浅谈汽车涂装中的废漆处理

在汽车涂装过程中，溶剂型涂料喷涂占了整个国内汽车涂装业的大多数份额。汽车溶剂型涂料喷涂方式一般有两种:一种是传统的手工空气喷涂，涂料利用率只有30%~40%;另一种是近年发展起来的往复机或机器人喷涂，涂料利用率70%~0%。试验人员在往复机或机器人喷涂过程中进行空气测定，喷漆室的过喷漆雾和有机溶剂的质量浓度为300~2 000 mg/m³。相对于传统的手工空气喷涂，涂装仍承担着巨大的环境压力。由于漆雾及有机溶剂气体，带来的二次污染，直接影响喷涂物体表面质量和操作者的身体健康，因此，人们设计了湿式漆雾处理设备及与其配套使用的漆雾处理剂，使得漆雾去除率达到了99%，有效地保护了环境。在此过程中做好废漆的捕集和处理尤为重要。

　　1湿式漆雾的处理方式

　　漆雾捕集系统的工作原理是使喷漆室的废气与水充分混合，利用不同风速、挡水板和风向的多次转换，使漆滴与水汇合后通过管道流人废漆处理间进行处理。

　　(1)湿式漆雾处理方式按照捕漆介质的不同，可分为“水洗式”和“油洗式”。“水洗式”中的捕漆介质大多数为水。“油洗式”中的捕漆介质为高沸点溶剂或水与溶剂的乳化液。“油洗式”对涂料的捕集效果较好，但运行成本较高;“水洗式”的捕漆介质为水，运行成本较低，通过向水中添加一些漆雾处理剂，可以起到与“油洗式”一样的捕漆效果。所以，国内汽车涂装业大都采用“水洗式”的漆雾捕漆方式。

　　(2)湿式漆雾处理按照捕漆的运作方式，可分为水帘式(水幕式)、文丘里式、水旋式(动力管型)等。

　　水帘式捕漆装置是通过循环泵输送清水到喷房墙壁上形成水幕，在喷涂过程中产生的漆雾被水幕带到废漆处理间，在废漆处理间加人适当的处理剂，使漆雾粒子聚合成渣并脱水与水分离。分离后的水称为清水，再输送到喷房循环使用。

　　在文丘里式的喷漆室中，水和漆雾通过文丘里器通道，速度逐渐增大，使漆雾和水在狭窄的通道中碰撞，从而达到捕集漆雾的目的。然后，利用不同的风道截面来多次改变风速，使气流由高风速突然降到低风速(如风速由23 ~25 m/s降到3~4 m/s)，水和漆滴从气流中甩出，达到水和凝聚的漆滴与空气分离的目的。文丘里式捕集漆雾效率高达97%~99%，高于其他捕漆雾方式。文丘里式捕集漆雾装置，黑色箭头曲线表示排风及水流方向。

　　在水旋式的喷漆室中，水和漆雾通过变径的漏斗状旋风动力管，使带漆雾的空气和水流呈龙卷风似的高速旋转混合，从而达到捕集漆雾的目的。水和漆滴的凝聚物与空气的分离方式与文丘里的相同，设备结构与文丘里结构相似。

　　2废漆处理剂的作用原理

　　废漆处理剂主要有:絮凝剂、凝聚剂、片碱。

　　絮凝剂作用的主要原理是源于带有正(负)电性的基团。静电喷涂中，漆雾与水混合后，水中带有负(正)电性的一些粒子或颗粒，这些带电粒子由于电势的作用，难于分离。絮凝剂带有与其相反的电势，在与含有漆雾的水混合后，降低其电势，使其处于不稳定分散状态，利用其聚合性质使得这些颗粒集中，并通过物理或者化学方法分离出来。

　　凝聚剂的作用与絮凝剂差不多，是促使不稳定分散的废漆胶体微粒(或者凝结过程中形成的微粒)产生聚合，形成废漆浮渣或沉渣，并与水分离。

　　投加凝聚剂后，废漆胶体失去稳定性，胶体颗粒互相凝聚，形成众多的“小矾花”。投加絮凝剂后，“小矾花”通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大的絮凝体。

　　絮凝剂需要加人适量自来水搅拌充分溶解后缓缓注人到污水出水口，凝聚剂可直接将原液注人清水出水口。

　　絮凝剂和凝聚剂不是绝对的概念，有很多交叉领域，有些处理剂既是絮凝剂也是凝聚剂，或称为助凝剂。如PAM，是线状高分子聚合物，可称为絮凝剂或凝聚剂。

　　片碱主要用于调节废漆水槽的pH值。

　　废漆处理剂中还有许多其他辅助作用的材料，如消泡剂、杀菌剂、pH调节剂。消泡剂用于消除使用漆雾凝聚剂时产生的泡沫。杀菌剂用于杀除由于水槽长时间使用而产生的菌藻。pH值调节剂(主要成分是碱)用于调节水槽中水的pH值，使漆雾凝聚剂达最佳效果。

　　3影响絮凝效果的因素及废漆处理剂的选择

　　絮凝作用是复杂的物理和化学过程，絮凝处理效是由多种因素综合作用的结果。影响絮凝效果的因素主要有以下几点：

　　(1)废漆水温。水温升高絮凝效果则会提高。在

　　低温条件下，通常通过增加絮凝剂用量的方法提高絮凝

　　效果。但是，水温过高，形成的絮凝体细小，污泥含水率

　　增大，难以进行后续处理。所以，水温过高或过低对絮

　　凝均不利，宜控制在20~30℃。

　　(2)废漆水体pH值。每种絮凝剂都有其适合的pH值范围，超出范围就会影响絮凝效果。例如PAM,阳离子型适合在酸性和中性的环境中使用，阴离子型适合在中性和碱性的环境中使用，非离子型适合从强酸性到碱性的环境中使用。

　　(3)絮凝剂的性质和结构。对于高分子絮凝剂来说，其结构和性质对絮凝作用影响很大。无机大分子絮凝剂的聚合度越大，其电中和能力和吸附架桥功能越强。对于有机絮凝剂来说，除了聚合度的影响外，线性结构的絮凝剂絮凝作用大，而环状或支链结构的有机高分子絮凝剂的絮凝效果相对较差。

　　(4)絮凝剂投加量。各种絮凝剂都有在相应条件下的最佳投加量，低于或者超过这个最佳量都会使絮凝效果变差。用量不足时，絮凝不彻底，用量过大则会造成胶体的再稳定，降低絮凝效果。所以，不同的絮凝剂要在使用之前应做小试确定其最佳加人量。

　　(5)外力条件。为了使絮凝剂与废漆水体充分接触，增加颗粒碰撞机率，往往要进行机械搅拌，而搅拌的速度和时间必须适当。搅拌时间太短，絮凝不充分。搅拌速度太快、时间太长，会使已经形成的絮凝被打碎，降低高分子链的架桥吸附能力。

　　(6)微生物因素。循环水中有机物浓度很高，循环水的运行条件又适于微生物繁殖，微生物的滋生对漆雾凝聚剂的使用效果有负面影响。气温高时应定期投加杀菌/抑菌剂。

　　要达到好的废漆处理效果，正确选择和使用处理剂也是非常重要的。如果这方面未做好，可能出现以下情况:

　　(1)漆雾粘附设备表面，堆积槽底，堵塞循环管路、喷嘴等，从而加大清理难度，增加维修费用。

　　(2)漆雾粘附在水泵及风机叶片上，使水量及风量降低，造成喷漆室内循环水量及排风量失去平衡，造成废漆处理系统无法正常运行，进而影响涂装质量。

　　(3)漆雾中的部分有机质溶解在水中，增加循环水的化学需氧量(COD)，降低了循环水净化效率，促使循环水腐败发臭，循环水更换次数增加，后续水处理的难度增大。

　　选择废漆处理剂的原则主要有以下几点:

　　(1)对漆雾有良好的截留作用;

　　(2)对截留后的漆雾包括其中的树脂、溶剂等有良好的吸附、破坏其分数状态的作用并能使它们凝聚成块;

　　(3)凝聚成块的渣必须大部分上浮，便于排渣。

　　例如某涂装车间废漆处理槽循环液中添加的主要处理剂为某公司的凝聚剂(P3-croni 810)和絮凝剂(P3-cronifloc 951)

　　凝聚剂(P3-croni 810)是一种用作水处理的有机碳水聚合物液体，原液pH值为4--6，可以对喷房水中的涂料进行有效分离和凝聚。它的漆雾凝聚性能对底基/清漆系统、氨基甲酸乙醋和水基涂料工艺都有效，且能使循环水中的漆渣很容易脱水。

　　絮凝剂(P3-cronifloc 951)是一种高分子化合物，适用于水性和溶剂型废漆处理。作为絮凝剂，可促进悬浮，用于传统的凝聚处理设备(带有表面撇刮器的上浮装置);作为脱水剂，可用于漆渣的脱水。

　　4废漆处理剂的使用

　　凝聚剂的添加方法一般采用空气计量泵直接将原液注人清水泵(送人喷漆室的泵)人口。絮凝剂的加人是先在预混槽内注人水，然后加人絮凝剂，经搅拌充分预混合后再注人污水泵(输出到废漆处理槽的泵)出口。这样的加料位置主要有以下几点好处:

　　(1)絮凝剂与废漆在循环水主槽中充分作用;

　　(2)无论是对循环泵还是刮渣设备都能起到降低粘性废漆所带来的危害;

　　(3)减少药剂浪费，节约成本。

　　例如某涂装车间使用絮凝剂( P3-cronifloc 951)的添加方法:要有带搅拌器的预混槽(搅拌器的转速(700 r/min)，先把絮凝剂(P3-cronifloc 951)原液配制成0.1%~0.3%的水溶液，然后再用计量泵连续添加到废漆处理槽中。

　　不同厂家的处理剂产品有效加量有所差异，以汉高产品为例:

　　凝聚剂加量:涂料车身数量X 1.82 X 25%(kg) 。

　　絮凝剂加量:凝聚剂的加人量除以60(絮凝剂和水的配比为:1:200)。

　　片碱加量:根据喷漆池内水pH值的变化情况加片碱，控制pH值为7.5一9.5。

　　絮凝剂和凝聚剂的加人位置原则是:絮凝剂一般在污水泵出口处加人，凝聚剂一般在清水泵人口处加人。不同的废漆处理装置加料位置不太相同，以下以某车间在不同的废漆处理装置中的加料位置来说明。

　　5日常运行及参数的管理

　　喷房循环水所要检测的指标有:pH值、COD、电导率、透明度等。

　　(1) pH值:pH值是循环水的重要控制参数

　　pH最佳控制范围是8.5--9.0o pH在这个区间变化时基本可以保证最佳的处理效果以及最低的成本消耗。由此确定其测试频率以及调整方法为:每天上下午各测1次，用250 mL采样瓶从刮渣槽中采集循环水样约200 mL，用精密pH计测试pH并记录。pH应在8.5~9.0之间，如果pH<8.5，添加片状氢氧化钠至pH达到8.5，如果pH>9.0，因为主处理剂(絮凝剂、凝聚剂)为酸性，可通过主要处理剂的添加自然降低。

　　(2)电导率:电导率主要影响主处理剂的耗量

　　主处理剂的使用量在电导率<4 000 μ/cm时基本没有太大变化，但在>4 000 μ/cm时，主处理剂的使用量明显增多。所以正常操作的情况下电导率需控制在4 000μs/cm以下。当电导率>4 000 μ/cm时，应进行排槽处理，并注人去离子水，调节电导率<4 000 μ/cm。检测频率为1次/d。

　　(3) COD:是污水排放的重要指标，会随着循环水中溶解的化合物的增多而上升，目前对COD的控制方法是:如果连续5个工作日COD>4 000 mg/L或单次>4 500 mg/L，就应该做排槽处理。

　　6废漆处理间的布局

　　早期涂装车间通常为平面布局，废漆处理间一般布局在厂房外，离喷漆室距离较远，优点是中涂、面漆、清漆的漆雾可以集中处理，减少废漆处理间的占地面积。缺点也很明显，主要有:

　　(1)需要较大的循环水量，对参数不能做到快速地调整，且废漆排放较多;

　　(2)管路较长，因此管路水压较小，容易造成管路堵塞，且不易维护;

　　(3)对生产线的停线不能做到及时停止运行，造成动能和药剂的浪费。

　　近年来新建成的一些涂装车间都采用了多层立体的结构布局，废漆处理设备设计安装在喷漆室的下端。缺点是一次性投资比较大，废漆处理间占地面积比较大，但优点比较明显，主要有以下几个方面:

　　(1)对中涂、面漆的废漆做到了分开处理，可以对不同的树脂做针对性的处理;

　　(2)管路短、迁回少，容易维护，且循环水量少，减少了污水排放，节约了成本;

　　(3)离喷漆房近，可做到与生产线同步运行和停止，基本杜绝了处理剂和动能的浪费。7国内外汽车涂装废漆的处理发展状况

　　近几年，欧洲汽车厂家在成熟的湿式漆雾捕集系统的基础上开发了干式漆雾捕集系统和静电漆雾捕集系统。如德国涂装设备公司开发的新一代干式漆雾捕集系统，艾森曼(Eisenmann )公司开发的静电漆雾捕集装置(ESCRUB)等。

　　干式漆雾捕集的主要特点:

　　(1)漆雾捕集系统的捕漆介质主要为石灰。石灰粉与过喷湿漆雾相互吸附形成漆渣，含有漆渣微粒的空气经过滤组件过滤，使漆渣与空气分离，过滤后的空气返回空气循环系统。

　　(2)全自动清洁工艺。涂料微粒随着空气经过滤组件进行分离，在过滤器表面形成渣饼，导致过滤器的风阻增加。当压差达到最大允许值时，就会触发自动清洁过程，使用洁净压缩空气以0.25 s的脉冲喷人过滤器内，使渣饼与过滤器脱离。过滤器的清洁大约每25min进行一次。当滤料与捕集到的涂料微粒达到质量比3:1时更换新的滤料。每一个喷漆室的漆雾捕集系统都由若干相同的漆雾捕集单元联合构成。当一个捕集单元进行清洗或更换滤料时，其他的单元仍然可以工作，确保整个清洁过程不会影响过喷漆雾的捕集。

　　静电漆雾捕集装置的主要特点:

　　(1)排气通过阴极电栅，使排气中的涂料微粒获得电荷带电;( 2)带电的涂料微粒被吸附到接地的分离板上;(3)借助分离剂捕获涂料微粒;(4)分离出捕获的涂料微粒;(5)澄清的分离剂返回循环使用。

　　干式漆雾捕集系统的优点是:在整个漆雾捕集和分离的过程中不需要用到水，省去了水洗、水处理、漆渣处理工艺，防止了风管被水侵蚀和被漆雾污染等。与湿式漆雾捕集技术相比，由于干式漆雾捕集系统的过滤介质可以再生利用，可节省水和能源约30%。缺点是:对整个系统的设计和施工需要考虑的细节方面较多，要想得到一个比较好的漆雾捕集效果，对日常的维护要求比较高。

　　静电漆雾捕集系统的优点是噪音较低;排风再循环利用可达95%，可大幅度减少新鲜空气补给量;分离效率高，压损较小。缺点是系统装置设计及控制较为复杂。

　　可以看出，干式漆雾捕集系统和静电漆雾捕集系统相比于湿式漆雾捕集系统，优势明显。目前，国内已有新建汽车厂采用了干式漆雾捕集系统，如奇瑞大连分公司的涂装车间采用的就是干式漆雾捕集系统。

　　除此之外，国外有的公司通过大幅度减少过喷漆雾的方法省去了漆雾捕集系统。如:德国艾森曼公司推出的新一代静电悬杯Vario Bell V . 2。其特点是质量轻(约4.2 kg);同一悬杯有两种喷幅可以选择，同时满足车身内外表面喷涂的需要;悬杯的转速高(可达100 000r/min )，喷涂量大(可达800 mL/min)，该悬杯与艾森曼公司的换色阀配套使用，在喷涂换色过程中，可以做到基本无涂料损失，从而省去了过喷漆雾捕集系统。

　　8结语

　　在世界涂装技术领域，干式漆雾捕集装置和静电漆雾捕集装置都取得了技术突破。相对于国内的涂装技术，在这些领域与国际先进水平有一定的差距。因此，提高我们的自主研发能力，加强与涂装设备公司、设计院及各大汽车厂家的合作开发，缩短与国际先进水平的差距，是提高国内涂装制造领域竞争力的首要任务。

　　涂装废漆处理有着十分重要的环保意义，无论生产线是落后还是先进，都应把环保放在首位，首先做好废漆的收集和处理工作再考虑怎样降低成本。