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水性涂料生产过程中乳液废水处理,这种废水不是连 续排放的 水质水量波动很大,中国机械网,okmao.com
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水性涂料生产过程中乳液废水处理,这种废水不是连 续排放的 水质水量波动很大
2019年06月08日    阅读量:93    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

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 0.2~1 t 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 3 000~10 000 mg/L 之间,色度和悬浮物也很高中国机械网okmao.com。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 程见图 1。

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乳液废水处理工艺流程图

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 0.5 h 左右;停止搅拌,静置 1 h 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 1 h 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 2 min,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 2 min,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 2 min,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、45 min 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(200~1 000)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

深度氧化技术又称高级氧化技术,以产生具有 强氧化能力的羟基自由基(·OH)为特点,在高温高 压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下,使大分子 难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。根 据产生自由基的方式和反应条件的不同,可将其分 为光化学氧化、催化湿式氧化、声化学氧化、臭氧氧 化、电化学氧化、Fenton 氧化等。 


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),0.2 kg;絮凝 剂聚合硫酸铝,1~2 kg;助凝剂 PAM,0.2 kg;Fenton 试剂,0.1 kg;乳液废水的最佳 pH 值, 8~9;絮凝搅拌 时间,30~40 min。


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。废水处理前后的指标见表 1。

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排放废水清液测试数据

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。


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