水性涂料廢渣利用及廢水廢氣處理技術(shù)研究

噴涂是一種常見的涂裝形式，因其方便快捷，在涂裝中占據(jù)著重要位置。但是，噴涂時存在一個問題，即效率不高。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，高效率噴涂的資源使用率只有70%，效率低的甚至只有30%，因此產(chǎn)生的噴涂廢料數(shù)量巨大，再加上噴涂設(shè)備清洗時所產(chǎn)生的廢料，噴涂資源浪費現(xiàn)象十分突出。由于噴涂廢料廢渣回收成本較高，企業(yè)對其回收利用的興趣并不大。隨著我國環(huán)保力度的加大，企業(yè)“三廢”排放必須達標，否則會有被關(guān)停的風(fēng)險。因此，相關(guān)企業(yè)必須加強噴涂“三廢”的回收利用，探索一條既能夠降低成本，又不造成環(huán)境污染的新方法。
一、水性涂料具體分類
人們通常將以水為分散劑的樹脂類涂料統(tǒng)稱為水性涂料。當(dāng)前，市面上，水性涂料大致可以分為四種，即聚氨酯水性涂料、丙烯酸樹脂水性涂料、環(huán)氧樹脂水性涂料和醇酸樹脂水性涂料。
1.1聚氨酯型水性涂料
該水性涂料主要有水溶型、水分散型和水乳化型。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)，其可分為線型與交聯(lián)型，每種又有單組分和雙組分之分。其具備無毒、環(huán)保、硬度高、耐腐蝕、耐溶劑、耐磨性好、附著力強、對溫度適應(yīng)性強、性能多樣可調(diào)等特點。但是，當(dāng)前，受原材料、加工技術(shù)等因素影響，聚氨酯型水性涂料發(fā)展受限。
1.2丙烯酸樹脂型水性涂料
丙烯酸樹脂型水性涂料可分為單組分型、高固化型以及高性能型。丙烯酸樹脂原料大多不耐溶劑，要將其轉(zhuǎn)換為耐溶劑的水性涂料，因此如何做好丙烯酸樹脂原材料的改性是關(guān)鍵。改性技術(shù)俗稱“活聚合”，能夠很好地控制丙烯酸樹脂分子量與化學(xué)結(jié)構(gòu)及分布。
1.3環(huán)氧樹脂型水性涂料
目前，市面上的環(huán)氧樹脂型水性涂料僅僅只有雙組分的一種，由疏水性分散體（也叫乳液）和親水性固化劑組成，該技術(shù)重點是如何做好疏水性樹脂的乳化。
1.4醇酸樹脂型水性涂料
目前常用的醇酸樹脂型水性涂料基本為內(nèi)乳化法合成的分散體。內(nèi)乳化法通過用適量酸或堿來中和聚合物中的羧基或氨基，促使聚合物能夠分散于水中。水性醇酸涂料涂刷性好、光滑性高，但是涂膜硬度低、干燥時間較長且耐腐蝕能力較弱，需要先進行改性處理，以滿足噴涂需求。當(dāng)前，改性處理方式有物理改性法與化學(xué)改性法。
二、廢渣回收利用技術(shù)
2.1噴涂涂裝過程中過噴漆霧回收利用
涂裝可分為噴涂、輥涂、刷涂、淋涂、浸涂和電泳涂裝等方式，最為常見的是噴涂。靜電噴涂能夠有效減少涂料噴霧飛散，提升涂料利用率，但噴涂過程中仍然會有部分噴霧到處飛散。對于這些飛散的噴霧，可以采取冷卻、水幕、離心力等方式進行收集，將收集好的漆渣分析和調(diào)整后，與新涂料混合使用，在一些涂裝要求較高的領(lǐng)域，回收調(diào)整涂料需要降級使用。目前主要有五種回收利用方法。
2.1.1超濾和蒸餾方法
超濾回收技術(shù)原理是利用超濾裝置將濃度較低的廢水經(jīng)濃縮處理后再次投入使用，其工藝流程為先用超濾裝置收集分散于水中的過噴漆霧，待漆霧濃縮至15%～40%，與原涂料混合后使用。廢渣回收還可以運用蒸餾方法實現(xiàn)二次利用，也就是用蒸餾原理除掉一部分水分和有機溶劑，余下混合物再用黏合劑及顏料進行調(diào)節(jié)，待固態(tài)含量介于25%～40%后，運用水及助溶劑調(diào)節(jié)至施工黏度要求后作為噴涂底漆使用。
2.1.2轉(zhuǎn)動圓柱法
轉(zhuǎn)動圓柱法主要利用噴涂過程中產(chǎn)生的剩余靜電來捕捉過噴漆霧，在噴涂工作區(qū)域設(shè)置可以轉(zhuǎn)動的圓柱體，圓柱表面安裝自動噴霧系統(tǒng)，保障圓柱表面始終處于濕潤狀態(tài)。被噴涂物體通過時，那些過噴的漆霧就會附著在圓柱表面，待形成一定厚度漆層后，因重力作用向下滑落，回收后的涂料可以返回噴漆工作線再次使用。
2.1.3離心力法
離心力法是最新研發(fā)的一種回收方法，利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將漆霧分離，在攔截漆霧時，運用負壓抽風(fēng)加速漆霧分離。該項技術(shù)的回收效率較高，且占地空間較小。
2.1.4冷卻法冷卻法
主要依靠不銹鋼板將空氣中的濕氣凝結(jié)，創(chuàng)造出絕對濕的一種結(jié)露界面，這樣一來，過噴漆霧經(jīng)過不銹鋼板表面時，就會與凝露相溶，然后流入收集槽。不銹鋼板表面結(jié)露主要依靠冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，冷卻水的溫度比結(jié)露溫度低3～5℃，以確保不銹鋼板面水膜一直存在，待過噴漆霧經(jīng)過時附著在水膜之上，依靠重力作用流向溝槽。
2.1.5封閉直接回收法
封閉直接回收依靠的是擋板功能，擋板將漆霧直接攔截，攔截擋板會定期下沉至位于下方的涂料槽中，將附著于擋板上的涂料溶解于其中。槽液經(jīng)過內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)進行控制，并安裝有黏度調(diào)節(jié)設(shè)備。
2.2電泳涂裝時廢渣回收
工作人員在對電泳工件清洗時，所使用的水電導(dǎo)率較低，防止電泳涂膜形成二次涂層。沖洗水中依然含有較多的電泳涂料，通常采取超濾裝置進行回收，經(jīng)過處理后可再次投入使用，使整個系統(tǒng)形成一個閉環(huán)。
三、廢水處理利用技術(shù)
水性涂料涂裝過程中會產(chǎn)生大量污水，如果未經(jīng)處理就進行排放，會造成一系列問題。目前常用的涂裝污水處理有兩個技術(shù)要點：一是破壞其乳化體系穩(wěn)定性，二是強化其水溶性體系穩(wěn)定性，促使污水中水性涂料形態(tài)變化，變?yōu)榈\花顆粒狀，再將絮凝劑融入其中，使涂料顆粒絮凝化，做好渣水分離，分離后的水體可以再進入內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)重復(fù)使用。
3.1破乳作用
破乳實質(zhì)上就是將穩(wěn)定的乳液體系徹底破壞，使之呈現(xiàn)乳水分層形式。常用的破乳方式有物理破乳法、機械破乳法以及物理化學(xué)破乳法。物理破乳法又可以分為電沉積破乳法、超聲波破乳法、過濾破乳法等，其中，電沉積破乳法主要利用高壓靜電場促使分散物產(chǎn)生聚集，使用超聲波破乳法時要注意控制好超聲波強度，以免影響破乳效果，過濾破乳法則利用多孔性材料達到破乳目的。機械破乳法依靠外力來促使乳液破乳，常見的有離子分離器。物理化學(xué)破乳法的關(guān)鍵是降低乳液穩(wěn)定性，主要依靠乳液類型或界面性質(zhì)的改變來實現(xiàn)。
3.2常見涂裝污水處理技術(shù)
當(dāng)前，處理涂裝污水的主流方法為生物法和物理化學(xué)法。因為涂裝污水所含的污染物濃度較高，BOD/COD值＜0.3，在實際處理時，通常采取預(yù)處理與生物法相結(jié)合的模式，其工藝流程是將污水匯集于反應(yīng)池，在其中加入助劑，進行混凝，再先后使用厭氧生物、好氧生物進行處理，將污泥排掉，最后進行二次沉淀。3.3水性涂料處理藥劑選型
3.3.1正確選取處理藥劑
水性涂料的處理藥劑包括助劑、絮凝劑和水性涂料分離劑。助劑起到混凝作用，可分為有機類和無機混合類。絮凝劑的主要成分是聚丙烯酰胺，根據(jù)其自身特點又可以分為陽離子型、陰離子型及改性兩性離子型等。在實際操作時，絮凝劑的選擇需要因待處理水體而異，絮凝劑的主要作用是將水體中礬花顆粒絮凝成團，以達到渣水分離目標。水性涂料分離劑的主要成分是聚合型高分子樹脂，其主要作用是分離難以析出的成分（顏料、樹脂等），該分離劑利用的是中和原理，主要通過帶有正電荷主鏈分子與可溶性分子內(nèi)陰離子（羥基和磺酸基）之間發(fā)生中和作用形成顆粒物，便于捕捉、吸附和絮凝。
3.3.2水性涂料的處理藥劑使用
在確定水性涂料的處理藥劑組合方案前，要先在實驗室開展小樣試驗，針對生產(chǎn)線所提取的廢水、涂料樣品，在實驗室內(nèi)模擬現(xiàn)場環(huán)境進行處理分析，得出最佳處理方案。其試驗效果判定標準要視客戶實際需求來定，例如，客戶要求廢渣上浮或下沉?xí)r，所使用的處理藥劑方案自然不同。在應(yīng)用方案選擇上，要根據(jù)小樣模擬試驗所得結(jié)果對污水處理進行具體選擇，例如，在處理連續(xù)式污水時，應(yīng)當(dāng)采用計量泵來連續(xù)添加藥劑，對于間斷式污水處理模式，藥劑需要一次性投放。最后，要根據(jù)現(xiàn)場處理設(shè)備特點，合理安排藥劑添加點。
3.4輔助設(shè)備
輔助設(shè)備可分為渣水分離設(shè)備及廢渣脫水設(shè)備。前者又被稱為渣水分離刮泥一體機，可分為氣浮機與沉降分離機；后者包括離心機、板框壓濾機、疊螺機和烘干設(shè)備等。渣水分離設(shè)備的主要作用是將廢渣和水體分離，分離后的水體可以循環(huán)使用，也可以處理達標后予以排放。廢渣脫水設(shè)備用來降低廢渣含水率，減輕廢渣質(zhì)量，降低固體垃圾處理成本。
四、廢氣處理技術(shù)
VOC（揮發(fā)性有機化合物）廢氣處理技術(shù)主要有兩種，一種是回收技術(shù)，另一種是銷毀技術(shù)。當(dāng)前采用較多的是蓄熱氧化、吸附和催化燃燒技術(shù)，由于水性涂料產(chǎn)生的廢氣有機物濃度較低且含有水蒸氣，通常需要采取組合技術(shù)來脫除廢氣有機物。
4.1吸附組合技術(shù)
吸附組合技術(shù)使用各種固態(tài)吸附劑（如活性炭、分子篩等），吸附和凈化排放廢氣中的污染物。吸附法適用范圍廣，設(shè)備儀器要求低，凈化效率高，被廣泛采用。當(dāng)前，我國有機廢氣處理設(shè)備有一半以吸附技術(shù)為基礎(chǔ)，主要分為固定床、移動床、流化床及變壓等吸附技術(shù)類型。吸附與其他技術(shù)相結(jié)合（如吸附+冷凝、吸附+催化燃燒、吸附+蓄熱氧化），能夠有效解決廢氣成分復(fù)雜、污染物含量低、風(fēng)量大且不易回收的問題，是處理水性涂料廢氣的上佳選擇。一是吸附+冷凝技術(shù)。該技術(shù)采用移動床吸附廢氣中的有機物，利用高溫空氣使有機物脫附，最后進行冷凝回收。二是吸附+蓄熱氧化技術(shù)。該技術(shù)將黏度低、風(fēng)量大的有機廢氣在小風(fēng)高溫環(huán)境中脫附，使其轉(zhuǎn)換為風(fēng)量小、濃度高的有機廢氣，經(jīng)過催化燃燒銷毀或蓄熱氧化。
4.2吸收技術(shù)
吸收技術(shù)利用吸收液將VOC從廢氣中吸收，其處理有機廢氣的效率介于95%～98%。吸收設(shè)備可分為填料塔與噴淋塔兩種，吸收技術(shù)尤其適合處理高濕VOC廢氣。大部分水性涂料中的VOC成分為醇類、氨類、醇醚類等易溶于水的有機物，因此通常采用水為吸收液，含有VOC成分的吸收液可以重復(fù)使用。
五、結(jié)論
總的來說，水性涂料有著節(jié)約資源、影響環(huán)境較小等優(yōu)勢，受到人們廣泛關(guān)注。但是，水性涂料使用時還存在不少技術(shù)問題需要解決，在生產(chǎn)質(zhì)量上把關(guān)要嚴，在使用范圍上還可以進一步拓展，在廢渣、廢水、廢氣排放方面還需要加強回收利用，強化處置手段，力求達標排放，為我國生態(tài)文明建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
來源：環(huán)保