯(lián)用中的厭氧或水解酸化段可將呈懸浮和膠體狀的難降解有機物PVA水解成可溶性物質，提高了含PVA廢水的可生化性，從而提高了后續(xù)生物好氧處理效果和整個生物處理系統(tǒng)對PVA等的去除率（COD去除率69.13%~97.95%）。由此，人們再將物化法與這些生物法聯(lián)用工藝耦合用于處理含PVA廢水，催生了不少工程應用案例。

3 應用現(xiàn)狀

現(xiàn)有工程應用中多采用物化法+生物法耦合工藝處理含PVA廢水，其中物化法主要以氣浮和混凝居多，常用于預處理或深度處理；生物法主要采用厭氧生物法或水解酸化法與好氧生物法的組合工藝。含PVA廢水處理工程應用案例見表5。

由表5可知，有些處理規(guī)模高達24 000 m3/d。當進水COD為500~3 500 mg/L時，物化法處理單元的COD去除率為83.29%~84.68%，生物法處理單元的COD去除率為75.97%~90.00%，COD總去除率可達82.00%~96.30%。

4 結語與展望

綜上所述，對于含PVA廢水的處理，物化法中絮凝法和化學凝結法建設投資及能耗費用相對較低，且操作簡單，PVA漿料可回收利用，但需消耗大量化學試劑并產(chǎn)生大量污泥；膜分離技術操作簡便，不需要投加化學試劑，但存在膜污染、投資和運行費用較高等問題；高級氧化法PVA去除率高且反應周期短，但運行費用較高，操作難度較大，致使相關工程案例并不多見。生物法中高效降解菌生物降解法高效且環(huán)保，但技術欠成熟；厭氧生物法、水解酸化法和好氧生物法對含PVA廢水的處理具有一定的效果，是值得推廣的綠色技術。

迄今已有不少采用物化+生物組合工藝處理含PVA廢水的工程案例，但由于PVA可生化性極差，經(jīng)現(xiàn)有物化+生物組合工藝處理后的出水COD仍難達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的一級排放標準要求，出水中PVA可能占比較大。因此，未來應著重分析出水COD中PVA的貢獻率，并引入PVA降解菌，篩選高效PVA降解菌株，改造修飾菌株基因，構建高表達菌株，研制組配降解率高的混合菌菌劑，同時優(yōu)化現(xiàn)有工藝組合，提升工藝效能，最終實現(xiàn)含PVA廢水的達標排放。此外，值得一提的是，目前針對含PVA廢水處理的研究與應用多集中于紡織行業(yè)，今后宜著力加強對該行業(yè)含PVA廢水處理技術的研發(fā)，充分發(fā)揮行業(yè)引領作用。

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