新型水性漆废水混凝剂研制

杨乐 许海

摘   要：为了高效处理水性漆喷涂废水，提高水性漆废水处理效果和减少漆渣产生量。研制了一组以聚合氯化铝（PAC）、壳聚糖（CTS）和聚丙烯酰胺（CPAM）为原料的新型水性漆废水混凝剂。研究表明，药剂配方中CTS含量与处理效果呈显著相关;分散剂（A剂）中CTS为3.75 g/L、PAC为50 g/L，A剂∶B剂投加比为1∶1时，废水处理效果较好;在相同的混凝条件下，小幅度调整药剂成分含量无法稳定降低漆渣含水率。

关键词：混凝剂;水性漆;漆雾凝聚剂;废水;涂装

水性漆主要是指以水为溶剂或分散介质的涂料，主要成分包括改性树脂和表面活性剂。在涂装使用过程中大多以纯水为稀释剂，其VOC废气挥发量远远低于溶剂型油漆。随着人民生活水平的提高，人们对环保、健康的要求越来越高，环保型水性漆涂装将逐步取代油漆涂装技术。目前，水性漆涂料在木器涂装和汽车涂装等方面已经开始广泛应用。

当前市场针对水性漆喷涂废水处理的药剂种类较少，且大都沿用溶剂型油漆废水处理药剂调整。由于漆料性质不同，往往漆雾凝剂药剂投加量大，处理成本高，产生漆渣含水率高，同时经常出现处理效果不稳定现象，影响正常生产。因此本实验针对水性漆特性，研究了一组以聚合氯化铝、壳聚糖[1]为原料的分散剂（A剂）和聚丙烯酰胺为原料的絮凝剂（B剂）共同组成的新型水性漆漆雾凝聚剂，分析3种原料含量对水性漆废水处理效果及漆渣含水率之间的关系，以期在提高水性漆废水处理效果的同时，降低漆渣含水率，减少固废的产生量。

1    实验

1.1  实验材料

实验原料：聚合氯化铝（PAC）购买于昌祥弘精细工贸有限公司;壳聚糖（CTS）购于上海中一化工有限公司;冰醋酸（分析纯）购于国药试剂有限公司;阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）、去离子水。

实验设备：电子天平FA2004型、电动搅拌器、500 mL烧杯、2 100 Q便携式浊度仪、烘箱。

1.2  实验方法

实验设计：通过正交设计实验（3因素3水平），根据实验结果分析漆雾凝聚剂A剂不同组分含量对处理效果的影响，确定最佳配方及AB剂的最佳投加比例。

混凝实验搅拌条件：加入B剂后，快速搅拌1.5 min后慢速搅拌1.5 min（快速为120 r/min、慢速60 r/min）[2]。

水质判断标准：利用浊度仪，对实验后期水浊度进行测定，检测实际使用效果。

漆渣含水率：采用烘干称重法测定漆渣前后质量，计算漆渣含水量。

2    实验过程

2.1  药剂配制

（1）1%冰醋酸水溶液;（2）A剂（A1～A9）配制：将一定量的CTS溶解于冰醋酸溶液中，搅拌均匀;加入PAC，搅拌均匀[3];（3）B剂配制：0.6%CPAM水溶液。

2.2  混凝实验

实验方案设计参数如表1所示。

（1）在500 mL烧杯中加入350 mL清水，加入5 mL水性油漆，搅拌均匀。

（2）按照方案要求加入A1～A9 1 mL，快速搅拌1 min。

（3）按照方案要求加入B剂，快速搅拌1.5 min后，慢速搅拌1.5 min。

（4）搅拌完成后静置5 min，利用过滤袋收集漆渣，利用烘干法测定含水率;并测定水样浊度。

3    结果与分析

3.1  混凝实验效果分析

对上述混凝实验结果进行对比分析，发现方案1～3的废水浊度较高，均为70 NTU以上;方案4～6水性漆处理效果优于方案7～9，浊度控制在30 NTU左右;其中方案4（A剂中CTS 为3.75 g/L、PAC为50 g/L、A剂∶B剂为1∶1）水性漆处理效果最佳（见图1）。同时，正交设计助手对水样处理效果和A剂中CTS质量浓度、PAC质量浓度、AB剂投加比例进行单因素方差分析，发现药剂的实际效果与CTS含量成显著相关，表明A剂中CTS质量浓度对药剂效果影响较大（见表2）。

可能原因为：混凝过程中，PAC与水性漆中微粒主要进行电中和反应，破坏微粒电稳结构，通过吸附架桥使絮体凝结，但絮体分散[4];而CTS分子链中的氨基通过与氢键作用[5]，使絮体颗粒带一定正电性，提高絮体的混凝效果。

3.2  漆渣含水分析

对上述混凝实验产生的漆渣含水率进行对比分析，方案3/5/7/9漆渣含水率较其他方案低，分别为95.3%、95.8%、95.0%、95.9%。对漆渣含水率和A剂中壳聚糖质量浓度、PAC质量浓度、AB剂投加比例进行单因素方差分析，发现药剂中各成分质量浓度、AB剂投加比与漆渣含水率均为非显著相关，壳聚糖、PAC、CPAM投加量对漆渣含水影响小。

漆渣含水主要与搅拌方式、搅拌强度及漆渣的形成过程相关[6]。由于在该实验中采用统一的搅拌方式、强度和同种类药剂，漆渣主要形态一致，各方案间漆渣含水率差异较小（见表3和图2）。同时也说明在上述混凝条件下，通过小范围调整药剂成分含量而达到调整漆渣含水率方式不可行。

3.3  药剂应用情况

该混凝剂主要用于涂装车间水性漆喷涂车间。该混凝剂已经替代原有油性漆混凝剂，在某模塑喷涂企业水性漆循环水处理系统中使用，循环水使用周期由原来的2个月增加至3个月，预计减少工业废水400 t/年，混凝剂使用量由12 t降低至8.7 t。

4    结语

研究确定了一种新型混凝剂配方，其中当A剂中CTS为3.75 g/L，PAC为50 g/L，A剂∶B剂为1∶1时，漆雾凝聚剂使用效果较好;在分散剂A剂成分中，助凝剂CTS分子链中的氨基通过与氢键作用，使絮体颗粒带一定正电性，可提高絮体的混凝效果;在实验条件中，漆渣含水率变化与混凝剂成分含量变化相关性较小。

本混凝剂可以有效地降低水性漆循环水系统中药剂的使用量，但在实际操作过程中，水性漆漆渣含水率较高。漆渣储存区域现场管理困难，易产生臭气;同时固渣的处理费较高。因此，通过混凝剂成分调整、搅拌调整等降低漆渣含水率方式有待进一步研究。

[参考文献]

[1]林静雯，邵绕蔚，王英刚，等.用改性壳聚糖复配PAC处理洗浴废水的研究[J].沈阳大学学报：自然科学版，2013，25（5）：350-354.

[2]李世阳，彭何军，胡拥军，等.水性漆洗涤废水的混凝条件优化[J].环境工程学报，2017，11（3）：1 587-1 592.

[3]程国君，沈 琦，于秀华，等.不同分子量壳聚糖配合PAC絮凝性能研究[J].安徽理工大学学报：自然科学版，2009，29（4）：35-38.

[4]王 郑，仲米贵，黄 雷，等.聚合氯化铝-壳聚糖复合絮凝剂的制备及其铝形态分布[J].科学技术与工程，2017，17（20）：199-205.

[5]毛玉红，冯俊杰，常 青，等.壳聚糖助凝对PAC混凝过程的影响[J].中国环境科学，2015，35（4）：1 096-1 102.

[6]王 莉，馮贵颖，田 鹏.新型复合絮凝剂在水处理中的应用[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2005，33（3）：149-152.