利用電絮凝技術(shù)處理汽車(chē)涂裝廢水

馬棟*，高海軍，趙永歡

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

2017年全國(guó)兩會(huì)期間，中央領(lǐng)導(dǎo)多次在講話中重申環(huán)境污染治理工作，明確表示中央將繼續(xù)持久深入地開(kāi)展環(huán)境治理工作，很多環(huán)保政策均已出臺(tái)，其中包括最嚴(yán)厲的“水十條”，而且環(huán)保部正在編制《國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十三五”規(guī)劃》，環(huán)境污染治理勢(shì)在必行。目前整車(chē)涂裝車(chē)間大多通過(guò)添加化學(xué)試劑(如漆霧凝聚劑、高分子絮凝劑、pH調(diào)整劑、消泡劑、殺菌劑等)，配合刮渣機(jī)與人工打撈來(lái)處理噴漆廢水。該傳統(tǒng)工藝應(yīng)用超過(guò)30年，但仍存在較多問(wèn)題，具體如下：

(1) 噴漆廢水按工藝要求每3個(gè)月排放一次，但排放水的水質(zhì)較差，COD(化學(xué)需氧量)含量普遍超標(biāo)，個(gè)別情況下達(dá)13 000 mg/L。即使經(jīng)過(guò)污水站處理，也很難滿足越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保要求，而不達(dá)標(biāo)企業(yè)面臨強(qiáng)制停產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 需要消耗大量的化學(xué)藥劑，如2016年某司某車(chē)間的藥劑成本達(dá)500萬(wàn)元左右，另外還花掉了大量的輔助費(fèi)用。

(3) 漆渣沉積到循環(huán)水池底部以及刮渣設(shè)備底部的情況很?chē)?yán)重，需要安排人員在排放廢水后進(jìn)入其中進(jìn)行清理，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作量多，且存在極大的安全隱患。盡管現(xiàn)階段很多整車(chē)廠均將此類(lèi)工作外包出去，但是上述問(wèn)題仍然亟待解決。

(4) 所得漆渣黏稠，易結(jié)塊，容易堵塞管路，同時(shí)噴漆室文丘里板上會(huì)積累大量漆渣，從而影響噴漆效果，若不及時(shí)清理，會(huì)影響正常生產(chǎn)。

(5) 經(jīng)常發(fā)生漆渣凝聚效果不好，出渣少，甚至長(zhǎng)時(shí)間不出渣的情況。漆渣混在循環(huán)水池中，使其渾濁，發(fā)臭，必須頻繁更換自來(lái)水才能滿足生產(chǎn)需求，增加成本之余還增大了污水處理站的壓力。目前某司涂裝車(chē)間已連續(xù)半年出現(xiàn)此問(wèn)題，到目前為止尚未能得到解決。

傳統(tǒng)工藝自身的缺陷使得上述問(wèn)題一直沒(méi)有很好的解決方案。電絮凝技術(shù)的出現(xiàn)為處理涂裝車(chē)間噴漆廢水提供了新的途徑，也令噴涂廢水零排放成為了可能。雖然電絮凝技術(shù)早已應(yīng)用在水處理中，但應(yīng)用在涂裝行業(yè)仍很少見(jiàn)，目前國(guó)內(nèi)僅有一家環(huán)保公司可用電絮凝技術(shù)處理噴涂廢水。本文介紹了某公司應(yīng)用電絮凝技術(shù)處理噴涂廢水的情況，為同行提供參考。

1 電絮凝技術(shù)的設(shè)備

電絮凝設(shè)備主體及管道可使用不銹鋼或碳鋼(需在槽體內(nèi)刷多層防腐絕緣涂層)，但考慮到投資成本，一般情況下主體采用碳鋼，管道采用PVC材質(zhì)。設(shè)備規(guī)格依據(jù)廢水處理能力、工藝需求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置情況進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。以某車(chē)間為例，盡管中涂循環(huán)水池的實(shí)際設(shè)計(jì)水量為225 t，但是出于設(shè)備投資成本考慮，可在滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需求的情況下減少處理水量。經(jīng)過(guò)核算，將該循環(huán)水池處理水量降至160 t。以單班工作8 h，循環(huán)水池水量循環(huán)一次為基礎(chǔ)，電絮凝設(shè)備的規(guī)格選為每小時(shí)處理水量20 t。

如圖1所示，電絮凝設(shè)備由4個(gè)主槽體構(gòu)成，分別是電解槽、吸附凝聚槽、除味槽和漆渣槽，其中前3個(gè)槽依次串聯(lián)，槽底用管路聯(lián)通，槽液依靠重力流轉(zhuǎn)。

圖1 電絮凝技術(shù)所用設(shè)備及其安裝示意圖Figure 1 Equipment for electrocoagulation and its installation diagram

1.1 電解槽

通過(guò)泵從原有的循環(huán)水池內(nèi)引出一部分槽液進(jìn)入電解槽，其內(nèi)設(shè)置電極，按電解需求配置電極數(shù)量，常規(guī)設(shè)置90組。陽(yáng)極可以為鐵或鋁，又或是鐵鋁合金。陽(yáng)極在使用過(guò)程中會(huì)消耗，但消耗量很小。常規(guī)情況下電極電壓不超過(guò)32 V。

電解槽上部用隔板分割成3個(gè)部分，下部相通。在第一部分添加調(diào)整劑，用量為5.00%，主要作用是調(diào)節(jié)水質(zhì)酸堿度，要求pH為6 ～ 9。在此條件下，電極反應(yīng)按工藝要求進(jìn)行。第二個(gè)部分添加吸附劑，用量為 5.00%，成分主要是氧化鋁的結(jié)晶化合物，用于促使電絮凝形成的絮狀小分子快速形成大分子團(tuán)狀漆渣。第三個(gè)部分添加助凝劑，用量為 0.05%，主要起促進(jìn)作用，促進(jìn)電絮凝形成的大分子團(tuán)狀漆渣相互吸引、聚集，形成更大的、肉眼可見(jiàn)的整塊漆渣，提升電絮凝設(shè)備的處理效果，降低設(shè)備材料損耗，提高性價(jià)比。

藥劑均帶攪拌裝置，其用量依據(jù)處理后回水水質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)條件、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)計(jì)量泵精確滴加。藥劑用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)工藝要求。

1.2 吸附凝聚槽

吸附凝聚槽底部與電解槽相連，槽體中部配有斜 15°放置的吸附板。這些吸附板采用高分子材料，不用更換，定期進(jìn)行反沖洗即可。每小時(shí)處理20 t噴涂廢水的電絮凝設(shè)備通常需要配置120組吸附板，每塊吸附板的面積約為1.5 m2。噴涂廢水由電解槽底部流入吸附凝聚槽，吸附板主要起到緩解流速，減少湍流，使漆渣粘連并凝聚的作用。在藥劑的作用下，漆渣從吸附板上分離下來(lái)。吸附板創(chuàng)造了槽底至液面足夠的距離，使得漆渣有充足的時(shí)間及空間相互集聚，形成大面積的團(tuán)狀漆渣，漂浮在液面上。處理后的大面積團(tuán)狀漆渣會(huì)自動(dòng)排入漆渣收集區(qū)。通常情況下，70%的漆渣會(huì)浮在漆渣收集區(qū)的液面上，被刮渣機(jī)刮入漆渣槽；剩余的30%沉積在槽底，此部分漆渣會(huì)定期排放至接渣小車(chē)。

1.3 除味槽

噴漆廢水通過(guò)槽體管道流入除味槽，在該槽內(nèi)添加5%除味劑，利用化學(xué)藥品的氧化作用將溶解于槽液中的有機(jī)溶劑氧化分解，抑制微生物生長(zhǎng)，以保證槽液無(wú)明顯異味及臭味。除味劑可降低槽液中COD的含量，理論上可將其控制在1 000 ～ 2 000 mg/L的范圍內(nèi)。

1.4 漆渣槽

絮凝形成的大團(tuán)漆渣在刮渣設(shè)備的作用下被刮至吸附凝聚槽輔槽并在重力作用下流入漆渣槽。漆渣槽內(nèi)的漆渣經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的瀝水，含水量會(huì)大大降低。

1.5 接渣車(chē)

利用刮渣裝置將漆渣槽內(nèi)的漆渣定期刮至接渣小車(chē)。利用濾布的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，接渣小車(chē)可實(shí)現(xiàn)五面同時(shí)滲水。刮渣裝置的工作頻率根據(jù)設(shè)備處理能力、現(xiàn)場(chǎng)漆渣沉積情況、設(shè)備存渣能力等進(jìn)行調(diào)試。以上述車(chē)間中涂循環(huán)水池為例，刮渣設(shè)備通常2 h工作一次。漆渣在重力作用一段時(shí)間之后將瀝出大量水分，其含水率會(huì)降低。濾液會(huì)回流至電絮凝設(shè)備本體得到持續(xù)處理，從而實(shí)現(xiàn)噴涂廢水零排放。

2 電絮凝技術(shù)的處理效果

某汽車(chē)廠近日試驗(yàn)了電絮凝設(shè)備處理涂裝車(chē)間噴涂廢水的效果，以下從廢水處理效果及循環(huán)水池出渣情況兩方面來(lái)介紹。

2.1 廢水處理效果

如圖2所示，處理前后水質(zhì)對(duì)比明顯，處理后的廢水清澈、無(wú)異味，大大改善了車(chē)間工作環(huán)境，出水水質(zhì)為：pH 6 ～ 9，懸浮物(SS)＜150 mg/L，色度＜80倍?？梢?jiàn)處理過(guò)的廢水滿足循環(huán)使用的要求，因此其中 COD的含量可不予關(guān)注，從而實(shí)現(xiàn)噴漆廢水零排放，省去了工人定期換水及清理漆渣的工作。另外如圖3所示，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，循環(huán)水池中廢水的COD只在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)累加。當(dāng)然在處理過(guò)程中需添加適當(dāng)?shù)某秳┻M(jìn)行殺菌防臭，以保持 COD穩(wěn)定。此外，污水站不用處理噴涂廢水也減輕了處理壓力，同時(shí)大幅度降低了廢水處理費(fèi)用。

圖2 噴涂廢水用電絮凝技術(shù)處理前后的照片F(xiàn)igure 2 Photos showing the painting wastewater before and after being treated by electrocoagulation

2.2 出渣情況

如圖4所示，循環(huán)水池出渣情況良好、穩(wěn)定，漆渣無(wú)黏性。這在系統(tǒng)上解決了傳統(tǒng)工藝條件下，循環(huán)水池不出渣，出渣不穩(wěn)定的問(wèn)題。用濾布對(duì)漆渣進(jìn)行過(guò)濾后，漆渣的含水率大幅下降，脫水效果明顯(見(jiàn)圖5)，大大降低了危廢量和危廢處理費(fèi)。后期若在電絮凝設(shè)備的基礎(chǔ)上加裝一套板框壓濾機(jī)，更能有效地降低漆渣的含水率。

圖3 分別采用傳統(tǒng)方式與電絮凝方式處理噴涂廢水時(shí)循環(huán)水池內(nèi)COD隨時(shí)間的變化示意圖Figure 3 Schematic diagram showing the variation of COD in recirculating pond with time when the painting wastewater is treated by traditional process and electrocoagulation, respectively

圖4 顯示傳統(tǒng)工藝與電絮凝技術(shù)出渣情況的照片F(xiàn)igure 4 Photos showing the slagging of traditional process and electrocoagulation

圖5 電絮凝技術(shù)處理后的漆渣用濾布脫水前后的照片F(xiàn)igure 5 Photos showing the paint slag obtained by electrocoagulation before and after dewatering by filter cloth

3 電絮凝設(shè)備的安裝要求

一般情況下，單套電絮凝設(shè)備的制造周期為1個(gè)月，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝以及調(diào)試過(guò)程約半月即可完成，且對(duì)車(chē)間生產(chǎn)影響較小。電絮凝設(shè)備需現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留水、電和壓縮空氣接口。

(1) 循環(huán)水池周邊需要安裝壓縮空氣接頭以提供足夠的壓縮空氣，主要用來(lái)攪拌沉底漆渣。接頭規(guī)格常為6分。壓縮空氣主管壓力一般為6 ～ 7 kg/cm2，空氣流量約4 L/min，管路可采用1.5 in鍍鋅管。

(2) 電源要求三相380 V/50 Hz/20 A，電控柜開(kāi)關(guān)總功率10 kW，現(xiàn)場(chǎng)配電柜總功率≥20 kW。

(3) 需要將自來(lái)水接到循環(huán)水池周邊。

4 電絮凝技術(shù)的設(shè)備投資及運(yùn)維核算

上述涂裝車(chē)間采用傳統(tǒng)3C2B(三涂?jī)珊?噴涂工藝，包含1條中涂線、2條色漆線和2條清漆線，每條線都布置有1個(gè)循環(huán)水池。在傳統(tǒng)工藝條件下，中涂循環(huán)水池儲(chǔ)水量225 t，色漆、清漆單個(gè)循環(huán)水池儲(chǔ)水量分別為275 t。要求每3個(gè)月?lián)Q水一次。在滿足噴漆室文丘里噴涂循環(huán)需求的情況下，用電絮凝技術(shù)處理循環(huán)水池廢水可使中涂循環(huán)水池水量降至160 t，色漆和清漆循環(huán)水池則均降至120 t。

該汽車(chē)廠將循環(huán)水池外包給藥劑廠家，單車(chē)藥劑費(fèi)用21元。從表1可知，采用傳統(tǒng)工藝時(shí)，每年的運(yùn)維費(fèi)用約為553.2萬(wàn)元，而使用電絮凝工藝的第一年總費(fèi)用為514.1萬(wàn)元(包括設(shè)備投資408萬(wàn)元)，一年即可收回設(shè)備成本。從第二年開(kāi)始，每年運(yùn)維費(fèi)用僅105.8萬(wàn)元，與傳統(tǒng)工藝相比可節(jié)省447.4萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

表1 某汽車(chē)廠采用傳統(tǒng)工藝與電絮凝工藝時(shí)投資、運(yùn)營(yíng)以及維護(hù)分別所需費(fèi)用Table 1 Investment and running/maintenance costs needed of the traditional process and electrocoagulation respectively in an automobile plant

5 結(jié)語(yǔ)

電絮凝技術(shù)無(wú)論是在噴漆廢水零排放與循環(huán)使用方面，還是在出渣效果與穩(wěn)定性方面，均明顯優(yōu)于現(xiàn)有工藝，而且經(jīng)濟(jì)效益明顯。由于廢水處理效果良好、出渣情況穩(wěn)定以及投資運(yùn)維經(jīng)濟(jì)性高，因此電絮凝技術(shù)有望在整車(chē)涂裝行業(yè)全面推廣，從根本上解決現(xiàn)有涂裝車(chē)間傳統(tǒng)噴漆廢水處理工藝存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)噴涂廢水零排放。相信在不久的將來(lái)，應(yīng)用電絮凝技術(shù)處理噴漆廢水將會(huì)成為整車(chē)廠涂裝車(chē)間噴涂廢水處理的標(biāo)配工藝。