沉淀法處理噴漆廢水過程中復(fù)配藥劑的篩選

曹慧敏，李新迪，王子倩，劉文瑤，楊 帆，邵子建,薛建良

(山東科技大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266590)

油漆、涂料的廣泛使用所帶來的環(huán)境問題日益突出。噴漆工藝[1]一般為:預(yù)清理、表調(diào)磷化、水洗、電泳底漆、水洗、電泳底漆烘干、PVC底涂、打磨、噴涂中漆及烘干、打磨、噴涂面漆及烘干、涂罩光漆及烘干、檢查。噴漆過程產(chǎn)生的廢水經(jīng)沉淀處理后會(huì)產(chǎn)生大量的漆渣，據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅汽車噴涂行業(yè)每年就產(chǎn)生漆渣數(shù)萬噸[2]。漆渣中含有鎳、鉻等重金屬以及烷烴、苯系物、醇類、醛類等有機(jī)物，嚴(yán)重污染環(huán)境，威脅人類健康[3]。為此，作者遵循廢物減量化原則，以某噴漆工段產(chǎn)生的噴漆廢水為研究對象，采用沉淀法處理，對藥劑的復(fù)配及投加量進(jìn)行探討，以達(dá)到減少漆渣總量、降低經(jīng)濟(jì)成本、防治環(huán)境污染的目的。

1 沉淀法處理噴漆廢水的工藝流程

噴漆廢水經(jīng)攪拌池、壓濾池后得到漆渣，如圖1所示。

圖1 沉淀法處理噴漆廢水的工藝流程Fig.1 Process flow of paint-spraying wastewater treatmentby precipitation method

具體步驟如下：噴漆廢水經(jīng)攪拌池進(jìn)水口進(jìn)入，投入復(fù)配藥劑，攪拌使其充分反應(yīng)，靜止沉降；上部清澈透明的液體從較高處排水口排出，進(jìn)行生化處理，確保廢水達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定排放；底部含水量較高的漆渣從底部排渣口進(jìn)入壓濾池，進(jìn)行物理擠壓、過濾后排出，得到含水量極低的漆渣。

2 復(fù)配藥劑的篩選

選擇5種藥劑A、B、C、D、E，其中藥劑A為絮凝劑，藥劑B為助凝劑，藥劑C為膨潤土，藥劑D、E為鋁鹽混凝劑。以藥劑A、B為基礎(chǔ)，分別與藥劑C、D、E復(fù)配得到4種復(fù)配藥劑(表1)，比較其對噴漆廢水的處理效果，以確定最佳復(fù)配藥劑。

2.1 4種復(fù)配藥劑對噴漆廢水的處理效果(圖2)

從圖2可知，未加混凝劑D、E的復(fù)配藥劑1和2對噴漆廢水的處理效果不是很好，排水后渣量分別為58.890 g和55.940 g；加入混凝劑D、E的復(fù)配藥劑3和4對噴漆廢水的處理效果較好，排水后渣量分別為51.461 g和50.277 g。這是因?yàn)椋瑥?fù)配藥劑1和2中的絮凝劑A和助凝劑B使噴漆廢水中有機(jī)分子間形成價(jià)橋，生成相對分子質(zhì)量較大的分子，沉降下來而產(chǎn)生沉淀，導(dǎo)致排水后渣量較多；而復(fù)配藥劑3和4由于加入了混凝劑D、E，極易與漆霧顆粒表面的H+、OH-等生成氫鍵產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象[5]，并且大量的陰離子能夠與漆霧分子鏈中釋放的金屬陽離子以離子鍵結(jié)合形成絮體，使得噴漆廢水中的有機(jī)小粒子混凝效果更好，沉降更緊實(shí)，含水量更少。綜合考慮，選擇復(fù)配藥劑3處理噴漆廢水，即藥劑A、D、B三者復(fù)配。

表1 復(fù)配藥劑的組成/g

Tab.1 Composition of compound agents/g

注：以100 g噴漆廢水計(jì)。

圖2 4種復(fù)配藥劑對噴漆廢水的處理效果Fig.2 Treatment effect of four compound agents to paint-spraying wastewater

2.2 復(fù)配藥劑3的組成優(yōu)化

先固定藥劑A投加量為7.00 g、藥劑B投加量為10.00 g，改變藥劑D的投加量，考察其對噴漆廢水處理效果的影響；然后固定藥劑D投加量為2.00 g、藥劑B投加量為10.00 g，改變藥劑A的投加量，考察其對噴漆廢水處理效果的影響；最后固定藥劑A投加量為4.00 g、藥劑D投加量為2.00 g，改變藥劑B的投加量，考察其對噴漆廢水處理效果的影響，結(jié)果見表2。

從表2可知，綜合比較排水后渣量、漆渣凝聚狀態(tài)、噴漆廢水澄清度等，組成為ADB的復(fù)配藥劑3的最佳投加量分別為4.00 g、2.00 g、4.00 g。用此組成的復(fù)配藥劑3處理噴漆廢水，排水后渣量為15.000 g，漆渣凝聚，水體澄清，處理效果較好。

2.3 氧化劑H對處理效果的影響

表2 復(fù)配藥劑3的組成優(yōu)化/g

Tab.2 Composition optimization of compound agent 3/g

據(jù)報(bào)道，氧化劑可以提高渣的沉降性能[4]。增加H2O2用量可以產(chǎn)生更多的HO-，提高氧化能力；但如果H2O2用量過多，HO-和H2O2反應(yīng)的幾率會(huì)增加[5-7]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氧化劑H會(huì)對噴漆廢水進(jìn)行氧化分解，與鋁鹽混凝劑共同作用，促進(jìn)凝聚。因此，在組成為ADB的復(fù)配藥劑中加入氧化劑H，用于處理噴漆廢水，排水后渣量由15.000 g降至12.242 g(圖3)。這是因?yàn)椋趸瘎〩破壞了噴漆中有機(jī)物間的鍵，使得有機(jī)物碎片更易產(chǎn)生價(jià)橋，形成分子結(jié)構(gòu)更緊實(shí)的大分子沉降下來，最終使得漆渣含水量大幅減少。

圖3 不同組成的復(fù)配藥劑對噴漆廢水的處理效果Fig.3 Treatment effect of compound agent with different compositions to paint-spraying wastewater

2.4 絮凝劑A對處理效果的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入氧化劑H后絮凝劑A對處理效果影響不大。因此，在組成為ADHB的復(fù)配藥劑中去掉絮凝劑A，同時(shí)將藥劑D配制成30%的水溶液，藥劑D、H、B的投加量分別為4.00 mL、2.00 mL、6.00 g，用于處理噴漆廢水，排水后渣量由12.242 g進(jìn)一步降至7.968 g(圖3)，且漆渣凝聚狀態(tài)和噴漆廢水澄清度都十分良好。

2.5 3種組成的復(fù)配藥劑對噴漆廢水處理效果的對比

分別采用組成為ADB、ADHB、DHB的復(fù)配藥劑處理噴漆廢水，其效果如圖4所示。

圖4 不同組成的復(fù)配藥劑對噴漆廢水的處理效果Fig.4 Treatment effect of compound agent with different compositions to paint-spraying wastewater

從圖4可知，用組成為DHB的復(fù)配藥劑處理噴漆廢水，漆渣凝聚狀態(tài)和噴漆廢水澄清度都十分良好。

實(shí)際應(yīng)用中，若按100 t噴漆廢水計(jì)，其成本估算見表3。

表3 成本估算

Tab.3 Cost estimation

從表3可知，按100 t噴漆廢水計(jì)，采用組成為DHB的復(fù)配藥劑處理噴漆廢水的藥劑成本較采用組成為ADB的復(fù)配藥劑降低3.63萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著；在DHB投加量分別為1.0 kg、1.5 kg、9.8 kg(均以100 t噴漆廢水計(jì))時(shí)，排水后渣量為7.968 t。因此，綜合處理效果、漆渣量及經(jīng)濟(jì)成本，采用組成為DHB的復(fù)配藥劑處理噴漆廢水效果最佳。

3 結(jié)論

以某噴漆工段產(chǎn)生的噴漆廢水為研究對象，以最少藥劑用量和最少渣量為目標(biāo)，優(yōu)選得到了最佳的復(fù)配藥劑DHB，在其投加量分別為4.00 mL、2.00 mL、6.00 g(均以100 g噴漆廢水計(jì))時(shí)，排水后渣量為7.968 g。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在藥劑D、H、B投加量分別為1.0 kg、1.5 kg、9.8 kg(均以100 t噴漆廢水計(jì))時(shí)，排水后渣量為7.968 t，藥劑成本為6.37萬元，較組成為ADB的復(fù)配藥劑降低成本3.63萬元。表明，在處理漆渣廢水的過程中，投加合適的藥劑可以大幅減少漆渣總量，降低漆渣的含水量，提高經(jīng)濟(jì)效益。