汽车涂装用新型环保废漆处理工艺

叶耀华 *，刘宗兴

（1.广州汉高表面技术有限公司，广东 广州 510663；2.汉高股份有限公司，上海 201203）

絮凝剂在油漆行业的使用是在油漆开始规模化应用之后。油漆使用初期，只是利用一个简单的设施来收集没被喷到工件上的油漆。由于仅靠自然下落收集 废漆，因此效果极差，在喷漆过程中会造成大量的漆雾，从而严重污染设备。之后，人们开始使用水槽收集油漆，再后来又加了负压设备，确保喷出的漆雾具备一定的流向，从而减少对设备的污染。到20 世纪70年代，已有不少有关喷漆室的专利设计。这时的喷漆室设计因环保的要求已越来越细致，开始有冷凝、蒸发器和排送风系统。有些喷漆室还会按不同油漆，有湿度、温度及循环风流动的流速等指标。有关喷漆系统内不同局部组件的专利有很多，但工厂废漆回收处理设施的基本构架大同小异，结构变化不大，如图1[1]所示。但在非涂装行业(如食品、造纸等)，其水处理设备的研究则因为工艺技术的提升，有了很多新的突破[2]。而绝大多数有关废水处理方面的研究更多偏向于化学药剂方面。 油漆絮凝剂的研究主要集中在以下几个方面：

图1 传统喷漆系统结构示意图 Figure 1 Schematic diagram showing the structure of conventional paint spraying system

(1) 如何去除油漆的黏性，减少对设备的粘附作用，增加设备的可用性，同时改善工作环境，减少对水槽的清洗次数，降低维护成本。

(2) 如何使油漆与水基介质更好地分离，也就是使油漆废渣与水体介质更好地分离，上浮于液面或下沉于槽底，以利于设备自动收集清除，同时尽量保证介质清洁。

(3) 高效环保，即提高除漆效率，减少COD 和BOD。

(4) 具有良好的可操作性，如不易起泡，不易发臭，加料控制简单，卸渣高效等。以方便现代工业的大规模自动化生产。

国际上有关废弃油漆的处理研究一直都很活跃，技术的进步推动了产品的不断升级换代。目前，絮凝剂的开发也越来越有针对性，如不同的漆会有不同的絮凝剂；相同的漆又有上浮或下沉两种不同的絮凝剂；有些絮凝剂则会根据不同的树脂油漆而添加不同的添加剂，以达到最好的效果。如汉高公司根据油漆中的树脂类型(如环氧、丙烯酸和聚氨酯等)的不同，在絮凝剂中加入不同特性及比例的添加剂，这些不同类型的絮凝剂正应用在国内多数汽车厂家中。

但是，传统的油漆处理主要通过水流的大流量循环加上送排风系统和高效絮凝剂的配合使用进行，尽管对现代自动化涂装生产起到了很大的促进作用，但其能耗大，水处理需求量很大。随着人们环境意识的提高，将生物技术应用于废漆降解[3-5]以及隔膜技术[6]的研究都取得了一定的进展，但在大型自动化工业化应用方面仍有明显不足。而且，这些研究都没有从设备整体构思上进行根本的改变，只是在目前的设备基础上对化学药剂的使用进行深入研究。

最近一两年，国际上出现了最新的涂漆处理工艺，即在设备上尽量减少能耗，在废漆的应用处理上尽量做到回收利用。这方面的研究以德国EISENMANN 公司开发的E-SCRUB 工艺最具代表性，它已在国际上开始应用，被认为是未来的分离技术。

1 E-SCRUB 工艺

1.1 E-SCRUB 的工作原理

E-SCRUB(Electrostatic Separation of Overspay)即静电分离技术，是目前为减少碳排放而成功开发的一种可持续的生产工艺，它代表了未来的油漆喷涂静电分离处理的新方向，对保护环境、节约资源、减少运行费用等极为明显，可用性及可操作性也很强，且适用于目前设备的改装。目前已经开始在一些知名公司(如大众、宝马等)进行试运行，国内佛山大众也有一条线进入试运行阶段。

静电除渣系统E-SCRUB 一般安装在喷漆室的正下方，处于传统喷漆房下面的水槽位置。在喷漆室中，含油漆颗粒的空气会被导向E-SCRUB 静电分离系统。导流设备既有导流作用，也起保护分离组件的作用，它能引导空气进入高压分离模组，最后将油漆分离。由于整个过程中空气的变化量不大，因此大多数空气最后会回到系统内循环使用。由于整个系统中油漆的溶剂含量不同，为了维持系统喷漆质量的稳定，须有一套新鲜空气补充系统，以确保喷漆房空气参数的稳定。E-SCRUB 系统结构示意图见图2。

高压模块发生器由高压板和零伏板组成，之间形成较强的电场使空气电离，让细小的油漆颗粒带电，通过电场将油漆颗粒运送至带絮凝剂的零伏面板上，模块内的絮凝剂通过滚轴将液体滚出，刮刀将滚出的液体刮出，使其顺刮片沿下面的零伏板向下流动，并吸收带电的油漆颗粒，最后流向系统槽分离漆渣。该工艺油漆颗粒的收集率很高，与传统的处理相比，环境的清洁度也要高很多，大大改善了油漆表面的洁净度。漆渣分离组件见图3。

2.2 E-SCRUB 絮凝剂的特点

从上述E-SCRUB 工作的原理可以看出，它主要是通过带电的油漆颗粒转移到带絮凝剂的零伏板上，从而进行分离，所以系统槽中的絮凝剂至少要保持以下特点：

图3 漆膜分离组件照片 Figure 3 Photo of subassembly for separating paint slag

(1) 絮凝剂要有一般传统絮凝剂的特性，如去黏、分离油漆等等。

(2) 絮凝剂要确保通过滚轴滚出的液体能均匀地沿零伏板流动而不留空白，同时又要不至于造成絮凝剂直接滴落。

(3) 模块单元内不能有较多的气泡，否则气泡会顺零伏板流动，影响油漆的分离，甚至导致设备不能正常工作。

与传统絮凝剂不同，系统槽内的液体不能带有大颗粒漆渣，或较大颗粒的漆渣能较好地控制而不轻易被带入滚动槽内。因为较大的颗粒如果回到模块可能会形成干结的小颗粒，而被固定在零伏板上，导致零伏板上的液体不能均匀流动。与此同时，新的絮凝剂要能确保槽液在通过离心泵时漆渣较易分离。

随着生产的进行，槽液的浓度会有变化，而且不同的油漆会导致不同的黏度，因此，槽液在模块内的流动性应有一定的要求。一定要有可控制流动性的添加剂，以确保模块内液体的流动性可控。在中心槽内，搅拌过程中应没有明显的起泡现象，或起泡后消失较快，以免气泡被带入静电模块而造成影响。

2.3 E-SCRUB 使用的絮凝剂产品

E-SCRUB 使用的絮凝剂产品包括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，这些都是汉高公司专门为适应E-SCRUB 工艺而开发的新产品，在水性或油性漆中的使用效果都不错。尽管不同产品在使用上会有不同，但其基本都能满足目前绝大多数汽车厂不同油漆的使用要求。以上系列絮凝剂在油性和水性漆中的处理流程如下：以P3 Croniplus MUP 开槽─加水调整黏度─加少量P3 Croniplus 430 至有轻微泡沫─加入P3 Croni 812 和P3 Croni 808(启动过车时加)─槽液待用。

2.4 参数的管控

通常检查测试黏度、碱点数、pH、电导、固含量等参数，并设定相关的参数，设备会自动运行加料、补水、除渣等操作。

(1) 电导率 ：要求控制范围 小于10 000 μS/m。控制电导主要是为了更好地控制外来物的含量，比如实际运行中加入的调整剂、油漆中所含的导电离子等都可增加电导。过高的电导可导致系统的运行效果下降，一般通过加强除渣或适当补水加以控制。

(2) 碱点数：要求在50 ～ 450。维持一定的碱度对絮凝效果极为重要，这一点与传统絮凝剂工艺一样。碱度太高，可能会有泡沬，对滚轴的运转不利；碱度太低，则可能去黏性不好，不利于离心除渣。

(3) 黏度：一般在38 ～ 48 s(涂-4 杯)。黏度是很重要的一项指标，一般建议每2 h 测定一次。因为系统在运转过程中即使固含量保持不变，黏度也会不断减小。而黏度值范围很重要，它能确保系统的絮凝剂不停地从滚轴导向漆渣接收板。所以测试的频率较高，并通过自动加料确保黏度值在要求的范围内。

(4) 槽液固含量要求为5% ～ 12%。超过12%即开启离心除渣器，确保系统正常运转，小于5%则无须开泵。

(5) 渣含量通常要求为50% ～ 75%，它是加药量是否正常的参考指标，含水量过高(如渣含量小于50%)时，应适量加入脱水性添加剂 P3 Croni 812。

2.5 常见问题及处理方法

(1) 零伏板不被絮凝剂覆盖。处理方法：调整槽液参数，提高槽液流动性。

(2) 残渣小颗粒粘附在刮片刀上。处理方法：增加流动性，测试油漆的去黏性，并补充相应的药剂。

(3) 静电发生器报警。处理方法：检查复位，并察看是否有短路等其他原因。

(4) 泡沬过高。处理方法：如果在滚轴盒内泡沬太高，可能在零伏板上形成流痕，应加入消泡剂。

(5) 离心机出渣不好。处理方法：可能是渣太湿，或转速太低；或渣太干，离心机被堵。须加入添加剂P3 Croni 812。

(6) 出现剃须泡沬。处理方法：可能是加料量过大，应调整加料量。

3 E-SCRUB 工艺的使用情况

目前，在欧洲已有两条线在投入使用，一条为宝时捷(Porsche，Zuffenhausen)，另一条为大众斯洛伐克线(VW Slovakia，Bratislava)，已满负荷运行超过一年，积累了丰富的数据。从使用的情况来看，基本达到或超过了预期的效果。第3、4 条线则为中国大众及巴西大众，都已完成建设，目前正在试运行，都在2013年底全面投入正式生产。从目前试运行的情况来看，效果也很明显。无论是对环境的改善，还是能耗的降低，综合成本与传统工艺相比都有明显优势。据说宝马在美国的新线目前也已完成相关的招标程序。与传统的絮凝工艺相比，E-SCRUB工艺体现了以下优势：

(1) 空气循环使用量提高到94% 。

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

(3) 水使用量降低86% 。

(4) 灰尘减少，最大可降低97%小颗粒。

(5) 从少使用水及高效的回收来看，废弃物会明显减少。

(6) 工作环境中的噪音明显降低。

(7) 设备折旧降低，维护费用降低。

(8) 设备运行特点决定了没有传统系统的额外污染，涂装质量明显提高。

国内大众近几个月的试运行情况如下：由于处于调试阶段，所以每天过的车并不很多，但设备全天运行，造成实际药剂的用量与理论值有一定差距──偏高。由于汲取了前面两条线的经验，所以国内设备作了小的改进，使系统运行更有效，特别是收集槽的重新设计，进一步减少了材料的损耗。但清洁环节中的劳动强度增加。

在清洁环节方面，尽管与传统清洁方式相比已有较大的改进，但仍然感觉工作量稍大，如每班6 个人才能完成一条线的清洗。如果下一步清洁也能自动化，则会更加有效率。

4 结语

目前，絮凝剂越来越向环保及高效的方向发展，如减少水的使用，减少含水废物的排放，要求除漆渣后残余废水内的含漆量要低，且总水量要小，同时，要求空气循环利用，以减少资源的使用，并要求降低系统内温度、湿度等环境参数的维持费用等。而E-SCRUB 工艺可以说很好地解决了上述问题，它除了能达到较好的节能效果外，还实现了全自动化，极大地改进了厂区的工作环境。

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

[2]王端洋,刘丹,赵可卉,等.典型气浮净水设备评述[J].环境科学与技术,2011,34 (9) : 82-87,161.

[3]马放,段姝悦,孔祥震,等.微生物絮凝剂的研究现状及其发展趋势[J].中国给水排水,2012,28 (2): 14-17.

[4]沈晓莉,裴建云,张玉.复合微生物产絮凝剂的发酵及絮凝条件优化[J].广州化工,2012,40 (21): 38-40.

[5]李淑芳.酱油曲霉产微生物絮凝剂MBFA 1 的结构及絮凝机理研究[D].广州: 暨南大学,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.