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浅谈水性涂料涂装污水的处理方法

发布日期:2020-03-07 17:28
 文/李琴

摘要:介绍了水性涂料涂装污水的处理流程和处理案例,并对处理过程中的辅助设备进行了概述。

关键词:水处理;水性涂料;辅助设备

 

0 引言

随着国家环保要求越来越严格,国家对环境污染的治理也越来越重视,水性涂料在涂料行业中的市场份额亦逐年增长。水性涂料在集装箱、汽车及零部件、工程机械、家具等众多产品涂装上得到应用,随之产生的涂装废水排放也在逐渐增多,相应的水性涂料涂装废水处理成了现在很多企业头疼的难题。

 

1 水性涂料分类

凡是以水作为分散剂的树脂类涂料,均可以称为水性涂料。市面上常见的水性涂料类型可分为:聚氨酯型、环氧树脂型、丙烯酸树脂型和醇酸树脂型。

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。根据分子结构可划分为线型和交联型,且均存在单组分、双组分两种体系。水性聚氨酯涂料除了具有溶剂型聚氨酯涂料的良好性能外,还具有硬度高、附着力强、不易腐蚀、耐溶剂等优点。但目前国内水性聚氨酯涂料的发展还受着原材料、固化剂、交联剂等的限制,因此,研制出相对应的原材料、助剂也是水性聚氨酯涂料的发展关键。

1.2 环氧树脂型水性涂料

环氧树脂型水性涂料是由双组分组成:一种组分为疏水性环氧树脂分散体(乳液);另一种组分为亲水性的胺类固化剂,其中的关键在于疏水性环氧树脂的乳化。

1.3 丙烯酸树脂型水性涂料

丙烯酸树脂型水性涂料大致可分为:单组分型、高性能型、高固化型3种类型。要将不耐溶剂的丙烯酸树脂原料制备成耐溶剂的水性丙烯酸树脂涂料是比较困难的事情,目前研究的热点在于丙烯酸树脂原料的改性,这种技术被称为“活聚合”,可以很好地控制丙烯酸树脂的分子量及其化学结构(单体排列顺序等)与分布。

1.4 醇酸树脂型水性涂料

醇酸树脂型水性涂料的开发经历了外乳化和内乳化2个阶段,目前主要使用内乳化法合成水性醇酸树脂分散体。内乳化法是将聚合物中的羧基或氨基分别用适当的碱或酸中和,使聚合物可分散于水中。虽然水性醇酸树脂涂料具有很好的涂刷性及光滑性等优点,但也存在涂膜干燥缓慢、硬度低和耐腐蚀性差等缺点,需要通过改性来满足这些性能要求。目前人们对水性醇酸树脂的改性主要包括物理改性和化学改性,其中以丙烯酸树脂、有机硅树脂和苯乙烯改性的效果最为显著。

 

2 水性涂料涂装污水特点

水性涂料的涂装污水量一般较大,且多是采取循环模式,溶于水中的水性涂料若未及时与水体分离,容易导致涂料沉底、循环水槽发臭,对污水处理操作场所的空气产生污染,同时也会影响操作者的身体健康。集装箱、主机厂的水性涂装污水有机物含量高,污水COD值可达1000~30000mg/L,若不及时把污水中的有机物与水体分离,这么高COD值的污水送去污水处理站一次性处理成本很高。由于以上涂装污水的特点,为了节省污水处理费用以及使污水能达到相应地区的环保排放要求,涂装污水需及时进行处理使污水中的水性涂料成分从水中分离出来。

 

3 水性涂料涂装污水处理流程

市面上正宗的水性涂料涂装污水处理技术关键在于破坏水性涂料污水的乳化体系或者是稳定的水溶性体系,使水中的水性涂料以矾花颗粒形式存在,然后加入絮凝剂,将水中以矾花颗粒形式存在的水性涂料絮凝成团,渣水分离后,水体可循环使用。市面上伪水性涂料涂装废水处理关键在于加破乳剂破坏乳化体系之前需使用除黏剂除掉伪水性涂料的黏性。

3.1 破乳作用

破乳作用又称为反乳化作用,乳液的稳定体系完全被破坏掉,发生油水两相分层的现象。破乳方法大致分为机械法、物理法和物理化学法。机械法主要是利用外力使乳液破乳,如离子分离器。物理法有电沉积法、过滤法、超声波破乳法,其中电沉积法是利用高压静电场使分散相聚集,过滤法是通过多孔性材料达到破乳,且在使用超声波破乳法过程中超声波的强度不能过大,否则会影响破乳效果。物理化学法主要是通过改变乳液类型或者界面性质从而降低乳液稳定性,进而达到破乳的效果。

3.2 涂装污水常用处理技术

常用的处理技术有物理化学法和生物法。由于污水污染物浓度高,B/C值小于0.3,可生化性较差,在实际处理过程中,常采用预处理和生物法组合的处理方式。涂装污水常见处理工艺流程见图1。

 

4 水性涂料处理药剂选型

4.1 水性涂料处理药剂组成

水性涂料处理药剂一般包含助剂、水性涂料分离剂和絮凝剂。助剂分为无机混合类、有机类,主要起混凝作用。水性涂料分离剂为聚合高分子树脂,对涂料中树脂、颜料等难以析出成分进行分离。该产品属于阳离子型高分子复合材料,分子主链上带有大量正电荷基团,具有超强的破乳能力,它通过与可溶性分子中的羟基、磺酸基等阴离子基团产生电性中和,形成易于捕捉吸附絮凝的颗粒物。絮凝剂主要成分为不同聚合度、不同离子度的聚丙烯酰胺,分为阴离子型、阳离子型、改性两性离子型,在实际应用中需根据待处理水体的实际情况选定絮凝剂的类型。絮凝剂的作用主要是将水中以矾花颗粒形式存在的水性涂料絮凝成团,从而达到渣水分离的目的。

图1涂装污水觉处理工艺流程

4.2 水性涂料处理药剂使用

首先在实验室进行小样试验确定水性涂料处理药剂组合方案。一般是在客户生产线上取废水或涂料样,带回实验室,经模拟现场环境条件分析后再提供现场废水(涂料)处理方案。实验室小样模拟试验效果判定标准需根据客户的实际处理要求来定,比如要求处理后涂料废渣上浮或者下沉,两种不同要求情况下其水性涂料处理药剂的组合方案亦会有所不同。其次根据实验室小样模拟试验结果对水性涂料处理药剂在污水现场处理过程中应用提出建议方案。比如污水处理现场多为连续式处理,药剂亦需采用计量泵持续添加。但有的客户现场采用间断式处理方式,如采取箱式处理法,一箱污水定量一次性处理,这种情况药剂在添加时需采用一次性投放。最后需根据客户现场的处理设备的不同,及时合理安排药剂添加点。一般现场为循环水槽式的处理体系时,助剂及水性涂料分离剂在进水口添加,絮凝剂在回流区添加。若现场污水是采取箱式批量处理法,药剂添加点便没有要求,但建议在箱体中增设搅拌设备,以便药剂能够在水体中充分分散及作用。因而水性涂料处理药剂在实际应用过程中需经过小样试验过程、现场药剂调试过程后才能确定最终的药剂使用方案。

 

5 水性涂料废水处理案例

水性涂料废水处理涉及到汽车及其零部件、集装箱等行业,下面以某集装箱公司水性涂装污水处理为例进行说明,其处理流程示意见图2。

某集装箱公司水性涂料涂装污水水量为20m3/d;

处理前后水质参数见表1。

图2某公司水性涂装污水处理流程

表1涂装废水处理前后水质参数

该污水经过初步处理后COD仍达到7000mg/L左右,可回循环槽继续使用,循环周期可达到6个月至1年。待水质循环使用寿命达到6个月至1年时,由于水体COD等指标依旧偏高,不能直接排放,因而需要进一步处理以使污水指标达到GB838—2002Ⅳ类水标准的排放规定。具体排放标准见表2。

表2具体排放标准

后续处理工艺流程如下:生产废水→絮凝沉淀→废水调节池→厌氧池→兼氧池→接触氧化池→MBR膜池→臭氧氧化池→排放。

 

6 辅助设备概述

辅助设备主要为渣水分离设备与废渣脱水设备。渣水分离设备为渣水分离刮泥一体机,分为气浮机和沉降分离机。废渣脱水设备包含板框压滤机、叠螺机、离心机、烘干设备等。

渣水分离设备的作用是将水性涂料废渣与水体分离,水体可以进循环槽继续使用,亦可以进入污水后处理阶段,各指标达标后直接排放。
废渣脱水设备的作用是降低废渣中的含水率,且降低废渣的质量,进而降低固体垃圾的处理费用。溶剂型涂料涂装产生的废渣在2016年版的《国家危险废物名录》里属于危固,必须付费交给具有处理危险废弃物资质的专业公司处理;水性涂料涂装产生的废渣可向当地环保机构申请检测评估,合格后,可当作一般废弃物排放。通常废涂料渣可通过高温焚烧来处理,废涂料渣大部分在高温下被焚烧干净,分解为CO2等无害气体随尾气排放,小部分残渣可以进入水泥生产中作为水泥的熟料使用,成为水泥制品,最终实现零污染。

 

7 结语

水性涂料涂装污水经过水处理药剂的初步处理,再配合水处理设备的情况下,经过生化等工序后,污水可以处理至达标排放,处理过程中所产生的废渣也可以达标处理,最终达到对环境零污染的程度。

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