水性漆廢水混凝劑及其應(yīng)用

蘆洪濤，謝愛軍，石昌敏

（1. 沈陽市石油化工研究院, 遼寧 沈陽110036； 2. 上海立昌環(huán)境工程有限公司, 上海200135）

水性漆廢水混凝劑及其應(yīng)用

蘆洪濤1，謝愛軍2，石昌敏2

（1. 沈陽市石油化工研究院, 遼寧 沈陽110036； 2. 上海立昌環(huán)境工程有限公司, 上海200135）

近年來水性漆在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在汽車工業(yè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的混凝劑和漆霧凝聚劑已經(jīng)不能有效的處理含水性漆的廢水。通過硫酸鋁與季銨鹽在60 ℃下反應(yīng)生成聚電解質(zhì)，并把該聚電解質(zhì)與陽離子聚丙烯酰胺復(fù)配，制成混凝劑。通過對(duì)含有水性漆廢水的混凝實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)混凝劑可用于處理含水性漆廢水，也可作為漆霧凝聚劑，用來處理含有水性漆的漆霧吸收循環(huán)水，能夠有效地降低漆渣含水率及廢水的化學(xué)需氧量（COD）。

混凝劑； 水性漆； 廢水； 漆霧凝聚劑； 涂裝車間

水性漆是指通過樹脂改性增加極性功能鍵數(shù)量，同時(shí)輔以表面活性劑，從而形成以水為分散劑的油漆種類[1]。

水性漆因?yàn)榇蠖嘁约兯疄橹饕軇谕垦b作業(yè)中也以純水為主要稀釋劑調(diào)節(jié)涂料黏度，大大降低了噴涂過程中揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的排放。水性漆雖然也含有有機(jī)溶劑，但含量只有傳統(tǒng)溶劑型漆的1/10～1/7[2]，在環(huán)境問題日趨嚴(yán)重的今天，水性漆代替?zhèn)鹘y(tǒng)溶劑型漆已經(jīng)成為必然趨勢。目前國際上，較大的工業(yè)涂料生產(chǎn)廠商都逐步用水性漆產(chǎn)品代替溶劑型漆，尤其是在汽車工業(yè)領(lǐng)域，如車身涂裝采用溶劑型漆，一般生產(chǎn)過程中VOC的排放要超過 120 g/m3,而采用水性中涂及面漆，可以將VOC排放降低到40 g/m3以下[3]。目前各大汽車生產(chǎn)廠采用的汽車面漆基本已經(jīng)全部水性化，水性中涂漆也在一些廠商的涂裝線上應(yīng)用。

由于國內(nèi)濕式涂裝車間循環(huán)水中所用的漆霧凝聚劑大都沿用溶劑型漆時(shí)代的藥劑，不能有效地處理水性漆，存在著循環(huán)水運(yùn)行時(shí)間短、污水排放量大等問題。而水性涂料生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過程中也產(chǎn)生大量的廢水，由于水性漆在水中分散的性質(zhì)，使得含有水性漆的廢水處理更加困難。在處理含有水性漆的廢水過程中，經(jīng)常碰到泡沫大，破乳不完全，濁度降低困難，影響后續(xù)生化處理效果，造成排放不達(dá)標(biāo)；分離出來的漆渣含水率高等諸多問題。

針對(duì)這種情況，我們制備出陽離子混凝劑，已應(yīng)用于浙江某涂料生產(chǎn)企業(yè)廢水處理工藝中；并作為漆霧凝聚劑，應(yīng)用于上海部分汽車零部件廠水性漆涂裝線，基本滿足了用戶的要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 混凝劑的制備

1.1.1 儀器與藥品

（1）硫酸鋁（分析純）、二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC）、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）、稀硫酸、去離子水。

（2）三口燒瓶、溫度計(jì)、電動(dòng)攪拌器、水浴鍋、酸度計(jì)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)用去離子水配制如下溶液

① 硫酸鋁20%水溶液；

② DMDAAC 10%水溶液；

③ CPAM 0.6%的水溶液。

(2) 將一定量的上述DMDAAC溶液和硫酸鋁溶液加入三口瓶中，在水浴加熱的條件下反應(yīng)一段時(shí)間，冷卻后加入一定量的CPAM溶液，并用稀硫酸調(diào)節(jié)pH值至3左右。

(3) 不同反應(yīng)配比、溫度及時(shí)間條件下，得到的樣品室溫下放置3個(gè)月，對(duì)穩(wěn)定、無絮體、無沉淀產(chǎn)生的樣品進(jìn)行水性漆廢水混凝實(shí)驗(yàn)。

1.2 混凝實(shí)驗(yàn)

1.2.1 儀器與藥品

儀器：500 mL燒杯、磁力攪拌器、pH試紙、100 mL量筒、5 mL注射器、1 mL注射器。

藥品：水性漆、混凝劑、pH調(diào)節(jié)劑（30%氫氧化鈉水溶液）。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）500 mL燒杯中加入400 mL自來水。

（2）燒杯中加入磁子，置于磁力攪拌上。

（3）邊攪拌邊向燒杯中加入1 mL水性漆。

（4）加入藥劑（每次加入0.1～0.5 mL）。

（5）調(diào)節(jié)pH值至8～9（每次加入藥劑之后）。

（6）攪拌試樣2～3 min。

（7）停止攪拌：觀察漆水分離及水質(zhì)情況。

（8）如果漆水分離完全，水質(zhì)清。則繼續(xù)進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。如漆水分離不完全，水質(zhì)較差則重復(fù)4到7步驟。

（9）記錄藥劑使用量。

1.2.3 水質(zhì)判斷標(biāo)準(zhǔn)

水質(zhì)用肉眼判斷為極清、清、略濁、濁、不透明5個(gè)等級(jí)，在量筒底部用黑色記號(hào)筆畫1個(gè)十字，將除去漆渣的水加入量筒，到從上方看不到十字為止，記錄加入水的體積（mL），按以下規(guī)定判定等級(jí)：

（1）不透明 0.1～5 mL 時(shí)看不見十字；

（2）濁 6～25 mL 時(shí)看不見十字；

（3）略濁 26～50 mL 時(shí)看不見十字；

（4）清 51～75 mL 時(shí)看不見十字；

（5）極清 無色無懸浮物。76～100 mL 可看見十字。

1.3 漆渣含水率實(shí)驗(yàn)

1.3.1 儀器與藥品

濾袋、電子天平、烘箱。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）混凝實(shí)驗(yàn)的漆渣用濾袋過濾后稱重得W1;

（2）稱重后的漆渣放入烘箱105 ℃烘4 h;

（3）烘干后的漆渣稱重得W2，并計(jì)算漆渣含水率，漆渣含水率=[(W1-W2)/W1]×100%。

1.4 化學(xué)需氧量（COD）檢測

采用連華科技的5B-1型消解儀及5B-3（C）型COD快速測定儀測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

制備實(shí)驗(yàn)中，溫度控制在60 ℃左右，低于60℃不反應(yīng)，高于 65 ℃都在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生凝膠。對(duì)制備的樣品進(jìn)行穩(wěn)定性觀察，能存放90天以上的樣品，進(jìn)行混凝試驗(yàn)。對(duì)混凝試驗(yàn)通過的樣品，測量漆渣含水率及處理前后的COD變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Result of test

優(yōu)選出：硫酸鋁和 DMDAAC反應(yīng)的物質(zhì)的量 之比為8︰1，反應(yīng)條件為60 ℃下反應(yīng)3 h。藥劑中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。

表2 成分含量Table 2 Components content

混凝實(shí)驗(yàn)中達(dá)到了漆水完全分離，水質(zhì)清的標(biāo)準(zhǔn)，最小使用量為0.2 mL，漆渣含水率約為65%。COD去除率約為29.6%，混凝實(shí)驗(yàn)效果見圖1。

圖1 混凝實(shí)驗(yàn)效果Fig. 1 Result of coagulation test

2.2 混凝劑作用機(jī)理

由于水性漆廢水中的膠體顆粒一般都帶有負(fù)電荷，而該混凝劑是帶有高價(jià)正電荷的聚電解質(zhì)，當(dāng)混凝劑加入廢水中，由于帶相反電荷離子的電性中和作用使得固體顆粒發(fā)生凝聚。另外由于該聚電解質(zhì)于具有一定的表面活性，廢水中的微粒被表面活性物質(zhì)覆蓋之后，由于這些微粒上的表面活性劑的碳?xì)滏溝嗷ユI合形成架橋作用而凝聚[4]，配合混凝劑中的陽離子聚丙烯酰胺的吸附架橋作用，使得水性漆廢水中的顆粒能夠快速的分離出來，達(dá)到凈水的目的。另外，由于混凝劑是陽離子型的，吸附導(dǎo)致的電荷中和，滲透壓效應(yīng)對(duì)漆渣含水率的影響起主要作用，鏈狀高分子伸長而產(chǎn)生熵的收縮力，使得漆渣的平衡體積減小[5]，從而降低了漆渣的含水率。

3 實(shí)際應(yīng)用

該混凝劑可作為漆霧凝聚劑應(yīng)用于涂裝車間水性漆漆霧吸收循環(huán)水處理系統(tǒng)中，也可作為混凝劑應(yīng)用于含有水性漆的廢水處理工藝中。

作為漆霧凝聚劑的使用工藝為：

投加方式：計(jì)量泵；

投加位置：漆霧噴漆車間出水口；

日使用量：日噴漆量的10%～15%；

注意事項(xiàng)：（1) 用計(jì)量泵投加 pH調(diào)節(jié)劑，

保持漆霧吸收循環(huán)水pH值8～9。（2) 及時(shí)去除水中已分離出的漆渣。

目前，該混凝劑已作為漆霧凝聚劑，應(yīng)用于上海某汽車零部件廠水性漆涂裝線漆霧吸收循環(huán)水處理系統(tǒng)中,循環(huán)水使用周期由原來的2周，增加到4個(gè)月，預(yù)計(jì)年減少工業(yè)污水排放2 800 t。漆渣含水率由原來的90%降低到70%，預(yù)計(jì)每年減少固體廢棄物排放約60 t。

作為混凝劑應(yīng)用于浙江某涂料廠廢水的預(yù)處理工藝，后續(xù)采用原有的生物接觸氧化法進(jìn)行處理，出水達(dá)到最新的《涂料工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，而不必改變?cè)械奶幚砉に嚮蛟黾宇A(yù)處理環(huán)節(jié)，節(jié)約了設(shè)備改造成本。應(yīng)用效果得到了用戶的充分認(rèn)可。

[1] 周憲民，張蕾，黃大勇.Pal系列油漆絮凝劑在水性漆廢漆處理中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2006(3)：32-34.

[2] 邢汶平，吳貴生.水性漆噴涂解決方案的探討[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，32(B11)：232-235.

[3] 王浩，路慧喜，徐春.水性漆在汽車車身涂裝上的應(yīng)用[J].涂料工業(yè)，2010，40(4)：33-36.

[4] 梁為民.凝聚與絮凝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1987：23-25.

[5] 永澤 滿，滝澤 章.高分子水處理劑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1985：259-260.

Coagulant for Treating the Wastewater Containing Water-borne Coating and Its Application

LU Hong-tao1，XIE Ai-jun2，SHI Chang-min2
(1. Shenyang Research Institute of Petrochemical Technology , Liaoning Shenyang 110036, China; 2. Shanghai Lichang Environmental Engineering Co., Ltd , Shanghai 200135, China）

In recent years the water-borne coating has widely been applied in industry, especially in the automobile industry. But the traditional coagulant or paint detackifier has not be able to treat the waste water containing water-borne coating effectively. In this paper, a new coagulant was prepared by combination of cationic polyacrylamide and the polyelectrolyte that was prepared by reaction of quaternary ammonium salt and aluminum sulfate at 60 ℃. The coagulation test of wastewater containing water borne coating demonstrate that the coagulant can be used to treat the waste water containing water borne coating or treat the wash water of the paint spray booth. The coagulant can reduce COD of wastewater and lower water percentage of waste paint.

Water-borne coating; Coagulant; Wastewater; Paint-detackifier; Paint spray booth

TQ 630

A

1671-0460（2011）02-0195-03

2010-11-16

蘆洪濤（1977-），男，工程師，遼寧沈陽人，2000年畢業(yè)于遼寧大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：目前主要從事工業(yè)循環(huán)水處理劑及工業(yè)清洗劑的研發(fā)工作。E-mail：chemistry.lht@gmail.com。