水性漆废水混凝剂及其应用

芦洪涛，谢爱军，石昌敏

（1. 沈阳市石油化工研究院, 辽宁 沈阳110036； 2. 上海立昌环境工程有限公司, 上海200135）

水性漆废水混凝剂及其应用

芦洪涛1，谢爱军2，石昌敏2

（1. 沈阳市石油化工研究院, 辽宁 沈阳110036； 2. 上海立昌环境工程有限公司, 上海200135）

近年来水性漆在工业中的应用越来越广泛，特别是在汽车工业中已经广泛应用。传统的混凝剂和漆雾凝聚剂已经不能有效的处理含水性漆的废水。通过硫酸铝与季铵盐在60 ℃下反应生成聚电解质，并把该聚电解质与阳离子聚丙烯酰胺复配，制成混凝剂。通过对含有水性漆废水的混凝实验，确认混凝剂可用于处理含水性漆废水，也可作为漆雾凝聚剂，用来处理含有水性漆的漆雾吸收循环水，能够有效地降低漆渣含水率及废水的化学需氧量（COD）。

混凝剂； 水性漆； 废水； 漆雾凝聚剂； 涂装车间

水性漆是指通过树脂改性增加极性功能键数量，同时辅以表面活性剂，从而形成以水为分散剂的油漆种类[1]。

水性漆因为大多以纯水为主要溶剂，在涂装作业中也以纯水为主要稀释剂调节涂料黏度，大大降低了喷涂过程中挥发性有机化合物（VOC）的排放。水性漆虽然也含有有机溶剂，但含量只有传统溶剂型漆的1/10～1/7[2]，在环境问题日趋严重的今天，水性漆代替传统溶剂型漆已经成为必然趋势。目前国际上，较大的工业涂料生产厂商都逐步用水性漆产品代替溶剂型漆，尤其是在汽车工业领域，如车身涂装采用溶剂型漆，一般生产过程中VOC的排放要超过 120 g/m3,而采用水性中涂及面漆，可以将VOC排放降低到40 g/m3以下[3]。目前各大汽车生产厂采用的汽车面漆基本已经全部水性化，水性中涂漆也在一些厂商的涂装线上应用。

由于国内湿式涂装车间循环水中所用的漆雾凝聚剂大都沿用溶剂型漆时代的药剂，不能有效地处理水性漆，存在着循环水运行时间短、污水排放量大等问题。而水性涂料生产企业生产过程中也产生大量的废水，由于水性漆在水中分散的性质，使得含有水性漆的废水处理更加困难。在处理含有水性漆的废水过程中，经常碰到泡沫大，破乳不完全，浊度降低困难，影响后续生化处理效果，造成排放不达标；分离出来的漆渣含水率高等诸多问题。

针对这种情况，我们制备出阳离子混凝剂，已应用于浙江某涂料生产企业废水处理工艺中；并作为漆雾凝聚剂，应用于上海部分汽车零部件厂水性漆涂装线，基本满足了用户的要求。

1 实验部分

1.1 混凝剂的制备

1.1.1 仪器与药品

（1）硫酸铝（分析纯）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）、稀硫酸、去离子水。

（2）三口烧瓶、温度计、电动搅拌器、水浴锅、酸度计。

1.1.2 实验步骤

(1)用去离子水配制如下溶液

① 硫酸铝20%水溶液；

② DMDAAC 10%水溶液；

③ CPAM 0.6%的水溶液。

(2) 将一定量的上述DMDAAC溶液和硫酸铝溶液加入三口瓶中，在水浴加热的条件下反应一段时间，冷却后加入一定量的CPAM溶液，并用稀硫酸调节pH值至3左右。

(3) 不同反应配比、温度及时间条件下，得到的样品室温下放置3个月，对稳定、无絮体、无沉淀产生的样品进行水性漆废水混凝实验。

1.2 混凝实验

1.2.1 仪器与药品

仪器：500 mL烧杯、磁力搅拌器、pH试纸、100 mL量筒、5 mL注射器、1 mL注射器。

药品：水性漆、混凝剂、pH调节剂（30%氢氧化钠水溶液）。

1.2.2 实验步骤

（1）500 mL烧杯中加入400 mL自来水。

（2）烧杯中加入磁子，置于磁力搅拌上。

（3）边搅拌边向烧杯中加入1 mL水性漆。

（4）加入药剂（每次加入0.1～0.5 mL）。

（5）调节pH值至8～9（每次加入药剂之后）。

（6）搅拌试样2～3 min。

（7）停止搅拌：观察漆水分离及水质情况。

（8）如果漆水分离完全，水质清。则继续进行下一步实验。如漆水分离不完全，水质较差则重复4到7步骤。

（9）记录药剂使用量。

1.2.3 水质判断标准

水质用肉眼判断为极清、清、略浊、浊、不透明5个等级，在量筒底部用黑色记号笔画1个十字，将除去漆渣的水加入量筒，到从上方看不到十字为止，记录加入水的体积（mL），按以下规定判定等级：

（1）不透明 0.1～5 mL 时看不见十字；

（2）浊 6～25 mL 时看不见十字；

（3）略浊 26～50 mL 时看不见十字；

（4）清 51～75 mL 时看不见十字；

（5）极清 无色无悬浮物。76～100 mL 可看见十字。

1.3 漆渣含水率实验

1.3.1 仪器与药品

滤袋、电子天平、烘箱。

1.3.2 实验步骤

（1）混凝实验的漆渣用滤袋过滤后称重得W1;

（2）称重后的漆渣放入烘箱105 ℃烘4 h;

（3）烘干后的漆渣称重得W2，并计算漆渣含水率，漆渣含水率=[(W1-W2)/W1]×100%。

1.4 化学需氧量（COD）检测

采用连华科技的5B-1型消解仪及5B-3（C）型COD快速测定仪测定。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

制备实验中，温度控制在60 ℃左右，低于60℃不反应，高于 65 ℃都在短时间内产生凝胶。对制备的样品进行稳定性观察，能存放90天以上的样品，进行混凝试验。对混凝试验通过的样品，测量漆渣含水率及处理前后的COD变化，实验结果见表1。

表1 实验结果Table 1 Result of test

优选出：硫酸铝和 DMDAAC反应的物质的量 之比为8︰1，反应条件为60 ℃下反应3 h。药剂中各成分的质量分数见表2。

表2 成分含量Table 2 Components content

混凝实验中达到了漆水完全分离，水质清的标准，最小使用量为0.2 mL，漆渣含水率约为65%。COD去除率约为29.6%，混凝实验效果见图1。

图1 混凝实验效果Fig. 1 Result of coagulation test

2.2 混凝剂作用机理

由于水性漆废水中的胶体颗粒一般都带有负电荷，而该混凝剂是带有高价正电荷的聚电解质，当混凝剂加入废水中，由于带相反电荷离子的电性中和作用使得固体颗粒发生凝聚。另外由于该聚电解质于具有一定的表面活性，废水中的微粒被表面活性物质覆盖之后，由于这些微粒上的表面活性剂的碳氢链相互键合形成架桥作用而凝聚[4]，配合混凝剂中的阳离子聚丙烯酰胺的吸附架桥作用，使得水性漆废水中的颗粒能够快速的分离出来，达到净水的目的。另外，由于混凝剂是阳离子型的，吸附导致的电荷中和，渗透压效应对漆渣含水率的影响起主要作用，链状高分子伸长而产生熵的收缩力，使得漆渣的平衡体积减小[5]，从而降低了漆渣的含水率。

3 实际应用

该混凝剂可作为漆雾凝聚剂应用于涂装车间水性漆漆雾吸收循环水处理系统中，也可作为混凝剂应用于含有水性漆的废水处理工艺中。

作为漆雾凝聚剂的使用工艺为：

投加方式：计量泵；

投加位置：漆雾喷漆车间出水口；

日使用量：日喷漆量的10%～15%；

注意事项：（1) 用计量泵投加 pH调节剂，

保持漆雾吸收循环水pH值8～9。（2) 及时去除水中已分离出的漆渣。

目前，该混凝剂已作为漆雾凝聚剂，应用于上海某汽车零部件厂水性漆涂装线漆雾吸收循环水处理系统中,循环水使用周期由原来的2周，增加到4个月，预计年减少工业污水排放2 800 t。漆渣含水率由原来的90%降低到70%，预计每年减少固体废弃物排放约60 t。

作为混凝剂应用于浙江某涂料厂废水的预处理工艺，后续采用原有的生物接触氧化法进行处理，出水达到最新的《涂料工业水污染物排放标准》要求，而不必改变原有的处理工艺或增加预处理环节，节约了设备改造成本。应用效果得到了用户的充分认可。

[1] 周宪民，张蕾，黄大勇.Pal系列油漆絮凝剂在水性漆废漆处理中的应用[J].汽车工艺与材料，2006(3)：32-34.

[2] 邢汶平，吴贵生.水性漆喷涂解决方案的探讨[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，2009，32(B11)：232-235.

[3] 王浩，路慧喜，徐春.水性漆在汽车车身涂装上的应用[J].涂料工业，2010，40(4)：33-36.

[4] 梁为民.凝聚与絮凝[M].北京：冶金工业出版社，1987：23-25.

[5] 永泽 满，滝泽 章.高分子水处理剂[M].北京：化学工业出版社，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

芦洪涛（1977-），男，工程师，辽宁沈阳人，2000年毕业于辽宁大学应用化学专业，研究方向：目前主要从事工业循环水处理剂及工业清洗剂的研发工作。E-mail：chemistry.lht@gmail.com。