聚合硫酸鐵在水性乳膠漆中的應(yīng)用

謝麗娟 楊建明 陳 剛

(攀枝花鋼城集團協(xié)力有限公司，四川攀枝花，617000)

聚合硫酸鐵在水性乳膠漆中的應(yīng)用

謝麗娟 楊建明 陳 剛

(攀枝花鋼城集團協(xié)力有限公司，四川攀枝花，617000)

采用聚合硫酸鐵(PFS)對水性乳膠漆進行處理，分析了PFS、PAM等對不同濃度水性乳膠漆廢水的處理，確定最佳投加量。并與漆霧絮凝劑處理效果進行對比，得出使用PFS不僅效果更優(yōu)，而且成本低廉，操作便捷，可以替代漆霧絮凝劑。

聚合硫酸鐵 水性乳膠漆 漆霧絮凝劑 渣水分離

水性乳膠漆是目前最為常用的涂裝材料，因其采用水作為溶劑，不存在生產(chǎn)及施工過程中發(fā)生溶劑揮發(fā)，對周圍環(huán)境造成污染，而且在使用過程中有機揮發(fā)物的釋放量很低。VOC(有機揮發(fā)物)總量一般在標準允許范圍內(nèi)，是一種安全、衛(wèi)生、環(huán)保的綠色建筑裝飾涂料。但也因為這種水溶性的特質(zhì)，所產(chǎn)生的廢水必須進行渣水分離才能排入生活或工業(yè)廢水處理站進行處理。雖然有市面有專用的漆霧絮凝劑銷售，但普遍存在運行成本高的問題。本文擬采用一種廉價的絮凝劑PFS代替漆霧絮凝劑，在保證處理效果的同時，有效降低運行成本。

1 實驗材料與設(shè)備

噴涂軌梁用水性乳膠漆洗滌廢水(乳白色)，聚合硫酸鐵(以下簡稱PFS)，聚丙烯酰胺(以下簡稱PAM)，氫氧化鈉(AR)，漆霧絮凝劑(A+B劑)，以上藥劑均為采購。

FA2104型電子分析天平，玻璃儀器一批，SS-1Z型懸浮物儀，pH試紙，JJ-8型磁力攪拌器。

2 實驗步驟

(1)清洗噴涂設(shè)備產(chǎn)生的乳膠漆廢水隨著清洗的進行，濃度逐漸降低。根據(jù)現(xiàn)場情況，準備具有代表性的三種濃度廢水：50%wt.廢水，記為1#水樣；25%wt.廢水，記為2#水樣；1%wt.廢水，記為3#水樣。

(2)配制1‰PAM水溶液：用分析天平準確稱取1g PAM，置于裝有1000mL蒸餾水的燒杯中，開啟磁力攪拌器，以100r/min轉(zhuǎn)速攪拌1h，待全部溶解后備用。配制2mol/L NaOH水溶液：取40g氫氧化鈉溶解于500mL蒸餾水中攪拌后，備用。

(3)取水樣200mL于2000mL燒杯中，一邊緩慢加入定量PFS原液一邊以150r/min速度快速攪拌20s；然后倒入氫氧化鈉水溶液，保證pH值穩(wěn)定在8左右；再一邊緩慢加入定量的PAM溶液，一邊以150r/min轉(zhuǎn)速快速攪拌10s；最后降低攪拌速度，保持30r/min勻速攪拌30s。靜置2h。

3 結(jié)果與討論

3.1 廢水處理條件的確定

本文以2#廢水作為研究對象，考察了PFS投加濃度和pH值對渣水分離效果的影響。由圖1所示，PFS投加量達到14.5g/L時，剛好可以實現(xiàn)完全的渣水分離，形成了凝固的餅狀，其中含有少量水分，為處理2#廢水的最佳投加量。由于PFS帶有大量負電荷，水中存在正電荷越多越有利于長鏈結(jié)構(gòu)的展開，達到更好的絮凝作用。如圖2所示，隨著pH值的上升，PFS的投加量有逐漸下降的趨勢，由于廢水中乳膠顆粒含量較高，PFS不需要完全展開，因此調(diào)高pH值對分離效果的促進不甚明顯。而且，從經(jīng)濟角度而言，調(diào)整pH值需要引入成本較高的堿液。綜合來看，針對較高濃度的廢水時，直接投加PFS而不調(diào)整pH值更為合適。

3.2 不同濃度廢水處理情況

為進一步找出藥劑投加量與廢水濃度的關(guān)系，并與漆霧絮凝劑進行對比，本文對三種具有代表性的濃度進行分析對比。如表1所示，藥劑用量以剛好將漆渣從廢水中分離出來為最佳投加量。1#廢水濃度較高為50%wt.，含水量低，加入PFS后，一攪拌立即出現(xiàn)黃色、蓬松狀固體渣滓(見圖3(a))，因此沒有繼續(xù)添加PAM和NaOH溶液的必要，反應(yīng)時間在30s以內(nèi)即可完成。2#廢水濃度為25%wt.，含水量有所增加，加入PFS后，廢水中開始出現(xiàn)較大的顆粒，水量逐漸減少，出現(xiàn)沉淀趨勢，靜置一段時間后，整個燒杯凝結(jié)成餅狀固體，內(nèi)含少許富余水分。用玻璃棒撥開，內(nèi)部為豆腐渣狀凝聚物質(zhì)(見圖3(b))。此過程耗時1分鐘。3#廢水中乳膠顆粒少而分散，大量加入的PFS和PAM在酸性環(huán)境下并不能完全展開而捕捉乳膠顆粒，因此不能起到漆渣與水分離的作用。經(jīng)實驗，當向廢水中加堿，保持pH值維持在8左右時，投加的PFS和PAM能夠展開，并出現(xiàn)如圖3(c)所示的棕色絮狀粘性沉淀。綜合來說，針對各種濃度的乳膠漆廢水，PFS的用量較少，基本可以控制在30g/L以內(nèi)。相比之下，漆霧絮凝劑的使用量比PFS用量大得多，并且都要使用堿液調(diào)整pH值，所形成的漆渣呈白色，浮于水面。渣量與廢水中乳膠漆濃度成正比，濃度越高的廢水，產(chǎn)生的漆渣越多。

圖1 PFS投加量對渣水分離的影響

圖2 pH值對加藥量的影響

根據(jù)文獻[1]報道，漆霧絮凝劑的作用原理是，A劑是一種線性高分子聚合物，對漆滴有很強的吸附性，而乳膠漆廢水中帶有一定量的電荷性，A劑與乳膠漆顆粒接觸后，通過靜電吸附使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移失去了粘性，形成不穩(wěn)定之細小顆粒，再加入B劑后，B劑被其A劑強烈吸附，由于B劑為長鏈網(wǎng)狀高分子結(jié)構(gòu)，使其形成較大顆粒而呈現(xiàn)上浮狀況，與水分離，乳液成豆渣狀懸浮于水面，從而凈化水質(zhì)。PFS可以取代漆霧絮凝劑的A、B兩劑，主要是因為PFS化學(xué)式為[Fe2(OH)n(SO4)3-0.5n]m，其水溶液存在Fe(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe4O(OH)46+等以O(shè)H-作為架橋形成的多核配離子及大量的高分子化合物[2]，兼有凝聚和絮凝功能。PFS帶有的負電荷可以克服微粒間的靜電斥力，由Van der walls 引力引起微位相互聚結(jié)變大，發(fā)生凝聚效應(yīng)；其次，PFS在水中展開成長鏈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過架橋、卷掃作用，吸引膠體顆粒逐漸聚結(jié)變大沉淀，發(fā)生絮凝效應(yīng)。

表1 不同濃度廢水處理用藥量對比

(a)1#水樣 (b)2#水樣 (c)3#水樣圖3 PFS處理不同濃度廢水情況

3.3 經(jīng)濟指標對比

從表2所示，采用PFS處理費用明顯低于漆霧絮凝劑數(shù)倍。處理1t廢水，采用PFS至少可以節(jié)省1600余元。因為廢水中乳膠漆量總是一定的，雖然1#處理費用最高，但是如果將所有廢水折合成50%wt.濃度，3#廢水因為水量增大，處理費用反而最高，1#、2#費用相當，2#略高于1#的原因在于加入了PAM。所以，在實際使用中建議控制洗滌產(chǎn)生的乳膠漆廢水濃度在25%～50%，過低的濃度會增加處理費用。

表2 處理費用對比

注：等量濃度按50%wt.計算。

4 應(yīng)用實踐

攀枝花某軌梁廠因出口要求，對鋼軌進行防銹噴涂。為防止噴嘴堵塞，每8h需要清洗一次噴嘴。由于是間歇式作業(yè)，每次清洗產(chǎn)生的乳膠漆廢水用收集池收集，在噴涂作業(yè)結(jié)束后統(tǒng)一處理，濃度約為15%～25%wt.左右，平均噴涂1000t鋼軌產(chǎn)生約1t廢水。采用PFS對其進行處理，只需要攪拌裝置和處理池即可。在處理過程中，發(fā)現(xiàn)廢水與PFS一接觸便迅速反應(yīng)結(jié)塊，與實驗室結(jié)果一致。處理后余下的水因含有PFS，在排入污水處理站后，PFS還可以對污水中的懸浮物等雜質(zhì)起到一定的絮凝作用。

由于處理過程需要充分攪拌，在第一次處理過程中攪拌設(shè)備力度不夠，部分廢水和藥劑尚未接觸便被周圍已反應(yīng)形成塊狀的漆渣包圍、隔離，造成藥劑用量比實驗室用量增加一倍，而且在清理漆渣時發(fā)現(xiàn)渣中有白色凝結(jié)的乳膠漆(如圖4所示)，使得漆渣粘性較大，不容易破碎，取出時困難。為此，作業(yè)人員對攪拌裝置重新選型，增大功率和葉輪尺寸，同時將處理池變?yōu)閳A形，減少邊角摩擦阻力，確保攪拌充分均勻。經(jīng)調(diào)整后，如圖5所示，塊狀漆渣中基本沒有未反應(yīng)的乳膠漆，顏色均勻，所有漆渣有氣孔產(chǎn)生，反應(yīng)充分，藥劑用量比實驗室用量增加約20%～30%。但是由于攪拌負荷大，目前適合間歇式操作，連續(xù)操作的方式還在進一步研究中。

5 結(jié)語

相較于漆霧絮凝劑而言，PFS作處理藥劑不僅價格便宜數(shù)十倍，而且處理效果又快又好，操作簡單，優(yōu)勢十分明顯，非常適合處理水性乳膠漆廢水。目前，由于廢水結(jié)渣速度快，攪拌負荷偏大，更適合于間歇式操作。關(guān)于應(yīng)用于連續(xù)操作的方式方法尚在研究中。

圖4 攪拌不均勻時凝結(jié)情況

圖5 攪拌均勻后凝結(jié)情況

[1] 曾德芳，陳沁，姜曉博，等. 一種新型高效漆霧絮凝劑的制備與研究[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014,29(1)：7-11.

[2] 常青.水處理絮凝學(xué)(第1版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,200,105-110.

Application of PFS in Waterborne Emulsion Paint

XieLijuan,YangJianming,ChenGang

(PanzhihuaGangchenggroupcooperationlimitedcompany,Panzhihua617000,Sichuan,China)

This paper analyzes the treatment of water based latex paint with polymeric ferric sulfate (PFS), and analyzes the treatment of PFS and PAM in different concentrations of aqueous emulsion paint. Compared with the treatment effect of the paint mist flocculant, it is concluded that the use of PFS not only has better effect, but also has the advantages of low cost and convenient operation.

Polymeric ferric sulfate; waterborne emulsion paint; paint mist flocculant; Slag water separation