某機(jī)械設(shè)備企業(yè)噴漆廢水處理工藝探究

洪沁文

（上海百碩環(huán)保科技有限公司，上海 200000）

1 概述

在國(guó)內(nèi)外大中型機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)工序中，很多都要需要設(shè)置噴漆工序，噴漆所使用到的油漆是一種溶劑型涂料（目前已逐步使用水性漆替代），在噴漆過程中需要涉及調(diào)漆、噴漆以及烘干等工序，以上工序均會(huì)在不同程度下排放出揮發(fā)性有機(jī)物廢氣，濃度高的揮發(fā)性有機(jī)廢氣具有毒性大的特點(diǎn)，在特殊的工作條件下還具備易燃易爆的風(fēng)險(xiǎn)。隨著環(huán)保力度的不斷加大，我國(guó)在針對(duì)各個(gè)行業(yè)中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物均需要設(shè)置環(huán)保處理措施，通過水來(lái)對(duì)調(diào)漆廢氣、噴漆廢氣以及烘干廢氣進(jìn)行預(yù)處理具有操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)，也可以為后端布設(shè)的其他廢氣處理措施提升處理效率。水簾柜就是一種采用循環(huán)水來(lái)預(yù)處理有機(jī)廢氣的措施，其通過不斷的循環(huán)水來(lái)進(jìn)行噴漆、烘干等VOCs 廢氣的捕捉，達(dá)到有機(jī)廢氣的預(yù)處理效果。

水簾柜中循環(huán)水預(yù)處理VOCs 的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的噴漆廢水。噴漆廢水中含有大量的有機(jī)質(zhì)顆粒，具有成分復(fù)雜、降解困難的特點(diǎn)，一旦含有較高濃度的噴漆廢水排入生態(tài)環(huán)境中，對(duì)生態(tài)將產(chǎn)生巨大的影響，能夠促使動(dòng)物中毒，導(dǎo)致分泌紊亂，嚴(yán)重情況下會(huì)致癌。因此，針對(duì)噴漆工藝中產(chǎn)生的噴漆廢水設(shè)計(jì)出合理的環(huán)保處理工藝將尤為重要。

本文以筆者主持的某機(jī)械設(shè)備企業(yè)項(xiàng)目為例，通過分析其在預(yù)處理調(diào)漆、噴漆、烘干工序中產(chǎn)生的噴漆廢水情況探討了兩級(jí)曝氣生物濾池處理工藝對(duì)噴漆廢水的去除效率，希望為相關(guān)行業(yè)噴漆廢水的處理提供參考思路。

2 噴漆廢水處理工藝現(xiàn)狀

2.1 混凝沉淀法

混凝沉淀法需要使用混凝劑來(lái)對(duì)廢水中的膠體雜質(zhì)和微小懸浮物進(jìn)行處理，其最大的優(yōu)勢(shì)就是既能夠單獨(dú)使用也可以組合使用，該方法可根據(jù)廢水的性質(zhì)決定采用對(duì)應(yīng)的混凝劑，常用的混凝劑包括明礬、硫酸亞鐵、三氯化鐵等。針對(duì)噴漆廢水中混凝劑的使用據(jù)研究表明，硫酸鋁有一定的效果。通過調(diào)研，針對(duì)噴漆廢水采用混凝沉淀法主要包括以下三個(gè)方面：壓縮雙電層作用、吸附架橋作用以及網(wǎng)捕作用，水溫、pH 以及廢水濃度與處理效果息息相關(guān)，因此，選取好的混凝劑以及適宜的處理?xiàng)l件將至關(guān)重要。

2.2 生物處理法

生物處理法的原理是借助于微生物的新陳代謝作用來(lái)處理廢水中的有害物質(zhì)，從而達(dá)到去除的效果。噴漆廢水中含有較高濃度的有機(jī)物，行業(yè)內(nèi)處理噴漆廢水需要使用物理化學(xué)法和生物法相結(jié)合來(lái)進(jìn)行噴漆廢水的處理。生物處理法包括好氧和厭氧，針對(duì)難降解的有機(jī)質(zhì)廢水采用的是厭氧處理。水解酸化- 好氧生化處理是現(xiàn)今逐漸興起的一種廢水處理工藝，前段水解酸化中含有水解酸化菌，能夠使有機(jī)質(zhì)濃度較高的廢水無(wú)機(jī)化，處理后可使得CODcr≤1000mg/L，為低濃度的廢水，后續(xù)使用好氧生物處理，可以有較好的處理效果。

2.3 共代謝處理法

共生代謝法也是微生物代謝處理廢水的一種方法，由最早的甲烷產(chǎn)生菌氧化乙烷而出現(xiàn)的一種共氧化現(xiàn)象而被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。共代謝作用通過處理廢水污染物中的關(guān)鍵酶來(lái)產(chǎn)生共誘導(dǎo)性，以此來(lái)做到代謝轉(zhuǎn)化生產(chǎn)基質(zhì)同時(shí)處理目標(biāo)污染物。含有濃度較高的有機(jī)質(zhì)的噴漆廢水成分復(fù)雜，如若需要使用微生物共代謝處理法則需要選取菌種通過長(zhǎng)期的馴化污泥來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的處理。使用共代謝處理法關(guān)鍵是針對(duì)關(guān)鍵酶活性來(lái)進(jìn)行提升誘導(dǎo)，再選取合適菌種后，針對(duì)共代謝生產(chǎn)機(jī)制的選擇也至關(guān)重要，通過調(diào)研，噴漆廢水中含有較多的PAHs，結(jié)構(gòu)上苯環(huán)數(shù)量較多，因此會(huì)降低降解速率，在這種情況，使用微生物在好氧條件下共代謝的方式可以提供其降解效率。

3 項(xiàng)目概況

某機(jī)械設(shè)備企業(yè)主要從事瓦楞紙板專用造紙?jiān)O(shè)備及零部件的生產(chǎn)，產(chǎn)品為成套的瓦楞紙板造紙?jiān)O(shè)備，生產(chǎn)內(nèi)容為產(chǎn)品核心部件的瓦楞輥生產(chǎn)、成套設(shè)備總裝及其配套的噴漆工序。項(xiàng)目用漆為高固體分油漆，共涉及10 種漆料，主要包括有環(huán)氧高固防銹底漆、環(huán)氧樹脂涂料、環(huán)氧固化劑、過氯乙烯漆稀釋劑等，含有有機(jī)廢氣的原料用量約133.2t/a。項(xiàng)目生產(chǎn)工藝如圖1 所示。

圖1 企業(yè)生產(chǎn)工藝流程圖

項(xiàng)目油漆使用環(huán)節(jié)依次經(jīng)過調(diào)漆、噴漆以及烘干三個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)項(xiàng)目生產(chǎn)工藝，產(chǎn)生的廢水主要包括有生活污水、噴漆廢水、鍋爐房廢水以及密封性檢測(cè)冷凝水。生活污水、鍋爐房廢水以及密封性檢測(cè)冷凝水均含有較少的有機(jī)廢氣混入，項(xiàng)目設(shè)置水簾柜對(duì)調(diào)漆廢氣、噴漆廢氣以及烘干廢氣進(jìn)行預(yù)處理，會(huì)產(chǎn)生噴漆廢水，噴漆廢水中含有的主要污染物為pH、COD、BOD5、氨氮、SS、石油類，根據(jù)源強(qiáng)核算產(chǎn)生量約3.6t/h，噴漆廢水的主要特征如表1 所示。

表1 噴漆廢水主要特征

由上表可知，項(xiàng)目噴漆廢水中COD 濃度含量較高，均值達(dá)到975mg/L，其他的如SS 以及pH 濃度含量相對(duì)較低，因此，針對(duì)COD 的處理是重點(diǎn)考慮的問題。

4 噴漆廢水處理工藝及效果分析

4.1 處理工藝選擇

針對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)生的噴漆廢水采用生物處理法來(lái)進(jìn)行處理，具體為兩級(jí)曝氣生物濾池深度處理技術(shù)，利用生物濾池的特點(diǎn)，將兩個(gè)池子串聯(lián)起來(lái)可有效的去除水體中的懸浮物及有機(jī)成分，使兩個(gè)池子形成一個(gè)新的生物系統(tǒng)，有效提高污水的處理效率。生物系統(tǒng)中的厭氧池的主要功能分為兩個(gè)部分，第一部分是用來(lái)攔截污水中漂浮的物質(zhì)，降低污水中懸浮物的濃度，減少好氧階段中曝氣池的故障發(fā)生概率；第二部分是將污水中的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子有機(jī)物，提高污水的可生化性能，進(jìn)一步提高污水的去除效率。

4.2 處理效果分析

4.2.1 調(diào)節(jié)氣液比、水力負(fù)荷對(duì)工藝效果的影響程度分析

采用的兩級(jí)曝氣生物濾池處理工藝中涉及連續(xù)進(jìn)水的工序，根據(jù)廢水排放量擬將水力負(fù)荷從0.6 m3/m2·h調(diào)整到1.8 m3/m2·h，控制水力負(fù)荷不變，氣液比為變量，將氣液比從3:1 調(diào)整至5:1，通過以上操作，通過不同參數(shù)下處理池中的氣液比和水力負(fù)荷下情況來(lái)觀察濾池中COD 的去除率的情況。

根據(jù)監(jiān)測(cè)單位例行監(jiān)測(cè)報(bào)告可知，項(xiàng)目噴漆廢水進(jìn)水CODcr 的濃度190 ～210 mg/L，CODcr 在不同時(shí)期濃度與水力負(fù)荷和氣液比的關(guān)系如圖2 所示。從關(guān)系圖可知，當(dāng)廢水處于厭氧池階段時(shí)，廢水中CODcr 濃度變化較小，整體的去除率17%以內(nèi)，未處理的噴漆廢水B/C的值范圍在0.16～0.20 之間，出水的B/C 的值是0.29～0.35，可以判斷的是，廢水在厭氧池階段進(jìn)行了水解和酸化的作用，使得廢水中的可生化性大大的增加，通過以上處理，當(dāng)廢水進(jìn)入到好氧池階段后，CODCr 的去除率大大增強(qiáng)，去除率在74%以上，經(jīng)過處理的廢水，CODcr 的濃度小于75 mg/L，最低可達(dá)到33.51 mg/L，效果明顯。

圖2 CODcr 在不同時(shí)期濃度與水力負(fù)荷和氣液比的關(guān)系

由圖2 可知，當(dāng)氣液比增強(qiáng)時(shí)，可明顯看出曝氣池中的硝酸鹽的含量增加。將曝氣池中的出水回流至厭氧池，增加厭氧池中硝酸鹽的含量，當(dāng)厭氧池中硝酸鹽含量增加時(shí)，可觀察到厭氧池中的反硝化脫氮作用明顯加強(qiáng)，有機(jī)物的去除效果也有顯著的提升。繼續(xù)調(diào)節(jié)氣液比并調(diào)節(jié)到較高的范圍時(shí)，會(huì)使得反應(yīng)池中出現(xiàn)氣流較大，產(chǎn)生氣流剪切力從而削弱生物膜的作用，生物膜的削弱直接導(dǎo)致了池中微生物數(shù)量的減少，微生物作為去除有機(jī)質(zhì)的主要因素，將使得處理效率大打折扣。當(dāng)氣液比相同時(shí)，隨著水力負(fù)荷的不斷增加，CODcr 的濃度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。水力負(fù)荷適量時(shí)，液壓剪切機(jī)促進(jìn)了包裝材料表面上生物膜的補(bǔ)給，同時(shí)也保證了微生物與有機(jī)物之間的充分接觸，當(dāng)水力負(fù)荷過低或過高都不利于微生物的生長(zhǎng)。

由以上觀察結(jié)果可知，兩級(jí)曝氣生物濾池中氣液比和水力負(fù)荷兩個(gè)因子是決定廢水中CODcr 去除效率的關(guān)鍵因素，調(diào)節(jié)氣液比、水力負(fù)荷，當(dāng)氣液比為4:1 時(shí)，水力負(fù)荷是1.20m3/m2·h 的反應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)，CODcr 的去除效率最高，可達(dá)到90.24%左右，處理后的噴漆廢水完全達(dá)到可排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.2 反沖洗工序

兩級(jí)曝氣生物濾池處理工序中需要進(jìn)行反沖洗試驗(yàn)，包括厭氧生物濾池反沖洗和曝氣生物濾池兩個(gè)反沖洗階段。反沖洗需要控制涉及到氣液比、空氣強(qiáng)度以及水流速等參數(shù)，其中氣液比，反沖洗的空氣強(qiáng)度設(shè)置為11L·m-2·s-1，水的流速設(shè)置為4L·m-2·s-1，試驗(yàn)過程中將反沖洗的允許時(shí)間設(shè)置在5 分鐘左右。項(xiàng)目T-SBAF 工序中使用的是漂浮材料的厭氧池，其最大的有點(diǎn)就是可以最大程度的減少生物膜的損失且恢復(fù)速度更快。完成一次反沖洗，BAF 的單個(gè)池所需要花費(fèi)的時(shí)間約每3～6d，另外，T-SBAF 中反沖洗的時(shí)間通常較長(zhǎng)，主要?dú)w結(jié)于厭氧池中殘留了大量的SS，殘留的SS 可以將時(shí)間延長(zhǎng)至10d 一次，T-SBAF 完成反沖洗后也能實(shí)現(xiàn)較快的恢復(fù)速度，根據(jù)試驗(yàn)，其恢復(fù)時(shí)間約5 小時(shí)左右。T-SBAF 中串聯(lián)池子的設(shè)計(jì)能夠?qū)⒋蟛糠值腟S 截留后去除，從而減少反沖洗的次數(shù)，也能夠控制反沖洗的強(qiáng)度，這也是T-SBAF 完成反沖洗后能夠?qū)崿F(xiàn)快速恢復(fù)的主要原因，這也在一定程度上提高噴漆廢水的處理效率，現(xiàn)對(duì)于傳統(tǒng)的BAF 反沖洗，其具有顯著的優(yōu)勢(shì)，見表2。

表2 反沖洗過后，各個(gè)恢復(fù)時(shí)間段CODCr 濃度變化情況

5 結(jié)論

噴漆行業(yè)中產(chǎn)生的污染物問題大多數(shù)學(xué)者更為關(guān)注的是有機(jī)廢氣的污染問題，卻忽略了對(duì)噴漆廢水的處理情況。噴漆廢水作為處理廢氣而產(chǎn)生的污染物含有較高的有機(jī)質(zhì)，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、難降解、成分復(fù)雜的特點(diǎn)，同時(shí)也具有較大的危害性，針對(duì)噴漆廢水比選出一套經(jīng)濟(jì)性、效率性的處理工藝來(lái)做到廢水的達(dá)標(biāo)排放顯得尤為重要。