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淺談水性涂料涂裝污水的處理方法

發布日期:2020-03-07 17:28
 文/李琴

摘要:介紹了水性涂料涂裝污水的處理流程和處理案例,并對處理過程中的輔助設備進行了概述。

關鍵詞:水處理;水性涂料;輔助設備

 

0 引言

隨著國家環保要求越來越嚴格,國家對環境污染的治理也越來越重視,水性涂料在涂料行業中的市場份額亦逐年增長。水性涂料在集裝箱、汽車及零部件、工程機械、家具等眾多產品涂裝上得到應用,隨之產生的涂裝廢水排放也在逐漸增多,相應的水性涂料涂裝廢水處理成了現在很多企業頭疼的難題。

 

1 水性涂料分類

凡是以水作為分散劑的樹脂類涂料,均可以稱為水性涂料。市面上常見的水性涂料類型可分為:聚氨酯型、環氧樹脂型、丙烯酸樹脂型和醇酸樹脂型。

1.1 聚氨酯型水性涂料

水性聚氨酯涂料包括水溶型、水乳化型和水分散型。根據分子結構可劃分為線型和交聯型,且均存在單組分、雙組分兩種體系。水性聚氨酯涂料除了具有溶劑型聚氨酯涂料的良好性能外,還具有硬度高、附著力強、不易腐蝕、耐溶劑等優點。但目前國內水性聚氨酯涂料的發展還受著原材料、固化劑、交聯劑等的限制,因此,研制出相對應的原材料、助劑也是水性聚氨酯涂料的發展關鍵。

1.2 環氧樹脂型水性涂料

環氧樹脂型水性涂料是由雙組分組成:一種組分為疏水性環氧樹脂分散體(乳液);另一種組分為親水性的胺類固化劑,其中的關鍵在于疏水性環氧樹脂的乳化。

1.3 丙烯酸樹脂型水性涂料

丙烯酸樹脂型水性涂料大致可分為:單組分型、高性能型、高固化型3種類型。要將不耐溶劑的丙烯酸樹脂原料制備成耐溶劑的水性丙烯酸樹脂涂料是比較困難的事情,目前研究的熱點在于丙烯酸樹脂原料的改性,這種技術被稱為“活聚合”,可以很好地控制丙烯酸樹脂的分子量及其化學結構(單體排列順序等)與分布。

1.4 醇酸樹脂型水性涂料

醇酸樹脂型水性涂料的開發經歷了外乳化和內乳化2個階段,目前主要使用內乳化法合成水性醇酸樹脂分散體。內乳化法是將聚合物中的羧基或氨基分別用適當的堿或酸中和,使聚合物可分散于水中。雖然水性醇酸樹脂涂料具有很好的涂刷性及光滑性等優點,但也存在涂膜干燥緩慢、硬度低和耐腐蝕性差等缺點,需要通過改性來滿足這些性能要求。目前人們對水性醇酸樹脂的改性主要包括物理改性和化學改性,其中以丙烯酸樹脂、有機硅樹脂和苯乙烯改性的效果最為顯著。

 

2 水性涂料涂裝污水特點

水性涂料的涂裝污水量一般較大,且多是采取循環模式,溶于水中的水性涂料若未及時與水體分離,容易導致涂料沉底、循環水槽發臭,對污水處理操作場所的空氣產生污染,同時也會影響操作者的身體健康。集裝箱、主機廠的水性涂裝污水有機物含量高,污水COD值可達1000~30000mg/L,若不及時把污水中的有機物與水體分離,這么高COD值的污水送去污水處理站一次性處理成本很高。由于以上涂裝污水的特點,為了節省污水處理費用以及使污水能達到相應地區的環保排放要求,涂裝污水需及時進行處理使污水中的水性涂料成分從水中分離出來。

 

3 水性涂料涂裝污水處理流程

市面上正宗的水性涂料涂裝污水處理技術關鍵在于破壞水性涂料污水的乳化體系或者是穩定的水溶性體系,使水中的水性涂料以礬花顆粒形式存在,然后加入絮凝劑,將水中以礬花顆粒形式存在的水性涂料絮凝成團,渣水分離后,水體可循環使用。市面上偽水性涂料涂裝廢水處理關鍵在于加破乳劑破壞乳化體系之前需使用除黏劑除掉偽水性涂料的黏性。

3.1 破乳作用

破乳作用又稱為反乳化作用,乳液的穩定體系完全被破壞掉,發生油水兩相分層的現象。破乳方法大致分為機械法、物理法和物理化學法。機械法主要是利用外力使乳液破乳,如離子分離器。物理法有電沉積法、過濾法、超聲波破乳法,其中電沉積法是利用高壓靜電場使分散相聚集,過濾法是通過多孔性材料達到破乳,且在使用超聲波破乳法過程中超聲波的強度不能過大,否則會影響破乳效果。物理化學法主要是通過改變乳液類型或者界面性質從而降低乳液穩定性,進而達到破乳的效果。

3.2 涂裝污水常用處理技術

常用的處理技術有物理化學法和生物法。由于污水污染物濃度高,B/C值小于0.3,可生化性較差,在實際處理過程中,常采用預處理和生物法組合的處理方式。涂裝污水常見處理工藝流程見圖1。

 

4 水性涂料處理藥劑選型

4.1 水性涂料處理藥劑組成

水性涂料處理藥劑一般包含助劑、水性涂料分離劑和絮凝劑。助劑分為無機混合類、有機類,主要起混凝作用。水性涂料分離劑為聚合高分子樹脂,對涂料中樹脂、顏料等難以析出成分進行分離。該產品屬于陽離子型高分子復合材料,分子主鏈上帶有大量正電荷基團,具有超強的破乳能力,它通過與可溶性分子中的羥基、磺酸基等陰離子基團產生電性中和,形成易于捕捉吸附絮凝的顆粒物。絮凝劑主要成分為不同聚合度、不同離子度的聚丙烯酰胺,分為陰離子型、陽離子型、改性兩性離子型,在實際應用中需根據待處理水體的實際情況選定絮凝劑的類型。絮凝劑的作用主要是將水中以礬花顆粒形式存在的水性涂料絮凝成團,從而達到渣水分離的目的。

圖1涂裝污水覺處理工藝流程

4.2 水性涂料處理藥劑使用

首先在實驗室進行小樣試驗確定水性涂料處理藥劑組合方案。一般是在客戶生產線上取廢水或涂料樣,帶回實驗室,經模擬現場環境條件分析后再提供現場廢水(涂料)處理方案。實驗室小樣模擬試驗效果判定標準需根據客戶的實際處理要求來定,比如要求處理后涂料廢渣上浮或者下沉,兩種不同要求情況下其水性涂料處理藥劑的組合方案亦會有所不同。其次根據實驗室小樣模擬試驗結果對水性涂料處理藥劑在污水現場處理過程中應用提出建議方案。比如污水處理現場多為連續式處理,藥劑亦需采用計量泵持續添加。但有的客戶現場采用間斷式處理方式,如采取箱式處理法,一箱污水定量一次性處理,這種情況藥劑在添加時需采用一次性投放。最后需根據客戶現場的處理設備的不同,及時合理安排藥劑添加點。一般現場為循環水槽式的處理體系時,助劑及水性涂料分離劑在進水口添加,絮凝劑在回流區添加。若現場污水是采取箱式批量處理法,藥劑添加點便沒有要求,但建議在箱體中增設攪拌設備,以便藥劑能夠在水體中充分分散及作用。因而水性涂料處理藥劑在實際應用過程中需經過小樣試驗過程、現場藥劑調試過程后才能確定最終的藥劑使用方案。

 

5 水性涂料廢水處理案例

水性涂料廢水處理涉及到汽車及其零部件、集裝箱等行業,下面以某集裝箱公司水性涂裝污水處理為例進行說明,其處理流程示意見圖2。

某集裝箱公司水性涂料涂裝污水水量為20m3/d;

處理前后水質參數見表1。

圖2某公司水性涂裝污水處理流程

表1涂裝廢水處理前后水質參數

該污水經過初步處理后COD仍達到7000mg/L左右,可回循環槽繼續使用,循環周期可達到6個月至1年。待水質循環使用壽命達到6個月至1年時,由于水體COD等指標依舊偏高,不能直接排放,因而需要進一步處理以使污水指標達到GB838—2002Ⅳ類水標準的排放規定。具體排放標準見表2。

表2具體排放標準

后續處理工藝流程如下:生產廢水→絮凝沉淀→廢水調節池→厭氧池→兼氧池→接觸氧化池→MBR膜池→臭氧氧化池→排放。

 

6 輔助設備概述

輔助設備主要為渣水分離設備與廢渣脫水設備。渣水分離設備為渣水分離刮泥一體機,分為氣浮機和沉降分離機。廢渣脫水設備包含板框壓濾機、疊螺機、離心機、烘干設備等。

渣水分離設備的作用是將水性涂料廢渣與水體分離,水體可以進循環槽繼續使用,亦可以進入污水后處理階段,各指標達標后直接排放。
廢渣脫水設備的作用是降低廢渣中的含水率,且降低廢渣的質量,進而降低固體垃圾的處理費用。溶劑型涂料涂裝產生的廢渣在2016年版的《國家危險廢物名錄》里屬于危固,必須付費交給具有處理危險廢棄物資質的專業公司處理;水性涂料涂裝產生的廢渣可向當地環保機構申請檢測評估,合格后,可當作一般廢棄物排放。通常廢涂料渣可通過高溫焚燒來處理,廢涂料渣大部分在高溫下被焚燒干凈,分解為CO2等無害氣體隨尾氣排放,小部分殘渣可以進入水泥生產中作為水泥的熟料使用,成為水泥制品,最終實現零污染。

 

7 結語

水性涂料涂裝污水經過水處理藥劑的初步處理,再配合水處理設備的情況下,經過生化等工序后,污水可以處理至達標排放,處理過程中所產生的廢渣也可以達標處理,最終達到對環境零污染的程度。

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