电泳涂装废水处理方法优化

电泳涂装废水中主要含水溶性树脂、颜料、助溶剂、有机碱或酸等有害物质。处理这类废水可采用生物法、混凝法、膜分离法等方法。

1.生物法

生物法处理是利用微生物化学作用使废水中有机物氧化分解的一种处理方法。根据微生物对氧气的好厌，生物处理法可分为好氧性和厌氧性两大类。好氧性生物法处理废水时，必须保证废水中有足够的氧气，因微生物在游离氧充足的条件下，它氧化有机物的能力大，从而纯化废水的效力也高。属于好氧性生物处理方法的主要有生物滤池、生物转盘和活性污泥法等。厌氧生物法则相反，在处理废水时要求水中的溶解氧尽量的少。在此条件下厌氧微生物才活跃，它能通过发酵作用将有机物逐级分解为CO₂和甲烷等。厌氧法主要用于处理污泥，近年来也用于高浓度的废水处理。

为了直接有效地进行生物处理，必须创造微生物能够生存繁殖的条件。因此，除废水中要有足够的氧量和作为微生物食料的有机物外，还必须控制水的pH值（一般pH值为6～9）和水温（适宜温度为20～40℃），并再提供一些微生物生存所需的无机元素，特别是氧和磷。

下面介绍常用的生物滤池和生物转盘。

（1）生物滤池 在一个装有滤料（常用砺石、碎石、碎瓷环等）的过滤池中，已经过沉淀处理的废水通过布水器，均匀分布至滤池表面，再从表面覆盖着微生物黏膜的滤料中渗滤，通过进入池底的集水沟排出池外。生物黏膜层的厚度一般为0.1～2.0mm，它由好氧层和厌氧层组成（当生物膜较厚时，在靠近滤料处由于氧气不足生成一薄层厌氧层），如图14-7所示。

在好氧层中发生生物好氧过程：即生物黏膜上的好氧微生物在氧的参与下，以废水中的有机物为食料，并通过自身的生命活动，将部分有机物氧化分解为无机物（CO₂、H₂O等）。氧化过程中放出的能量，一部分供给微生物生长活动的需要，另一部分有机物则用来合成新的黏膜物质，如图14-8所示。

图14-7 生物滤池中的好氧层与厌氧层

1—滤料 2—好氧层 3—厌氧层 4—黏膜层（0.1～0.2μm）

图14-8 有机物的好氧分解图

在厌氧层中通过厌氧微生物的活动，将部分有机物分解为有机酸、甲烷、硫化氢等。这些产物有的不稳定，有的有臭味，将影响出水水质。当生物膜越厚，而废水中有机物浓度较高，供给的氧量不足时，厌氧层将越厚，厌氧产物也越多，净化效果就会降低。

生物滤池中，由于微生物的死亡、老化及其他一些因素，生物膜将从滤料表面上剥落下来，所以在整个工作过程中，生物膜并非不变的，而是在不断更新。也由于这一点，在生物滤池后要经过沉淀池来保证出水水质，如图14-9所示。

常用的生物滤池的形式为池床式，池内所装的滤料的颗粒大小对滤池的影响很大。近年来，开始用波纹形塑料板合在一起或用多孔筛状板作为滤料，来代替以前的碎石等。这样可使滤料的表面积和空隙率得到改善，从而提高滤池的处理能力。同时，由于塑料质轻，也为生物滤池的结构形式改变创造了条件。

图14-9 生物滤池净化水流程

（2）生物转盘 生物转盘又称浸没式生物滤池，其工作原理与生物滤池相同，如图14-10所示。它是由一排塑料圆盘被平行架设在一个中心旋转轴上而组成的转盘，转盘直径为ϕ2～ϕ3m。转盘装于充满废水的水池中，盘上黏附一层生物膜。转盘的一部分浸没在水中，盘上的生物膜从废水中吸附有机物而获得营养进行生物分解。随着转盘的转动，转出水面的生物膜则从大气中吸收所需要的氧气，如此反复循环，可使废水中的有机物在好氧微生物作用下得到氧化分解。生物转盘上的生物膜能周期性地交替运动于空气和废水之间，微生物能直接从大气中吸收氧气，使生化过程更有利地进行。转盘上生物膜的表面积大，也不会因滤料堵塞而造成通风不良产生厌氧层生物膜，因而处理容量高，可用于处理高浓度的有机废水。目前常用于水量较少的废水处理，因为当处理水量很大时，需要很多转盘，使投资及运转费用相应地增加。

2.膜分离法

图14-10 生物转盘

膜分离法是借助外来压力，利用半透膜实现溶液分离的方法。它包括超滤法、反渗透法和电渗析法三种，目前电泳涂装主要采用超滤装置。

（1）电泳涂装中的超滤系统 在电泳涂装中安置超滤系统可起两方面作用：一是回收带走的涂料，消除电泳漆对水的污染；二是提取电泳槽中的低相对分子质量的污垢杂质，如不需要的盐类等，可使槽内漆液恢复物理性能，从而保证电泳涂膜的质量。(www.xing528.com)

超滤系统的主要装置是超滤器，超滤器可分为板式超滤器、螺旋式超滤器、管式超滤器和空心纤维超滤器等类型。其中，空心纤维超滤器是近年来出现的一种新型超滤器，管式超滤器在我国应用较为广泛。

1）空心纤维超滤器将数千根空心纤维组成纤维束，并用网络包裹置于保护圆筒内，空心纤维的两端用环氧树脂黏结成环氧关管头，并用O形密封圈密封。工作时，漆液从超滤器的一端进入纤维的空心部分，透过液从纤维壁处透过并集聚在保护圆筒内，再从圆筒侧壁的排出口流出，浓缩液则从另一端排出。超滤器使用一段时间后，透过率明显下降时，可采用反冲洗法或循环法再生。为防止霉菌，可在反冲洗水中加入5×10^-6（质量分数）的次氯酸钠。

2）管式超滤器是由支撑管和半透膜所组成的。根据超滤元件的连接方式，管式超滤器可分为串联、并联和串并联相结合的方式。

串联方式流量小，较少用；并联方式（也称为管束超滤器）将数十条超滤元件并联在一起，结构紧凑，占地面积小，透水量较大，但要求水泵流量较大。

根据超滤元件成膜的方式，管式超滤器又可分为内刮膜和外刮膜两种。内刮膜是将半透膜刮在支承管的内壁，使用时漆液在管内流动，透过液从管外流出，而不需要套管。外刮膜是将半渗透膜刮在支承管的外壁，使用时将元件置于套管内，漆液从套管中的环形间歇流过，透过液从元件管内流出。用外刮膜元件组成的超滤器，具有使用性能好，制造、维修方便的特点。

目前，国内采用的内刮膜超滤器管的内径为ϕ12mm、ϕ18mm；外刮膜的外径为ϕ22mm，管的长度为1m左右。

半透膜支承体的材料有聚氯乙烯微孔烧结管、黏结砂体管、玻璃纤维管等，其中聚氯乙烯烧结管制造使用性能良好。

半透膜是用高分子电解质复合体或醋酸纤维素等制成的具有各向异性的超微细小孔膜和透过性膜，膜的厚度为130～260μm，致密层厚度为0.1μm左右，膜的孔径一般为1～10nm，目前，醋酸纤维素膜应用较为普遍。半透膜的结构如图14-11所示。

超滤系统中，漆液循环一般采用单级离心泵，压力不超过0.5MPa。超滤装置与电泳涂漆设备连接方式有多种：如独立组装形式，就是超滤系统和电泳槽的搅拌系统组合在一起；馈给-泄流组装形式，就是在超滤系统中另外设置超滤循环泵，使漆液在管中馈给循环以增大超滤装置的供液量。

从废水处理的角度来说，在阴极电泳涂漆施工中，超滤装置与电泳后的工件清洗组成半封闭或全封闭系统基本无废水排出（只在阳极系统中，有少量废水排出）。带清洗管的全封闭型超滤系统如图14-12所示。

（2）电渗析法 电渗析法是20世纪70年代在离子交换技术基础上发展起来的，目前用它来处理工业废水的工作已取得不少进展，并引起了人们的重视。电渗析原理如图14-13所示。

水中离子状态存在的杂质在电场作用下，正、负离子分别向阴、阳两极移动。在两极间有若干对离子交换膜，由于阳膜只允许通过正离子，阴膜只允许通过负离子，所以正离子在移动过程中能透过阳膜而不能通过阴膜，负离子则相反。

图14-11 半透膜的结构

图14-12 带清洗管的全封闭型超滤系统

1—下水道 2—超滤装置 3—漆槽 4—预漂洗 5—漆回收 6、8—泵 7—带出漆收集器 9—滤液储槽

图14-13 电渗析原理

具有选择透过性的离子交换膜是电渗析器的关键部件，其性能好坏直接影响到净水效果及能量消耗。离子交换膜是由离子交换树脂制成的薄膜，可看成是一种聚电介质。树脂上的可交换活性基团在水中电离成电荷符号不同的两部分：电离的活性基团和可交换离子。可交换离子进入溶液中，电离的活性基团仍在膜上。对阳膜来说，带正电荷的可交换离子进入溶液，则使阳膜带负电，它对正离子有静电吸引力，因而在外加直流电场作用下，溶液中的正离子将受到吸引而透过，负离子则受到排斥而不能透过；对阴膜则正好相反，这种性质称为选择透过性。电渗析就是利用了这种特性。

电渗析法的主要特点是，它省去了普通离子交换法所需的再生过程，设备比较简单；但是要消耗电能，而且由于废水水质的复杂性，所以用来处理工业废水时，所要考虑而待解决的问题比用它来处理工业用水则更多些。