水性涂料生产中乳液废水处理

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摘要：介绍用絮凝剂法和深度氧化法处理水性涂料生产过程中废水。先用烧碱或石灰将废水的pH值调节到8~9,加入絮凝剂硫酸铝、有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺,静置清液满流，浓缩的沉淀经板框过滤,清液和滤液再经深度氧化，处理后的废水色度、COD、SS均可达排放标准，干泥作垃圾填埋。

关键词：乳液废水；破乳剂；絮凝剂；深度氧化

1废水来源及组成含量

水性涂料主要以丙烯酸乳液、EVA乳液、丁苯乳液或苯丙乳液等作为原料，其生产过程中本身并无工艺废水产生，但在原料液抽取、更换品种和清洗原料包装桶及设备时需用大量的水冲洗，从而产生白色的、稳定性很强的高浓度乳液废水。这种废水不是连续排放的，水质水量波动很大。一般每t水性涂料产品会产生0.2～1t废水，其中含有乳液、颜料、助剂、苯乙烯单体及丙烯酸单体等，COD（化学需氧量）浓度在3000～10000mg/L之间，色度和悬浮物也很高。这种废水既不能直接进入生产系统回用，排放又容易污染环境；也曾采用明矾破乳及超滤法等方法对其处理，但效果均不理想。本文采用絮凝剂法和深度氧化法处理水性涂料生产过程中废水，实现了达标排放。

2处理工艺流程及叙述

本研究新建了一套乳液废水处理装置，其工艺流程。流程叙述：生产车间间断排出的乳液废水，通过管道进入废水集中槽，不同浓度的废水在集中槽中经过一段时间的混合，成为杂质含量均匀一致的体系；启用上水泵将废水泵入pH调节槽，使用NaOH溶液（烧碱）或生石灰将废水的pH调节至8~9；废水进入絮凝反应槽，向其中加入破乳剂和絮凝剂，在搅拌的情况下，反应0.5h左右；停止搅拌，静置1h左右，废水分层；下层废泥使用废泥泵泵入板框压滤机压滤，干泥集中送固废填埋场填埋；滤液和絮凝反应的清液集中进入深度氧化反应槽，添加氧化剂，反应1h左右，经分析合格后，达标排放。

3废水处理工艺条件选择

经分析，水性涂料生产过程中排放的乳液废水中化学组分可分成水溶和非水溶两类：水溶的有乳化剂、丙烯酸、苯甲酸钠、乙二醇、苯甲酸等；非水溶的包括苯乙烯、EVA、醋酸乙烯、丙烯酸及其酯类的高分子聚合物、滑石粉、钛白粉、颜料等。这些不同的组分在斥力作用下保持着稳定的分散体系，不凝聚沉降，久置不分层。采用合适的破乳剂和絮凝剂可以先将非水溶组分经破乳、凝聚后从水溶液中沉淀下来，从而实现固液分离；再经板框压滤后，废固去垃圾填埋处理；滤液和清液使用强氧化剂深度氧化处理，最后实现无害排放。

3.1废水pH值控制及中和剂的选择

未经处理乳液废水，pH值在6左右。下文通过调节乳液废水在不同的酸碱度（pH值），投入相同量的絮凝剂后，搅拌相同的时间，观察絮凝效果。结果表明，废水的pH值调至6～8时，投入絮凝剂并搅拌2min，发现废液分层不好，即絮凝效果不佳；废水的pH值调至8～9时，投入絮凝剂并搅拌2min，即有大颗粒絮状沉淀出现，絮凝效果较佳；再将废水的pH值调至9以上时，投入絮凝剂并搅拌2min，絮凝效果又变差。可见，能否取得最佳的絮凝效果，废水的pH值控制至关重要。絮凝反应时乳液废水的最佳pH值为8～9。废水pH值的调节，可采用浓度30％的NaOH或生石灰等常用无机碱。烧碱价格比较贵，但用生石灰调节时，废渣较多，各地可以根据具体情况决定。

3.2破乳剂的选择

有机相与水相的分离，一种最简单有效的方法是采用破乳剂。破乳剂是一种用于脱水的非离子型表面活性剂，可以破坏乳液中稳定的双电层结构以及稳定乳化体系，从而实现两相分离（使乳液中有机相和水分分离）。常用的非离子型破乳剂主要有SP型破乳剂、AP型破乳剂、AE型破乳剂和AR型破乳剂。其中AR型破乳剂的特点是：在原油凝固点高于5℃的情况下有较好的溶解、扩散、渗透效应，促使乳化水滴絮凝、聚结；能在45℃以下、45min内，把含水率在50%～70%的原油中的水脱出80%以上，这是SP型、AP型破乳剂所不能比的。因此，本方案中选择AR型破乳剂。

3.3絮凝剂的选择

采用带有正（负）电性的基团中和水中一些带有负（正）电性、难以分离的粒子或颗粒，降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒集中，再通过物理或化学的方法分离出来。一般将为达到这种目的而使用的药剂称之为絮凝剂。絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂；有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。无机凝聚剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等。常用的有铝盐，如硫酸铝Al2（SO4）3•18H2O（最早由美国开发并一直沿用至今，是一种重要的无机絮凝剂）和明矾Al2（SO4）3•K2SO4•24H2O；另一类是铁盐，如三氯化铁水合物FeCl3•6H2O、硫酸亚铁水合物FeSO4•17H2O和硫酸铁。

无机高分子絮凝物主要是铝盐和铁盐的聚合物，如聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）、聚合氯化铁（PFC）以及聚合硫酸铁（PFS）等。与其他无机絮凝剂相比，无机高分子絮凝剂絮凝效果更好，其原因有：能提供大量的络合离子，能够强烈吸附胶体微粒，通过吸附、桥架、交联作用使胶体凝聚；能中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低δ电位，使胶体微粒由原来的相斥变为相吸，使胶体微粒相互碰撞，破坏了胶团稳定性，从而形成絮状混凝沉淀，沉淀的表面积可达（200～1000）m2/g，吸附能力极强。有机高分子絮凝剂（包括天然高分子和合成高分子两大类）大分子中可带有—COO—、—NH—、—SO3、—OH等亲水基团，具有链状、环状等多种结构。

根据含有的官能团离解后粒子的带电情况，可分为阳离子型、阴离子型、非离子型3大类。从化学结构上可以分为：聚胺型，属于低分子量阳离子型电解质；季铵型，分子量变化范围大，多为阳离子型电解质；丙烯酰胺共聚物，分子量较高（可以几十万到几百万、甚至几千万），均以乳状或粉状的剂型出售，使用上较不方便，但絮凝性能好。有机高分子絮凝剂因分子量高、含活性基团多，具有用量少、浮渣产量少、絮凝能力强、絮体易分离、除油及除悬浮物效果好等特点，在处理炼油废水及其他工业废水、高悬浮物废水及固液分离中有着广泛的用途。特别是丙烯酰胺系列有机高分子絮凝剂，以其高分子量、絮凝架桥能力强，而显示出在水处理中的优越性；同时，聚丙烯酰胺还能与乳化剂反应，起到破乳作用；与水解后带羟基的有机物作用生成不溶性盐。从乳液废水的成分分析和絮凝剂的性能对比，本方案选择无机高分子絮凝剂聚合硫酸铝作为主要絮凝剂，选择有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺作为助凝剂。

3.4氧化剂的选择

本方案采用Fenton氧化法，即利用亚铁离子Fe2+和H2O2之间的链反应催化生成•OH，将各种有毒和难降解的有机化合物彻底氧化，达到去除污染物的目的。Fenton氧化法特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水（如垃圾渗滤液）的氧化处理，处理效果影响因素主要为pH值、H2O2和铁盐的投加量。

3.5最佳工艺控制条件

经过试验得出最佳助剂用量及絮凝反应时间如下（以每t废水为基准）：破乳剂（AR型），0.2kg；絮凝剂聚合硫酸铝，1~2kg；助凝剂PAM，0.2kg；Fenton试剂，0.1kg；乳液废水的最佳pH值，8～9；絮凝搅拌时间，30~40min。

4废水处理情况

采用以上工艺流程和最佳工艺控制条件对某公司水性防水涂料生产过程中无规律排放的乳液废水进行处理，达到了无害化处理的目标。废水的COD、SS（悬浮物）指标均达到排放标准，干泥进入固废填埋场所填埋。

5结论

采用絮凝法和深度氧化方法处理水性涂料生产过程中排出的乳液废水，技术上可行，具有技术先进、处理效率高、操作简便、占地面积少、装置造价低、易于管理等优点。该技术废渣去除率在99％以上，处理后废水的COD、SS指标远远低于国家排放标准的要求，实现了达标排放。

参考文献：

[1]李旭东，杨芸.废水处理技术及工程应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]孙锦宜.含氮废水处理技术与应用[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]唐受印，戴友芝.水处理工程师手册[M].北京：化学工业出版社，2000.

作者:张中华 单位:湖南江海环保实业有限公司