基于陰極電泳涂裝工藝產(chǎn)生廢水的處理方法及效果探討

張 強(qiáng)

（中國兵器工業(yè)第二O八研究所，北京 昌平 102202）

電泳涂裝是一種利用外加電場使懸浮于電泳液中的顏料、樹脂等微粒定向遷移并沉積于電極之一的基底表面涂裝方法。電泳涂裝伴隨著四種物理化學(xué)變化過程，即電解（分解）、電泳動（泳動、遷移）、電沉積（析出）、電滲（脫水）。陰極電泳涂裝是在電泳槽中，工件為陰極，帶有正電荷的涂料陽離子在電壓作用下，由陽極移動到陰極，并于陰極工件表面在堿性界面中形成不溶解物沉積于工件表面的過程[1]。

一般來說，為了獲得優(yōu)質(zhì)的電泳涂膜，通常需要對工件表面進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工序、電泳過程及工件清洗，均會產(chǎn)生系列生產(chǎn)廢水。隨著工業(yè)的興起，水污染已成為越來越嚴(yán)重的社會問題，而工業(yè)、企業(yè)廢水的達(dá)標(biāo)排放是關(guān)乎其可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

1 陰極電泳原輔材料組成

以某一涂裝企業(yè)產(chǎn)品為例，原輔材料種類為：顏料漿（CP524C）、樹脂（CR681）、脫脂劑（1523R）、活性劑（1523S）、表調(diào)劑（50）、磷化液（6001R；6001MU；958A；958E）、中和劑（65；7163）、促進(jìn)劑（131）、添加劑（16）、鈍化液（54NC）、鈍化添加劑（80）及酸洗劑（7005）。

原輔材料中涉及的有毒有害物質(zhì)主要有丁氧基乙醇、二丁基氧化錫、氟鋯酸、氫氧化鉀、磷酸、氯化鋅、硝酸錳、氫氧化鈉、鹽酸、硝酸、氟硼酸、硝酸鎳、碳酸鎳、硫酸等。

2 陰極電泳涂裝表面處理技術(shù)工藝及產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)

2.1 電泳生產(chǎn)線（噴淋/浸漬）工藝流程簡述

2.1.1 前處理

（1）熱水清洗：50-60℃的熱水進(jìn)行清洗預(yù)除油，熱水槽產(chǎn)生清洗廢水，其中主要污染物有pH、COD、SS、石油類。

（2）預(yù)脫脂及主脫脂：以脫脂劑加水稀釋后在50℃～60℃狀態(tài)下采用噴淋/浸漬方式對零部件進(jìn)行預(yù)脫脂，以去除工件表面的油污等雜物，產(chǎn)生洗槽廢水。

（3）脫脂后水洗：脫脂后需要清水清洗，共3道水洗工序，其中水洗3的廢水溢流至水洗1使用，水洗1和水洗2產(chǎn)生清洗廢水，主要污染物有pH、COD、SS、PO43-、石油類。

（4）表調(diào)：用于表面調(diào)節(jié)處理，表調(diào)劑的主要成分為磷酸鹽和鈉鹽。表調(diào)劑使得工件表面活性增強(qiáng)，并在工件表面形成一層活性薄膜，以利于后續(xù)的電泳，該環(huán)節(jié)產(chǎn)生洗槽廢水。

（5）磷化：磷化目的在于提高涂層的耐腐蝕性和漆膜的附著力，是工件前處理的中心環(huán)節(jié)，與陰極電泳漆配套的磷化膜層，要求薄而結(jié)晶致密。工件浸入磷化池后，未被表調(diào)劑吸附的裸露部位首先與酸反應(yīng)：Fe+2H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2↑

使工件表面溶液中Fe2+含量上升，pH值上升，導(dǎo)致

不溶性的磷酸鹽首先形成多個晶核，晶核逐漸長大而形成磷化膜，磷化膜將零件與溶液隔開，反應(yīng)結(jié)束。而同時(shí)表調(diào)劑形成的膠體逐漸脫附，露出未反應(yīng)金屬點(diǎn)，重復(fù)以上過程，再成膜。如此反復(fù)，形成薄而細(xì)致的磷化膜，工件磷化后用純凈水清洗。

磷化在磷化液槽中進(jìn)行，磷化劑主要成分是磷酸及鋅鹽、錳鹽、鎳鹽，磷化槽每天補(bǔ)充磷化劑，并通過感應(yīng)器自動補(bǔ)加新水。

（6）純水水洗1/2：清洗前道工序殘留在工件上的磷化液，純水洗所用純水要求電導(dǎo)率＜2500μs/cm，常溫噴淋清洗，該過程產(chǎn)生水洗廢水，主要污染物為pH、COD、SS、PO43-、Zn2+、Ni、F-。

（7）鈍化：使用鈍化劑，主要成分為氟鋯酸、鋯鹽，鈍化是對磷化工序的修補(bǔ)過程，通過填充磷化膜孔隙有效地提高磷化膜的性能，特別是二次附著力，鈍化槽鈍化液定期補(bǔ)充，槽液不更換。

（8）純水清洗3/4：清洗金屬表面殘留鈍化劑，此工序產(chǎn)生水洗廢水，主要污染物為pH、COD、SS、PO43-、F-。

2.1.2 電泳

（1）工件進(jìn)入電泳槽，在通以直流電的情況下，使分散在水中的膠體粒子發(fā)生定向移動，在其表面均勻沉積一層含水極少的樹脂涂膜，分為四個過程[2]：

a.電泳：帶正電的水溶性樹脂粒子向陰極移動。

b.電沉積：帶正電的樹脂粒子到達(dá)工件（陰極）表面放電，形成不溶于水的沉積層，經(jīng)烘烤后形成漆膜。

c.電滲：水分從沉積層滲析而出，當(dāng)含水量下降至5%～15%時(shí)，即可烘烤。

d.電解：水被直流電電解，放出氫與氧[3]。

（2）電泳槽中槽液溫度控制在29℃～35℃，pH值5.4～5.8。電泳槽內(nèi)槽液進(jìn)入到超濾設(shè)備進(jìn)行超濾處理，處理出的超濾水進(jìn)入第二道超濾水洗槽，漆液進(jìn)入到陰極電泳槽，循環(huán)使用，當(dāng)電導(dǎo)率高時(shí)，排出部分超濾水，產(chǎn)生超濾廢水，主要污染物為pH、COD、SS。

（3）UF1/2噴淋清洗：采用超濾膜過濾后的水沖洗工件，去除表面的浮漆。此過程不產(chǎn)生廢水，電泳涂裝廢水的循環(huán)利用流程見圖1。在此階段，電泳漆在工件表面實(shí)現(xiàn)完全附著。

（4）純水水洗5/6：利用純水，將工件徹底清洗，此過程產(chǎn)生清洗廢水，由于電泳漆已在前一工序附著完成，本階段廢水中主要污染物為pH、SS。

（5）烘干：濕漆膜用烘箱進(jìn)行175℃烘烤加熱，使電泳漆固化，生成平整光滑的漆膜，最后即為成品。

（6）檢驗(yàn)：電泳制品經(jīng)電泳部件測試儀進(jìn)行自動檢測，經(jīng)檢驗(yàn)合格后作為成品入庫。

圖1 UF水洗閉合循環(huán)圖

2.2 酸洗生產(chǎn)線工藝流程簡述

（1）前處理。熱水清洗、脫脂及清洗1：先用50-60℃的熱水進(jìn)行清洗預(yù)除油，產(chǎn)生清洗廢水，主要污染物為pH、COD、SS、石油類；再用脫脂液（以混堿為主）溶除工件表面上的油脂，共設(shè)置2道脫脂工序，脫脂槽液循環(huán)使用，產(chǎn)生洗槽廢水；脫脂后需要自來水清洗，共1道水洗工序，水洗1排放廢水，其中主要污染物有pH、COD、SS、PO43-、石油類。

（2）酸洗。酸洗主要為去除工件表面的硅酸鹽，酸洗槽每天進(jìn)行酸洗劑補(bǔ)充，酸洗槽液循環(huán)使用，每年倒槽清洗2次，產(chǎn)生洗槽廢水。

（3）清洗2。為了清洗工件表面殘留的酸洗液，采用自來水進(jìn)行清洗，產(chǎn)生清洗廢水，主要污染物為pH、COD、SS。

（4）中和。為了使工件表面不生銹，采用中和工序，中和槽液每日定期補(bǔ)充中和劑，槽液定期補(bǔ)充，不排放。

（5）清洗3。為了清洗工件表面殘留的中和液，采用自來水進(jìn)行清洗，該工序采用自來水進(jìn)行清洗，會產(chǎn)生清洗廢水，主要污染物為pH、SS。

（6）純水清洗。為了清洗工件表面的雜質(zhì)，使用純水清洗，清洗廢水定期排放，產(chǎn)生清洗廢水，主要污染物為pH、SS。

3 生產(chǎn)廢水處理工藝及效果

3.1 生產(chǎn)廢水處理工藝

廢水處理系統(tǒng)采用“含鎳廢水預(yù)處理+混凝氣浮+水解酸化+生物氧化”處理工藝。

（1）綜合廢水調(diào)節(jié)池：該池用于收集、存儲各股廢水，各儲存池的廢水收集后均勻的泵入該池，各類廢水在該池均質(zhì)均量，調(diào)節(jié)pH，避免廢水的濃度負(fù)荷對后段工藝造成沖擊，保證處理效果。該池設(shè)提升泵兩臺，另設(shè)液位控制器一套，空氣攪拌系統(tǒng)一套，通過液位控制提升泵，高位啟動，低位停止，超高、超低位報(bào)警。

（2）混凝池：該池中投加混凝劑，使細(xì)小懸浮物生成絮體。該池內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌設(shè)施一套，另設(shè)一套混凝劑投加裝置和氣浮配套設(shè)備。

（3）絮凝池：該池投加絮凝劑，使絮體顆粒增大,沉降速度加快。內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌設(shè)施一套，另設(shè)一套絮凝劑投加裝置和氣浮配套設(shè)備[4-7]。

（4）氣浮成套設(shè)備：該池由接觸池和分離池組成，廢水在接觸池內(nèi)與來自溶氣罐的溶氣水混合，使析出的微小氣泡與廢水中的污染物接觸，并附聚在一起，通過分離池的作用使得附聚體浮于水面，得以刮除，而處理后的廢水從擋板下側(cè)流出進(jìn)入中和反應(yīng)槽。該池采用鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部FRP防腐，并包含一套溶氣系統(tǒng)、一臺刮渣機(jī)、兩臺空壓機(jī)以及一套電控設(shè)備。

（5）水解酸化池：該池通過厭氧水解菌將水中的高分子、難處理物質(zhì)改性、馴化，以提高廢水處理的可生化性。池內(nèi)設(shè)水解酶填料，使微生物附著于填料表面，內(nèi)設(shè)有穿孔曝氣裝置，令活性污泥與廢水有效接觸。

（6）生物氧化池：該池設(shè)一套半軟性生物氧化填料，使微生物附著于填料表面，內(nèi)設(shè)有曝氣裝置，令活性污泥與廢水有效接觸，使有機(jī)物得到良好去除，該池設(shè)鼓風(fēng)機(jī)2臺。

（7）二沉池：該池采用豎流式沉淀池，處理能力大，處理效率高；停留時(shí)間短。經(jīng)過生化處理的廢水進(jìn)入該池，在重力作用下，進(jìn)行固液分離，絮體自然沉淀，上清液排放，泥渣進(jìn)入污泥池處理。

（8）污泥處理系統(tǒng)：物化沉淀和氣浮產(chǎn)生的污泥，由污泥泵泵入壓濾機(jī)脫水，濾液回到綜合廢水調(diào)節(jié)池進(jìn)行處理。

3.2 生產(chǎn)廢水處理效果

該工藝應(yīng)用投產(chǎn)后，進(jìn)行出水實(shí)測，出水水質(zhì)情況見表1。

表1 廢水處理工藝各部出水水質(zhì)情況

4 結(jié)語

磷化工藝清洗廢水含鎳，在車間單獨(dú)設(shè)置預(yù)處理裝置，預(yù)處理工藝采用化學(xué)沉淀法，加入堿和除鎳劑，經(jīng)預(yù)處理后，使磷化工藝清洗廢水中的鎳可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中第一類污染物最高允許排放濃度要求。

其他生產(chǎn)工藝廢水、經(jīng)預(yù)處理的磷化清洗廢水、堿液噴淋塔廢水混合后進(jìn)入綜和廢水調(diào)節(jié)池，經(jīng)潛水提升泵提升至氣浮混凝段，投加PAC、PAM分別進(jìn)行去除懸浮物等功能，氣浮池底部設(shè)排泥裝置，排泥至污泥池。

氣浮出水提升至水解酸化池，將大分子有機(jī)物進(jìn)行深度水解開環(huán)斷鏈，從而增大污水的可生化性，使其進(jìn)入好氧池進(jìn)行好氧降解COD，在好氧池中大量的COD被去除轉(zhuǎn)化為生物能及其他物質(zhì)，最終經(jīng)沉淀池將懸浮物沉淀。