水性漆廢水混凝劑及其應用

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. 上海立昌環境工程有限公司, 上海200135）

水性漆廢水混凝劑及其應用

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. 上海立昌環境工程有限公司, 上海200135）

近年來水性漆在工業中的應用越來越廣泛，特別是在汽車工業中已經廣泛應用。傳統的混凝劑和漆霧凝聚劑已經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 ℃下反應生成聚電解質，并把該聚電解質與陽離子聚丙烯酰胺復配，制成混凝劑。通過對含有水性漆廢水的混凝實驗，確認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水，能夠有效地降低漆渣含水率及廢水的化學需氧量（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量，同時輔以表面活性劑，從而形成以水為分散劑的油漆種類[1]。

水性漆因為大多以純水為主要溶劑，在涂裝作業中也以純水為主要稀釋劑調節涂料黏度，大大降低了噴涂過程中揮發性有機化合物（VOC）的排放。水性漆雖然也含有有機溶劑，但含量只有傳統溶劑型漆的1/10～1/7[2]，在環境問題日趨嚴重的今天，水性漆代替傳統溶劑型漆已經成為必然趨勢。目前國際上，較大的工業涂料生產廠商都逐步用水性漆產品代替溶劑型漆，尤其是在汽車工業領域，如車身涂裝采用溶劑型漆，一般生產過程中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]。目前各大汽車生產廠采用的汽車面漆基本已經全部水性化，水性中涂漆也在一些廠商的涂裝線上應用。

由于國內濕式涂裝車間循環水中所用的漆霧凝聚劑大都沿用溶劑型漆時代的藥劑，不能有效地處理水性漆，存在著循環水運行時間短、污水排放量大等問題。而水性涂料生產企業生產過程中也產生大量的廢水，由于水性漆在水中分散的性質，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，經常碰到泡沫大，破乳不完全，濁度降低困難，影響后續生化處理效果，造成排放不達標；分離出來的漆渣含水率高等諸多問題。

針對這種情況，我們制備出陽離子混凝劑，已應用于浙江某涂料生產企業廢水處理工藝中；并作為漆霧凝聚劑，應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 實驗部分

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、電動攪拌器、水浴鍋、酸度計。

1.1.2 實驗步驟

(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一段時間，冷卻后加入一定量的CPAM溶液，并用稀硫酸調節pH值至3左右。

(3) 不同反應配比、溫度及時間條件下，得到的樣品室溫下放置3個月，對穩定、無絮體、無沉淀產生的樣品進行水性漆廢水混凝實驗。

1.2 混凝實驗

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調節劑（30%氫氧化鈉水溶液）。

1.2.2 實驗步驟

（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）調節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情況。

（8）如果漆水分離完全，水質清。則繼續進行下一步實驗。如漆水分離不完全，水質較差則重復4到7步驟。

（9）記錄藥劑使用量。

1.2.3 水質判斷標準

水質用肉眼判斷為極清、清、略濁、濁、不透明5個等級，在量筒底部用黑色記號筆畫1個十字，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），按以下規定判定等級：

（1）不透明 0.1～5 mL 時看不見十字；

（2）濁 6～25 mL 時看不見十字；

（3）略濁 26～50 mL 時看不見十字；

（4）清 51～75 mL 時看不見十字；

（5）極清 無色無懸浮物。76～100 mL 可看見十字。

1.3 漆渣含水率實驗

1.3.1 儀器與藥品

濾袋、電子天平、烘箱。

1.3.2 實驗步驟

（1）混凝實驗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，并計算漆渣含水率，漆渣含水率=[(W1-W2)/W1]×100%。

1.4 化學需氧量（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 結果與討論

2.1 實驗結果

制備實驗中，溫度控制在60 ℃左右，低于60℃不反應，高于 65 ℃都在短時間內產生凝膠。對制備的樣品進行穩定性觀察，能存放90天以上的樣品，進行混凝試驗。對混凝試驗通過的樣品，測量漆渣含水率及處理前后的COD變化，實驗結果見表1。

表1 實驗結果Table 1 Result of test

優選出：硫酸鋁和 DMDAAC反應的物質的量 之比為8︰1，反應條件為60 ℃下反應3 h。藥劑中各成分的質量分數見表2。

表2 成分含量Table 2 Components content

混凝實驗中達到了漆水完全分離，水質清的標準，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%，混凝實驗效果見圖1。

圖1 混凝實驗效果Fig. 1 Result of coagulation test

2.2 混凝劑作用機理

由于水性漆廢水中的膠體顆粒一般都帶有負電荷，而該混凝劑是帶有高價正電荷的聚電解質，當混凝劑加入廢水中，由于帶相反電荷離子的電性中和作用使得固體顆粒發生凝聚。另外由于該聚電解質于具有一定的表面活性，廢水中的微粒被表面活性物質覆蓋之后，由于這些微粒上的表面活性劑的碳氫鏈相互鍵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，達到凈水的目的。另外，由于混凝劑是陽離子型的，吸附導致的電荷中和，滲透壓效應對漆渣含水率的影響起主要作用，鏈狀高分子伸長而產生熵的收縮力，使得漆渣的平衡體積減小[5]，從而降低了漆渣的含水率。

3 實際應用

該混凝劑可作為漆霧凝聚劑應用于涂裝車間水性漆漆霧吸收循環水處理系統中，也可作為混凝劑應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：（1) 用計量泵投加 pH調節劑，

保持漆霧吸收循環水pH值8～9。（2) 及時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，應用于上海某汽車零部件廠水性漆涂裝線漆霧吸收循環水處理系統中,循環水使用周期由原來的2周，增加到4個月，預計年減少工業污水排放2 800 t。漆渣含水率由原來的90%降低到70%，預計每年減少固體廢棄物排放約60 t。

作為混凝劑應用于浙江某涂料廠廢水的預處理工藝，后續采用原有的生物接觸氧化法進行處理，出水達到最新的《涂料工業水污染物排放標準》要求，而不必改變原有的處理工藝或增加預處理環節，節約了設備改造成本。應用效果得到了用戶的充分認可。

[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].合肥工業大學學報(自然科學版)，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用[J].涂料工業，2010，40(4)：33-36.

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

[5] 永澤 滿，滝澤 章.高分子水處理劑[M].北京：化學工業出版社，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年畢業于遼寧大學應用化學專業，研究方向：目前主要從事工業循環水處理劑及工業清洗劑的研發工作。E-mail：chemistry.lht@gmail.com。