聚合硫酸铁在水性乳胶漆中的应用

谢丽娟 杨建明 陈 刚

(攀枝花钢城集团协力有限公司，四川攀枝花，617000)

聚合硫酸铁在水性乳胶漆中的应用

谢丽娟 杨建明 陈 刚

(攀枝花钢城集团协力有限公司，四川攀枝花，617000)

采用聚合硫酸铁(PFS)对水性乳胶漆进行处理，分析了PFS、PAM等对不同浓度水性乳胶漆废水的处理，确定最佳投加量。并与漆雾絮凝剂处理效果进行对比，得出使用PFS不仅效果更优，而且成本低廉，操作便捷，可以替代漆雾絮凝剂。

聚合硫酸铁 水性乳胶漆 漆雾絮凝剂 渣水分离

水性乳胶漆是目前最为常用的涂装材料，因其采用水作为溶剂，不存在生产及施工过程中发生溶剂挥发，对周围环境造成污染，而且在使用过程中有机挥发物的释放量很低。VOC(有机挥发物)总量一般在标准允许范围内，是一种安全、卫生、环保的绿色建筑装饰涂料。但也因为这种水溶性的特质，所产生的废水必须进行渣水分离才能排入生活或工业废水处理站进行处理。虽然有市面有专用的漆雾絮凝剂销售，但普遍存在运行成本高的问题。本文拟采用一种廉价的絮凝剂PFS代替漆雾絮凝剂，在保证处理效果的同时，有效降低运行成本。

1 实验材料与设备

喷涂轨梁用水性乳胶漆洗涤废水(乳白色)，聚合硫酸铁(以下简称PFS)，聚丙烯酰胺(以下简称PAM)，氢氧化钠(AR)，漆雾絮凝剂(A+B剂)，以上药剂均为采购。

FA2104型电子分析天平，玻璃仪器一批，SS-1Z型悬浮物仪，pH试纸，JJ-8型磁力搅拌器。

2 实验步骤

(1)清洗喷涂设备产生的乳胶漆废水随着清洗的进行，浓度逐渐降低。根据现场情况，准备具有代表性的三种浓度废水：50%wt.废水，记为1#水样；25%wt.废水，记为2#水样；1%wt.废水，记为3#水样。

(2)配制1‰PAM水溶液：用分析天平准确称取1g PAM，置于装有1000mL蒸馏水的烧杯中，开启磁力搅拌器，以100r/min转速搅拌1h，待全部溶解后备用。配制2mol/L NaOH水溶液：取40g氢氧化钠溶解于500mL蒸馏水中搅拌后，备用。

(3)取水样200mL于2000mL烧杯中，一边缓慢加入定量PFS原液一边以150r/min速度快速搅拌20s；然后倒入氢氧化钠水溶液，保证pH值稳定在8左右；再一边缓慢加入定量的PAM溶液，一边以150r/min转速快速搅拌10s；最后降低搅拌速度，保持30r/min匀速搅拌30s。静置2h。

3 结果与讨论

3.1 废水处理条件的确定

本文以2#废水作为研究对象，考察了PFS投加浓度和pH值对渣水分离效果的影响。由图1所示，PFS投加量达到14.5g/L时，刚好可以实现完全的渣水分离，形成了凝固的饼状，其中含有少量水分，为处理2#废水的最佳投加量。由于PFS带有大量负电荷，水中存在正电荷越多越有利于长链结构的展开，达到更好的絮凝作用。如图2所示，随着pH值的上升，PFS的投加量有逐渐下降的趋势，由于废水中乳胶颗粒含量较高，PFS不需要完全展开，因此调高pH值对分离效果的促进不甚明显。而且，从经济角度而言，调整pH值需要引入成本较高的碱液。综合来看，针对较高浓度的废水时，直接投加PFS而不调整pH值更为合适。

3.2 不同浓度废水处理情况

为进一步找出药剂投加量与废水浓度的关系，并与漆雾絮凝剂进行对比，本文对三种具有代表性的浓度进行分析对比。如表1所示，药剂用量以刚好将漆渣从废水中分离出来为最佳投加量。1#废水浓度较高为50%wt.，含水量低，加入PFS后，一搅拌立即出现黄色、蓬松状固体渣滓(见图3(a))，因此没有继续添加PAM和NaOH溶液的必要，反应时间在30s以内即可完成。2#废水浓度为25%wt.，含水量有所增加，加入PFS后，废水中开始出现较大的颗粒，水量逐渐减少，出现沉淀趋势，静置一段时间后，整个烧杯凝结成饼状固体，内含少许富余水分。用玻璃棒拨开，内部为豆腐渣状凝聚物质(见图3(b))。此过程耗时1分钟。3#废水中乳胶颗粒少而分散，大量加入的PFS和PAM在酸性环境下并不能完全展开而捕捉乳胶颗粒，因此不能起到漆渣与水分离的作用。经实验，当向废水中加碱，保持pH值维持在8左右时，投加的PFS和PAM能够展开，并出现如图3(c)所示的棕色絮状粘性沉淀。综合来说，针对各种浓度的乳胶漆废水，PFS的用量较少，基本可以控制在30g/L以内。相比之下，漆雾絮凝剂的使用量比PFS用量大得多，并且都要使用碱液调整pH值，所形成的漆渣呈白色，浮于水面。渣量与废水中乳胶漆浓度成正比，浓度越高的废水，产生的漆渣越多。

图1 PFS投加量对渣水分离的影响

图2 pH值对加药量的影响

根据文献[1]报道，漆雾絮凝剂的作用原理是，A剂是一种线性高分子聚合物，对漆滴有很强的吸附性，而乳胶漆废水中带有一定量的电荷性，A剂与乳胶漆颗粒接触后，通过静电吸附使电荷发生转移失去了粘性，形成不稳定之细小颗粒，再加入B剂后，B剂被其A剂强烈吸附，由于B剂为长链网状高分子结构，使其形成较大颗粒而呈现上浮状况，与水分离，乳液成豆渣状悬浮于水面，从而净化水质。PFS可以取代漆雾絮凝剂的A、B两剂，主要是因为PFS化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-0.5n]m，其水溶液存在Fe(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe4O(OH)46+等以OH-作为架桥形成的多核配离子及大量的高分子化合物[2]，兼有凝聚和絮凝功能。PFS带有的负电荷可以克服微粒间的静电斥力，由Van der walls 引力引起微位相互聚结变大，发生凝聚效应；其次，PFS在水中展开成长链网状结构，通过架桥、卷扫作用，吸引胶体颗粒逐渐聚结变大沉淀，发生絮凝效应。

表1 不同浓度废水处理用药量对比

(a)1#水样 (b)2#水样 (c)3#水样图3 PFS处理不同浓度废水情况

3.3 经济指标对比

从表2所示，采用PFS处理费用明显低于漆雾絮凝剂数倍。处理1t废水，采用PFS至少可以节省1600余元。因为废水中乳胶漆量总是一定的，虽然1#处理费用最高，但是如果将所有废水折合成50%wt.浓度，3#废水因为水量增大，处理费用反而最高，1#、2#费用相当，2#略高于1#的原因在于加入了PAM。所以，在实际使用中建议控制洗涤产生的乳胶漆废水浓度在25%～50%，过低的浓度会增加处理费用。

表2 处理费用对比

注：等量浓度按50%wt.计算。

4 应用实践

攀枝花某轨梁厂因出口要求，对钢轨进行防锈喷涂。为防止喷嘴堵塞，每8h需要清洗一次喷嘴。由于是间歇式作业，每次清洗产生的乳胶漆废水用收集池收集，在喷涂作业结束后统一处理，浓度约为15%～25%wt.左右，平均喷涂1000t钢轨产生约1t废水。采用PFS对其进行处理，只需要搅拌装置和处理池即可。在处理过程中，发现废水与PFS一接触便迅速反应结块，与实验室结果一致。处理后余下的水因含有PFS，在排入污水处理站后，PFS还可以对污水中的悬浮物等杂质起到一定的絮凝作用。

由于处理过程需要充分搅拌，在第一次处理过程中搅拌设备力度不够，部分废水和药剂尚未接触便被周围已反应形成块状的漆渣包围、隔离，造成药剂用量比实验室用量增加一倍，而且在清理漆渣时发现渣中有白色凝结的乳胶漆(如图4所示)，使得漆渣粘性较大，不容易破碎，取出时困难。为此，作业人员对搅拌装置重新选型，增大功率和叶轮尺寸，同时将处理池变为圆形，减少边角摩擦阻力，确保搅拌充分均匀。经调整后，如图5所示，块状漆渣中基本没有未反应的乳胶漆，颜色均匀，所有漆渣有气孔产生，反应充分，药剂用量比实验室用量增加约20%～30%。但是由于搅拌负荷大，目前适合间歇式操作，连续操作的方式还在进一步研究中。

5 结语

相较于漆雾絮凝剂而言，PFS作处理药剂不仅价格便宜数十倍，而且处理效果又快又好，操作简单，优势十分明显，非常适合处理水性乳胶漆废水。目前，由于废水结渣速度快，搅拌负荷偏大，更适合于间歇式操作。关于应用于连续操作的方式方法尚在研究中。

图4 搅拌不均匀时凝结情况

图5 搅拌均匀后凝结情况

[1] 曾德芳，陈沁，姜晓博，等. 一种新型高效漆雾絮凝剂的制备与研究[J].徐州工程学院学报(自然科学版)，2014,29(1)：7-11.

[2] 常青.水处理絮凝学(第1版)[M].北京：化学工业出版社,200,105-110.

Application of PFS in Waterborne Emulsion Paint

XieLijuan,YangJianming,ChenGang

(PanzhihuaGangchenggroupcooperationlimitedcompany,Panzhihua617000,Sichuan,China)

This paper analyzes the treatment of water based latex paint with polymeric ferric sulfate (PFS), and analyzes the treatment of PFS and PAM in different concentrations of aqueous emulsion paint. Compared with the treatment effect of the paint mist flocculant, it is concluded that the use of PFS not only has better effect, but also has the advantages of low cost and convenient operation.

Polymeric ferric sulfate; waterborne emulsion paint; paint mist flocculant; Slag water separation