沉淀法处理喷漆废水过程中复配药剂的筛选

曹慧敏，李新迪，王子倩，刘文瑶，杨 帆，邵子建,薛建良

(山东科技大学安全与环境工程学院，山东 青岛 266590)

油漆、涂料的广泛使用所带来的环境问题日益突出。喷漆工艺[1]一般为:预清理、表调磷化、水洗、电泳底漆、水洗、电泳底漆烘干、PVC底涂、打磨、喷涂中漆及烘干、打磨、喷涂面漆及烘干、涂罩光漆及烘干、检查。喷漆过程产生的废水经沉淀处理后会产生大量的漆渣，据统计，仅汽车喷涂行业每年就产生漆渣数万吨[2]。漆渣中含有镍、铬等重金属以及烷烃、苯系物、醇类、醛类等有机物，严重污染环境，威胁人类健康[3]。为此，作者遵循废物减量化原则，以某喷漆工段产生的喷漆废水为研究对象，采用沉淀法处理，对药剂的复配及投加量进行探讨，以达到减少漆渣总量、降低经济成本、防治环境污染的目的。

1 沉淀法处理喷漆废水的工艺流程

喷漆废水经搅拌池、压滤池后得到漆渣，如图1所示。

图1 沉淀法处理喷漆废水的工艺流程Fig.1 Process flow of paint-spraying wastewater treatmentby precipitation method

具体步骤如下：喷漆废水经搅拌池进水口进入，投入复配药剂，搅拌使其充分反应，静止沉降；上部清澈透明的液体从较高处排水口排出，进行生化处理，确保废水达标、稳定排放；底部含水量较高的漆渣从底部排渣口进入压滤池，进行物理挤压、过滤后排出，得到含水量极低的漆渣。

2 复配药剂的筛选

选择5种药剂A、B、C、D、E，其中药剂A为絮凝剂，药剂B为助凝剂，药剂C为膨润土，药剂D、E为铝盐混凝剂。以药剂A、B为基础，分别与药剂C、D、E复配得到4种复配药剂(表1)，比较其对喷漆废水的处理效果，以确定最佳复配药剂。

2.1 4种复配药剂对喷漆废水的处理效果(图2)

从图2可知，未加混凝剂D、E的复配药剂1和2对喷漆废水的处理效果不是很好，排水后渣量分别为58.890 g和55.940 g；加入混凝剂D、E的复配药剂3和4对喷漆废水的处理效果较好，排水后渣量分别为51.461 g和50.277 g。这是因为，复配药剂1和2中的絮凝剂A和助凝剂B使喷漆废水中有机分子间形成价桥，生成相对分子质量较大的分子，沉降下来而产生沉淀，导致排水后渣量较多；而复配药剂3和4由于加入了混凝剂D、E，极易与漆雾颗粒表面的H+、OH-等生成氢键产生絮凝现象[5]，并且大量的阴离子能够与漆雾分子链中释放的金属阳离子以离子键结合形成絮体，使得喷漆废水中的有机小粒子混凝效果更好，沉降更紧实，含水量更少。综合考虑，选择复配药剂3处理喷漆废水，即药剂A、D、B三者复配。

表1 复配药剂的组成/g

Tab.1 Composition of compound agents/g

注：以100 g喷漆废水计。

图2 4种复配药剂对喷漆废水的处理效果Fig.2 Treatment effect of four compound agents to paint-spraying wastewater

2.2 复配药剂3的组成优化

先固定药剂A投加量为7.00 g、药剂B投加量为10.00 g，改变药剂D的投加量，考察其对喷漆废水处理效果的影响；然后固定药剂D投加量为2.00 g、药剂B投加量为10.00 g，改变药剂A的投加量，考察其对喷漆废水处理效果的影响；最后固定药剂A投加量为4.00 g、药剂D投加量为2.00 g，改变药剂B的投加量，考察其对喷漆废水处理效果的影响，结果见表2。

从表2可知，综合比较排水后渣量、漆渣凝聚状态、喷漆废水澄清度等，组成为ADB的复配药剂3的最佳投加量分别为4.00 g、2.00 g、4.00 g。用此组成的复配药剂3处理喷漆废水，排水后渣量为15.000 g，漆渣凝聚，水体澄清，处理效果较好。

2.3 氧化剂H对处理效果的影响

表2 复配药剂3的组成优化/g

Tab.2 Composition optimization of compound agent 3/g

据报道，氧化剂可以提高渣的沉降性能[4]。增加H2O2用量可以产生更多的HO-，提高氧化能力；但如果H2O2用量过多，HO-和H2O2反应的几率会增加[5-7]。实验发现，氧化剂H会对喷漆废水进行氧化分解，与铝盐混凝剂共同作用，促进凝聚。因此，在组成为ADB的复配药剂中加入氧化剂H，用于处理喷漆废水，排水后渣量由15.000 g降至12.242 g(图3)。这是因为，氧化剂H破坏了喷漆中有机物间的键，使得有机物碎片更易产生价桥，形成分子结构更紧实的大分子沉降下来，最终使得漆渣含水量大幅减少。

图3 不同组成的复配药剂对喷漆废水的处理效果Fig.3 Treatment effect of compound agent with different compositions to paint-spraying wastewater

2.4 絮凝剂A对处理效果的影响

实验发现，加入氧化剂H后絮凝剂A对处理效果影响不大。因此，在组成为ADHB的复配药剂中去掉絮凝剂A，同时将药剂D配制成30%的水溶液，药剂D、H、B的投加量分别为4.00 mL、2.00 mL、6.00 g，用于处理喷漆废水，排水后渣量由12.242 g进一步降至7.968 g(图3)，且漆渣凝聚状态和喷漆废水澄清度都十分良好。

2.5 3种组成的复配药剂对喷漆废水处理效果的对比

分别采用组成为ADB、ADHB、DHB的复配药剂处理喷漆废水，其效果如图4所示。

图4 不同组成的复配药剂对喷漆废水的处理效果Fig.4 Treatment effect of compound agent with different compositions to paint-spraying wastewater

从图4可知，用组成为DHB的复配药剂处理喷漆废水，漆渣凝聚状态和喷漆废水澄清度都十分良好。

实际应用中，若按100 t喷漆废水计，其成本估算见表3。

表3 成本估算

Tab.3 Cost estimation

从表3可知，按100 t喷漆废水计，采用组成为DHB的复配药剂处理喷漆废水的药剂成本较采用组成为ADB的复配药剂降低3.63万元，经济效益显著；在DHB投加量分别为1.0 kg、1.5 kg、9.8 kg(均以100 t喷漆废水计)时，排水后渣量为7.968 t。因此，综合处理效果、漆渣量及经济成本，采用组成为DHB的复配药剂处理喷漆废水效果最佳。

3 结论

以某喷漆工段产生的喷漆废水为研究对象，以最少药剂用量和最少渣量为目标，优选得到了最佳的复配药剂DHB，在其投加量分别为4.00 mL、2.00 mL、6.00 g(均以100 g喷漆废水计)时，排水后渣量为7.968 g。实际应用时，在药剂D、H、B投加量分别为1.0 kg、1.5 kg、9.8 kg(均以100 t喷漆废水计)时，排水后渣量为7.968 t，药剂成本为6.37万元，较组成为ADB的复配药剂降低成本3.63万元。表明，在处理漆渣废水的过程中，投加合适的药剂可以大幅减少漆渣总量，降低漆渣的含水量，提高经济效益。