葉耀華 *，劉宗興

（1.廣州漢高表面技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510663；2.漢高股份有限公司，上海 201203）

絮凝劑在油漆行業(yè)的使用是在油漆開始規(guī)模化應(yīng)用之后。油漆使用初期，只是利用一個簡單的設(shè)施來收集沒被噴到工件上的油漆。由于僅靠自然下落收集 廢漆，因此效果極差，在噴漆過程中會造成大量的漆霧，從而嚴(yán)重污染設(shè)備。之后，人們開始使用水槽收集油漆，再后來又加了負(fù)壓設(shè)備，確保噴出的漆霧具備一定的流向，從而減少對設(shè)備的污染。到20 世紀(jì)70年代，已有不少有關(guān)噴漆室的專利設(shè)計。這時的噴漆室設(shè)計因環(huán)保的要求已越來越細(xì)致，開始有冷凝、蒸發(fā)器和排送風(fēng)系統(tǒng)。有些噴漆室還會按不同油漆，有濕度、溫度及循環(huán)風(fēng)流動的流速等指標(biāo)。有關(guān)噴漆系統(tǒng)內(nèi)不同局部組件的專利有很多，但工廠廢漆回收處理設(shè)施的基本構(gòu)架大同小異，結(jié)構(gòu)變化不大，如圖1[1]所示。但在非涂裝行業(yè)(如食品、造紙等)，其水處理設(shè)備的研究則因?yàn)楣に嚰夹g(shù)的提升，有了很多新的突破[2]。而絕大多數(shù)有關(guān)廢水處理方面的研究更多偏向于化學(xué)藥劑方面。 油漆絮凝劑的研究主要集中在以下幾個方面：

圖1 傳統(tǒng)噴漆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 Figure 1 Schematic diagram showing the structure of conventional paint spraying system

(1) 如何去除油漆的黏性，減少對設(shè)備的粘附作用，增加設(shè)備的可用性，同時改善工作環(huán)境，減少對水槽的清洗次數(shù)，降低維護(hù)成本。

(2) 如何使油漆與水基介質(zhì)更好地分離，也就是使油漆廢渣與水體介質(zhì)更好地分離，上浮于液面或下沉于槽底，以利于設(shè)備自動收集清除，同時盡量保證介質(zhì)清潔。

(3) 高效環(huán)保，即提高除漆效率，減少COD 和BOD。

(4) 具有良好的可操作性，如不易起泡，不易發(fā)臭，加料控制簡單，卸渣高效等。以方便現(xiàn)代工業(yè)的大規(guī)模自動化生產(chǎn)。

國際上有關(guān)廢棄油漆的處理研究一直都很活躍，技術(shù)的進(jìn)步推動了產(chǎn)品的不斷升級換代。目前，絮凝劑的開發(fā)也越來越有針對性，如不同的漆會有不同的絮凝劑；相同的漆又有上浮或下沉兩種不同的絮凝劑；有些絮凝劑則會根據(jù)不同的樹脂油漆而添加不同的添加劑，以達(dá)到最好的效果。如漢高公司根據(jù)油漆中的樹脂類型(如環(huán)氧、丙烯酸和聚氨酯等)的不同，在絮凝劑中加入不同特性及比例的添加劑，這些不同類型的絮凝劑正應(yīng)用在國內(nèi)多數(shù)汽車廠家中。

但是，傳統(tǒng)的油漆處理主要通過水流的大流量循環(huán)加上送排風(fēng)系統(tǒng)和高效絮凝劑的配合使用進(jìn)行，盡管對現(xiàn)代自動化涂裝生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用，但其能耗大，水處理需求量很大。隨著人們環(huán)境意識的提高，將生物技術(shù)應(yīng)用于廢漆降解[3-5]以及隔膜技術(shù)[6]的研究都取得了一定的進(jìn)展，但在大型自動化工業(yè)化應(yīng)用方面仍有明顯不足。而且，這些研究都沒有從設(shè)備整體構(gòu)思上進(jìn)行根本的改變，只是在目前的設(shè)備基礎(chǔ)上對化學(xué)藥劑的使用進(jìn)行深入研究。

最近一兩年，國際上出現(xiàn)了最新的涂漆處理工藝，即在設(shè)備上盡量減少能耗，在廢漆的應(yīng)用處理上盡量做到回收利用。這方面的研究以德國EISENMANN 公司開發(fā)的E-SCRUB 工藝最具代表性，它已在國際上開始應(yīng)用，被認(rèn)為是未來的分離技術(shù)。

1 E-SCRUB 工藝

1.1 E-SCRUB 的工作原理

E-SCRUB(Electrostatic Separation of Overspay)即靜電分離技術(shù)，是目前為減少碳排放而成功開發(fā)的一種可持續(xù)的生產(chǎn)工藝，它代表了未來的油漆噴涂靜電分離處理的新方向，對保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、減少運(yùn)行費(fèi)用等極為明顯，可用性及可操作性也很強(qiáng)，且適用于目前設(shè)備的改裝。目前已經(jīng)開始在一些知名公司(如大眾、寶馬等)進(jìn)行試運(yùn)行，國內(nèi)佛山大眾也有一條線進(jìn)入試運(yùn)行階段。

靜電除渣系統(tǒng)E-SCRUB 一般安裝在噴漆室的正下方，處于傳統(tǒng)噴漆房下面的水槽位置。在噴漆室中，含油漆顆粒的空氣會被導(dǎo)向E-SCRUB 靜電分離系統(tǒng)。導(dǎo)流設(shè)備既有導(dǎo)流作用，也起保護(hù)分離組件的作用，它能引導(dǎo)空氣進(jìn)入高壓分離模組，最后將油漆分離。由于整個過程中空氣的變化量不大，因此大多數(shù)空氣最后會回到系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。由于整個系統(tǒng)中油漆的溶劑含量不同，為了維持系統(tǒng)噴漆質(zhì)量的穩(wěn)定，須有一套新鮮空氣補(bǔ)充系統(tǒng)，以確保噴漆房空氣參數(shù)的穩(wěn)定。E-SCRUB 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

高壓模塊發(fā)生器由高壓板和零伏板組成，之間形成較強(qiáng)的電場使空氣電離，讓細(xì)小的油漆顆粒帶電，通過電場將油漆顆粒運(yùn)送至帶絮凝劑的零伏面板上，模塊內(nèi)的絮凝劑通過滾軸將液體滾出，刮刀將滾出的液體刮出，使其順刮片沿下面的零伏板向下流動，并吸收帶電的油漆顆粒，最后流向系統(tǒng)槽分離漆渣。該工藝油漆顆粒的收集率很高，與傳統(tǒng)的處理相比，環(huán)境的清潔度也要高很多，大大改善了油漆表面的潔凈度。漆渣分離組件見圖3。

2.2 E-SCRUB 絮凝劑的特點(diǎn)

從上述E-SCRUB 工作的原理可以看出，它主要是通過帶電的油漆顆粒轉(zhuǎn)移到帶絮凝劑的零伏板上，從而進(jìn)行分離，所以系統(tǒng)槽中的絮凝劑至少要保持以下特點(diǎn)：

圖3 漆膜分離組件照片 Figure 3 Photo of subassembly for separating paint slag

(1) 絮凝劑要有一般傳統(tǒng)絮凝劑的特性，如去黏、分離油漆等等。

(2) 絮凝劑要確保通過滾軸滾出的液體能均勻地沿零伏板流動而不留空白，同時又要不至于造成絮凝劑直接滴落。

(3) 模塊單元內(nèi)不能有較多的氣泡，否則氣泡會順零伏板流動，影響油漆的分離，甚至導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作。

與傳統(tǒng)絮凝劑不同，系統(tǒng)槽內(nèi)的液體不能帶有大顆粒漆渣，或較大顆粒的漆渣能較好地控制而不輕易被帶入滾動槽內(nèi)。因?yàn)檩^大的顆粒如果回到模塊可能會形成干結(jié)的小顆粒，而被固定在零伏板上，導(dǎo)致零伏板上的液體不能均勻流動。與此同時，新的絮凝劑要能確保槽液在通過離心泵時漆渣較易分離。

隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，槽液的濃度會有變化，而且不同的油漆會導(dǎo)致不同的黏度，因此，槽液在模塊內(nèi)的流動性應(yīng)有一定的要求。一定要有可控制流動性的添加劑，以確保模塊內(nèi)液體的流動性可控。在中心槽內(nèi)，攪拌過程中應(yīng)沒有明顯的起泡現(xiàn)象，或起泡后消失較快，以免氣泡被帶入靜電模塊而造成影響。

2.3 E-SCRUB 使用的絮凝劑產(chǎn)品

E-SCRUB 使用的絮凝劑產(chǎn)品包括P3 Croniplus MUP、P3 Croniplus R.、P3 Croniplus 400、P3 Croniplus 410、P3 Croniplus 430、P3 Croni 812、P3 Croni 808 和P3 Cronisol 646，這些都是漢高公司專門為適應(yīng)E-SCRUB 工藝而開發(fā)的新產(chǎn)品，在水性或油性漆中的使用效果都不錯。盡管不同產(chǎn)品在使用上會有不同，但其基本都能滿足目前絕大多數(shù)汽車廠不同油漆的使用要求。以上系列絮凝劑在油性和水性漆中的處理流程如下：以P3 Croniplus MUP 開槽─加水調(diào)整黏度─加少量P3 Croniplus 430 至有輕微泡沫─加入P3 Croni 812 和P3 Croni 808(啟動過車時加)─槽液待用。

2.4 參數(shù)的管控

通常檢查測試黏度、堿點(diǎn)數(shù)、pH、電導(dǎo)、固含量等參數(shù)，并設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，設(shè)備會自動運(yùn)行加料、補(bǔ)水、除渣等操作。

(1) 電導(dǎo)率 ：要求控制范圍 小于10 000 μS/m。控制電導(dǎo)主要是為了更好地控制外來物的含量，比如實(shí)際運(yùn)行中加入的調(diào)整劑、油漆中所含的導(dǎo)電離子等都可增加電導(dǎo)。過高的電導(dǎo)可導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行效果下降，一般通過加強(qiáng)除渣或適當(dāng)補(bǔ)水加以控制。

(2) 堿點(diǎn)數(shù)：要求在50 ～ 450。維持一定的堿度對絮凝效果極為重要，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)絮凝劑工藝一樣。堿度太高，可能會有泡沬，對滾軸的運(yùn)轉(zhuǎn)不利；堿度太低，則可能去黏性不好，不利于離心除渣。

(3) 黏度：一般在38 ～ 48 s(涂-4 杯)。黏度是很重要的一項(xiàng)指標(biāo)，一般建議每2 h 測定一次。因?yàn)橄到y(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中即使固含量保持不變，黏度也會不斷減小。而黏度值范圍很重要，它能確保系統(tǒng)的絮凝劑不停地從滾軸導(dǎo)向漆渣接收板。所以測試的頻率較高，并通過自動加料確保黏度值在要求的范圍內(nèi)。

(4) 槽液固含量要求為5% ～ 12%。超過12%即開啟離心除渣器，確保系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，小于5%則無須開泵。

(5) 渣含量通常要求為50% ～ 75%，它是加藥量是否正常的參考指標(biāo)，含水量過高(如渣含量小于50%)時，應(yīng)適量加入脫水性添加劑 P3 Croni 812。

2.5 常見問題及處理方法

(1) 零伏板不被絮凝劑覆蓋。處理方法：調(diào)整槽液參數(shù)，提高槽液流動性。

(2) 殘渣小顆粒粘附在刮片刀上。處理方法：增加流動性，測試油漆的去黏性，并補(bǔ)充相應(yīng)的藥劑。

(3) 靜電發(fā)生器報警。處理方法：檢查復(fù)位，并察看是否有短路等其他原因。

(4) 泡沬過高。處理方法：如果在滾軸盒內(nèi)泡沬太高，可能在零伏板上形成流痕，應(yīng)加入消泡劑。

(5) 離心機(jī)出渣不好。處理方法：可能是渣太濕，或轉(zhuǎn)速太低；或渣太干，離心機(jī)被堵。須加入添加劑P3 Croni 812。

(6) 出現(xiàn)剃須泡沬。處理方法：可能是加料量過大，應(yīng)調(diào)整加料量。

3 E-SCRUB 工藝的使用情況

目前，在歐洲已有兩條線在投入使用，一條為寶時捷(Porsche，Zuffenhausen)，另一條為大眾斯洛伐克線(VW Slovakia，Bratislava)，已滿負(fù)荷運(yùn)行超過一年，積累了豐富的數(shù)據(jù)。從使用的情況來看，基本達(dá)到或超過了預(yù)期的效果。第3、4 條線則為中國大眾及巴西大眾，都已完成建設(shè)，目前正在試運(yùn)行，都在2013年底全面投入正式生產(chǎn)。從目前試運(yùn)行的情況來看，效果也很明顯。無論是對環(huán)境的改善，還是能耗的降低，綜合成本與傳統(tǒng)工藝相比都有明顯優(yōu)勢。據(jù)說寶馬在美國的新線目前也已完成相關(guān)的招標(biāo)程序。與傳統(tǒng)的絮凝工藝相比，E-SCRUB工藝體現(xiàn)了以下優(yōu)勢：

(1) 空氣循環(huán)使用量提高到94% 。

(2) 降低75%的能耗(能耗從31 710 MW·h/a 降到7 570 MW·h/a)。

(3) 水使用量降低86% 。

(4) 灰塵減少，最大可降低97%小顆粒。

(5) 從少使用水及高效的回收來看，廢棄物會明顯減少。

(6) 工作環(huán)境中的噪音明顯降低。

(7) 設(shè)備折舊降低，維護(hù)費(fèi)用降低。

(8) 設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)決定了沒有傳統(tǒng)系統(tǒng)的額外污染，涂裝質(zhì)量明顯提高。

國內(nèi)大眾近幾個月的試運(yùn)行情況如下：由于處于調(diào)試階段，所以每天過的車并不很多，但設(shè)備全天運(yùn)行，造成實(shí)際藥劑的用量與理論值有一定差距──偏高。由于汲取了前面兩條線的經(jīng)驗(yàn)，所以國內(nèi)設(shè)備作了小的改進(jìn)，使系統(tǒng)運(yùn)行更有效，特別是收集槽的重新設(shè)計，進(jìn)一步減少了材料的損耗。但清潔環(huán)節(jié)中的勞動強(qiáng)度增加。

在清潔環(huán)節(jié)方面，盡管與傳統(tǒng)清潔方式相比已有較大的改進(jìn)，但仍然感覺工作量稍大，如每班6 個人才能完成一條線的清洗。如果下一步清潔也能自動化，則會更加有效率。

4 結(jié)語

目前，絮凝劑越來越向環(huán)保及高效的方向發(fā)展，如減少水的使用，減少含水廢物的排放，要求除漆渣后殘余廢水內(nèi)的含漆量要低，且總水量要小，同時，要求空氣循環(huán)利用，以減少資源的使用，并要求降低系統(tǒng)內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)的維持費(fèi)用等。而E-SCRUB 工藝可以說很好地解決了上述問題，它除了能達(dá)到較好的節(jié)能效果外，還實(shí)現(xiàn)了全自動化，極大地改進(jìn)了廠區(qū)的工作環(huán)境。

[1]BRADSHAW N F.Paint spray booth with air supply system : US,4173924 [P].1979-11-13.

[2]王端洋,劉丹,趙可卉,等.典型氣浮凈水設(shè)備評述[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2011,34 (9) : 82-87,161.

[3]馬放,段姝悅,孔祥震,等.微生物絮凝劑的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].中國給水排水,2012,28 (2): 14-17.

[4]沈曉莉,裴建云,張玉.復(fù)合微生物產(chǎn)絮凝劑的發(fā)酵及絮凝條件優(yōu)化[J].廣州化工,2012,40 (21): 38-40.

[5]李淑芳.醬油曲霉產(chǎn)微生物絮凝劑MBFA 1 的結(jié)構(gòu)及絮凝機(jī)理研究[D].廣州: 暨南大學(xué),2012.

[6]ZAGKLIS D P,KOUTSOUKOS P G,PARASKEVA C A.A combined coagulation/flocculation and membrane filtration process for the treatment of paint industry wastewaters [J].Industrial & Engineering Chemistry Research,2012,51 (47): 15456-15462.