汽车涂装废水处理技术

汽车涂装是保护和装饰汽车的主要措施，是非常重要的汽车制造工艺之一。

1 汽车涂装工艺简介^[1]

涂装工艺一般由漆前表面处理、涂布和干燥等三个基本工序组成。
漆前表面处理是涂装工艺的基础，它包括表面清理(除锈、脱脂等)和磷化处理两部分。
脱脂一般用热碱液清洗和有机溶剂清洗，碱液由强碱、弱酸、聚合碱性盐(如磷酸盐、硅酸盐等)、表面活性剂(阳离子型或非离子型)等适当配合而成。
磷化处理是通过化学反应在金属表面形成一层非金属的、不导电的、多孔的磷酸盐薄膜，磷化膜可显著提高涂层的附着力。耐蚀性和耐水性。车身、车厢等磷化一般都采用薄膜锌盐快速磷化处理。磷化液的主要成分是磷酸二氢锌、氧化剂(如硝酸钠)、催化剂(如亚硝酸钠、氯酸钠)和一些添加剂(如三聚磷酸钠、氟化钠)。磷化处理后一般再进行2－3次水洗。
涂布系指将涂料在被涂物表面扩散开的操作，目前多用阴极电泳涂装法泳涂阳离子型水溶性漆。电泳后用超滤液进行2－3次回收水洗，再用脱离子水淋洗。装饰性要求高的轿车和轻型载重汽车一般采用静电涂装法涂中间层涂料；面漆一般用三聚氰氨基醇酸树脂磁漆，采用自动喷涂或静电喷涂。

2 汽车涂装废水特征

2.1 污染源分析[1]
在涂装工艺生产中产生的废水主要分前处理废水、电泳涂漆废水和喷漆废水。
前处理废水来自漆前表面处理的脱脂、磷化、表面调整等工序，含有乳化油、表面活性剂、磷酸盐、重金属离子(如Zn²⁺)、填料(如钛白粉)、溶剂等。电泳涂漆废水产生于涂件上附着的浮漆和槽液的清洗过程，一般包括去离子水洗水和超滤液；其成分与槽液成分相同，含有水溶性树脂(如环氧树脂、酚醛树脂等)、颜料(如碳黑、氧化铁红、铅汞等)、填料(如钛白粉、滑石粉等)、助溶剂(如三乙醇胺、丁醇等)和少量重金属离子。
湿式喷漆室用水洗涤喷漆室作业区空气，空气中漆雾和有机溶剂被转移到水中形成了喷漆废水；废水中含有大量漆雾颗粒，其水质由所用漆料(以硝基漆、氨基漆、醇酸漆和环氧漆为主)和溶剂(如乙醇、丙酮、脂类、苯类等)、助溶剂而定。
2.2 汽车涂装废水特征
2.2.1 废水种类多、成分复杂
汽车涂装线排放的废水(或废液)种类很多，每一种废水水质(成分、浓度)因使用的材料而异。仅脱脂液就有多种配方，涂料(任何一种涂料均由树脂、颜料、溶剂、添加剂等组成)种类更多。
2.2.2 排放无规律
除部分水洗水连续溢流排放外，涂装线废水或废液多为间歇集中排放。某汽车厂车身车间排水情况见表1。
2.2.3 水量、水质变化大
由于各种废水成份、浓度各异，且排放无规律，造成汽车涂装线排水水量、水质变化很大且无规律可循。

3 国内汽车涂装废水处理技术

3.1 物化法
油、高分子树脂、颜料、钛白粉等在表面活性剂、溶剂及各种助剂的作用下，可以胶体的形式稳定地分散在水溶液中。金属盐类(如 Fe³⁺、A1³⁺、Ca²⁺等)或金属盐类的聚合物(如 PAC、PFS等)投入水中后，可形成带正电荷基团的絮体。它们既可中和乳化油或高分子树脂的ζ电位，完成脱稳过程；又可通过吸附架桥作用吸附水中脱稳的乳化油、高分子树脂、颜料、钛白粉等。所以混凝处理可有效地去除汽车涂装废水中的油、高分子树脂、颜料和钛白粉。
阴离子表面活性剂亦可通过混凝处理得以部分去除，但非离子表面活性剂及溶剂、各种助剂等则难以通过混凝处理去除，由它们形成的COD需通过生化处理或吸附作用来去除。
由表1可知，前处理废水属于高浓度含磷废水。工程实践表明，石灰法处理含磷废水具有去除率高、运行费用低等优点，是目前最有效的高浓度含磷废水处理方法之一^[2，3]。
南京某汽车制造厂电泳磷化废水采用物化法处理，工艺流程见图^[4]：

其工艺要点有：两级混凝采用的PAC除可完成乳化油、高分子树脂的胶体脱稳、凝聚过程外，大量絮体的表面吸附作用可去除相当数量的可溶性大分子量有机物；一级混凝采用阳离子型高分子絮凝剂聚二丙烯二甲基氯化铵(PDADMA)作助凝剂，若在反应的最后2－3min投加，还可与拥有阴离子基团的表面活性剂及高分子物质发生综合反应，进一步提高处理效果；气浮池表面形成大量泡沫表明加压溶气对水中表面活性剂的良好去除效果；粉煤灰用于吸附残余溶解性COD(尤其是少量低分子溶剂)，反冲至泥渣浓缩池，具有可兼作泥渣脱水的沥水剂的作用。出水水质为：pH=7.0；COD_Cr＜150mg／L；色度＜150倍；油＜5mg／L。
上海大众汽车有限公司某分厂采取如下废水处理工艺：将涂装线的几种废水分别收集，排入各自专用废水池；向废水池内投加专用药剂，同时用压缩空气搅拌；由泵提升废水依次经过机械反应池、斜板沉淀池、气浮池、石英砂过滤器、活性碳过滤器，出水排人城市污水处理系统。由于废水并非直排水体，活性碳未按规定定期更换或再生，基本失效。出水CODccr一般在400mg／L左右。
3.2 物化——生化法
物化法处理汽车涂装废水存在出水不能稳定达标、运行费用高等问题，随着排放标准的提高，物化——生化法将取代纯物化法而成为今后汽车涂装废水处理的主要方法。尤其是当工厂自身或邻近工厂有其他废水需进行生化处理时，应优先采用。
合肥昌河汽车公司涂装废水处理工艺见图2。

其工艺要点有：设置废液池，用来储存碱洗、磷化和电泳漆系统定期排放的废液，避免对后续处理系统造成高浓度有机负荷的冲击；过量投加石灰，利用时“完成乳化油、高分子树脂的胶体脱稳、凝聚过程；同时，把pH值控制在12.0以上，使磷酸根和锌离子生成羟基磷灰石［Ca₅(OH)(PO₄)₃］和氢氧化锌沉淀物；用盐酸调pH值至10.0以下，利用水解酸化池内缺氧条件下特定微生物破坏不溶性有机物的长链后，利用SBR池内微生物降解有机物。出水能达到《污水综合排放标准》(GB8978－1996)二级标准
的要求(COD_Cr≤150mg／L；PO₄^3-(P)≤1.0mg／L)。
合肥江淮汽车制造厂主厂区有车桥、车架、车身、总装等分厂，除乳化液和清洗机废水在车间内进行预处理外，所有生产废水均直排废水处理站。废水处理工艺见图3。

其工艺要点有：用石灰乳将磷化液、脱脂液、表调水和溢流水的pH分别调至 10、12.5、12.5和10以上，可确保含磷废水处理出水磷酸盐浓度低于5.0mg/L；经PAC混凝沉淀——气浮处理，高浓度有机废水中大部分乳化油、高分子树脂、表面活性剂被分离出来；对含磷废水和高浓度有机废水进行有效预处理后，调节池水质得以较好地均衡；COD_Cr为300-600mg／L、PO4^3-(P)为3－5mg／L的综合废水经混凝沉淀—缺氧—好氧—接触过滤工艺处理后，废水可达到《污水综合排放标准》(GB8978－1996)一级标准的要求(COD_Cr≤100mg／L；PO₄^3-(P)≤0.5mg/L)。

4 结束语

汽车涂装线各种废水的水质取决于涂装工艺，故应深入调查，在对污染源做细致分析的基础上精心地设计。设计时应注意以下几个问题：
①汽车徐装废水水量和水质变化大，有的废水处理工程在设计时对水量、水质均衡和分质预处理重视不够，造成系统运行不稳定甚至不能正常运行。
②汽车涂装废水可生化性差，生化宜采用水解酸化－生物接触氧化法或SBR法，应保证足够的生化时间。
③因除磷的反应条件要求严格，含磷废水与其它废水混合后一般难以有效去除，故含磷废水应单独预处理。
④应从清洁生产的角度出发，协助生产技术人员改进生产工艺、改良涂装材料配方、强化生产管理，以减少污染物排放。