Rening av avloppsvatten som uppstår vid bearbetning och målning av metallytor

• 1. Uppkomst av avloppsvatten vid ytbehandling av metaller
• 2. Egenskaper hosavloppsvatten från bearbetning och målning av metallytor
• 3. Reninganläggning för avloppsvatten från behandling och målning av metallytor
• 4. Slutsatser

1. Produktion av avloppsvatten vid ytbehandling av metaller

Behandling och målning av metallytor är avgörande för att skydda byggmaterialen och uppnå en lämplig ytfinish. Utöver sin estetiska funktion fungerar färgen som en skyddande barriär mot korrosion, mekaniskt slitage, väderpåverkan och andra miljöfaktorer.

Den används inom industrisektorer som fordonsindustrin, maskintillverkning, metallkonstruktion, varvsindustrin, flygindustrin och tillverkning av kapitalvaror, för att nämna några exempel.

Innan färgen appliceras måste ytorna förbehandlas för att avlägsna ojämnheter och säkerställa att färgen fäster väl. De vanligaste ytbehandlingarna är:

• Rengöring och avfettning av ytan för att avlägsna olja och föroreningar.
• Kemisk eller mekanisk avfärgning.
• Kulblästring eller abrasiv blästring för att förbättra vidhäftningen.
• Kemiska behandlingar såsom fosfatering eller passivering.

När ytbehandlingen är avslutad påbörjas appliceringen av den valda färgen, vilket kan ske genom sprutning, nedsänkning eller elektrostatisk beläggning, följt av motsvarande torknings- eller härdningsfas för beläggningen.

Den allmänna översikten över målningsprocessen inom metallindustrin ser ut enligt följande:

Alla dessa processer ger upphov till starkt förorenat avloppsvatten. Avloppsvattnets slutliga sammansättning beror på vilken rening som utförs, vilken typ av färg som används och vilken appliceringsmetod som tillämpas. I tabellen nedan redovisas de vanligaste appliceringsmetoderna:

Användningsanvisning	Grundfärg	Mellanlager	Ytbeläggning	Färger med hög viskositet
Pensel	Ja	Ja	Ja	Nej
Rulle	Nej	Ja	Ja	Nej
Konventionell sprutpistol (luftdriven finfördelning)	Nej	Ja	Ja	Nej
Airless-spruta	Nej	Ja	Ja	Nej
Varm pistol	Nej	Ja	Ja	Ja
Sprutning med högtryckssprutpistol	Nej	Nej	Nej	Ja
Spatel	Nej	Nej	Nej	Ja

En väl utformad avloppsreningsanläggning erbjuder följande fördelar:

• Följa utsläppsbestämmelserna.
• Återvinna vatten och andra material som kan återanvändas.
• Minska driftskostnaderna (OPEX).
• Optimera företagens miljöpåverkan.

2. Egenskaper hosavloppsvatten från behandling och målning av metallytor

Avloppsvattnet uppstår främst i följande tre faser:

1. Ytförbehandling: Metallkomponenter måste rengöras och förberedas inför målning. Detta steg omfattar avfettning, syraavbläckning, fosfatering och sköljning, vilket ger upphov till avloppsvatten som innehåller olja, fett, syror, alkalier och upplösta metaller.
2. Färgpåföring: Vid färgning genom nedsänkning eller sprutning i sprutboxar fastnar inte en del av materialet på detaljerna. Vattenridåerna som fångar upp överskottsfärgen förorenas av hartser, pigment, lösningsmedel och tillsatser.
3. Rengöring av utrustning: Regelbunden rengöring av sprutpistoler, tankar, filter och sprutkabiner ger upphov till avloppsvatten med höga halter av färgrester, lösningsmedel och ytaktiva ämnen.

Typisk sammansättning

Avloppsvattnet från ytbehandling av metaller har en sammansättning som varierar beroende på typen av process, men innehåller vanligtvis:

• Tungmetaller: Krom, zink, nickel, bly, järn och aluminium som härrör från förbehandlingen samt vissa pigment.
• Organiska föreningar: Akryl-, epoxi- och polyurethanhartser, lösningsmedel, oljor och fetter.
• Suspenderade fasta ämnen: Färgpartiklar, pigment (metalloxider) och slam från förbehandlingen.
• Oorganiska salter: Fosfater, sulfater, klorider och fluorider från fosfaterings- och avfärgningsprocessen.

Det är också vanligt att man påträffar andra föroreningar såsom tensider, korrosionshämmare och biocider. Dessa avloppsvatten har analysvärden vars typiska parametrar varierar kraftigt och som ofta överskrider de tillåtna utsläppsgränserna. En typisk analys ser ut enligt följande tabell:                     

PARAMETER	ENHET	SAMLING
pH	–	2–12
COD	mg/l	1 000 – 15 000
DBO5	mg/l	300 – 5 000
TSS	mg/l	500 – 8 000
Metaller, totalt	mg/l	10 – 500
Oljor och fetter	mg/l	50 – 2 000

Utsläpp av avloppsvatten utan föregående rening leder till:

• Föroreningar i yt- och grundvatten.
• Toxicitet för vattenlevande organismer orsakad av tungmetaller.
• Bioackumulering av föroreningar.
• Förändringar i pH-värdet.
• Eutrofiering orsakad av fosfater.
• Risker för människors hälsa genom påverkan på dricksvattenkällor.

En korrekt karakterisering av dessa avloppsvatten är avgörande för utformningen av ett effektivt och stabilt reningssystem.

3. Reninganläggning för avloppsvatten från ytbehandling och lackering

Även om avloppsvattnets sammansättning varierar kraftigt består den vanliga reningsprocessen av följande steg:

3.1. Förbehandling genom homogenisering – neutralisering

I detta första steg blandas de olika avfallsströmmarna och neutraliseras med syror (H₂SO₄, HCl) eller baser (NaOH, Ca(OH)₂) efter behov.

3.2. Fysikalisk-kemisk behandling genom koagulering och flockning

För att neutralisera laddningen hos de kolloidala partiklarna tillsätts koaguleringsmedel (_Al₂(_SO₄)₃,_FeCl₃ eller PAC). Därefter tillsätts flockningsmedel (polymerer) som sammanfogar de bildade koagulerna och bildar flockar, vilket gör det möjligt att separera de suspenderade fasta ämnena och en del av det organiska materialet.

Under detta steg fälls en stor del av de tungmetaller som finns i avloppsvattnet ut som hydroxider, sulfider eller karbonater, tack vare justeringen av pH-värdet och tillsatsen av specifika reagenser.

3.3. Kemisk oxidation–reduktion

När man behandlar avloppsvatten som innehåller krom (^Cr+6) måste man först justera pH-värdet till surt och tillsätta ett reduktionsmedel (_NaHSO₃), för att sedan separera det i form av utfällt hydroxid (Cr(OH)₃) i ett alkaliskt medium.                               

Cyanider (^CN–) oxideras med NaOCl eller_H₂O₂.       

3.4. Förtydligande

Separationen av suspenderade fasta ämnen kan ske genom sedimentering eller flotation med upplöst luft (DAF).

Ett DAF-system är mer effektivt, eftersom det ger bättre separationsutbyte både för fasta ämnen som tenderar att sedimentera och för flytande ämnen (oljor, fetter, rengöringsmedel osv.). Dessutom ger det slam med hög koncentration (4–6 %), vilket förenklar slambehandlingskedjan eftersom man kan undvika en mellanliggande förtjockare.

3.5. Sekundär biologisk rening

I de fall där DQO-värdet är högt och avloppsvattnet är biologiskt nedbrytbart bör en biologisk rening ingå.

Den biologiska reningsmetoden som används mest, både på grund av sin effektivitet och sin enkelhet, är MBR, som består av en aerob biologisk reaktor med semipermeabla membran för ultrafiltrering eller mikrofiltrering.

Med en membranbioreaktor erhålls renat avloppsvatten med hög renhetsgrad, som kan släppas ut eller återanvändas, ofta inom själva industrin.

3.6. Avancerade behandlingar

Med tanke på den stora variationen av utsläpp som kan uppstå vid bearbetning och målning av metallytor presenteras nedan olika avancerade behandlingstekniker som kan användas som mellan- eller tertiära behandlingar.

• Adsorption med aktivt kol: Separerar upplösta organiska föreningar och färgämnen genom adsorption.
• Jonbyte: Specifika jonbytarhartser som gör det möjligt att återvinna värdefulla metaller och producera vatten av bättre kvalitet.
• Halvgenomsläppliga membran: Omvänd osmos ger vatten med hög renhetsgrad genom att avskilja en stor del av de upplösta salterna (TDS), som kan återanvändas vid sköljning.
• Elektrokoagulation: Denna process ersätter den kemiska koagulationsprocessen. För detta ändamål används elektroder av aluminium eller järn som bildar koagel och avlägsnar metaller och organiskt material.
• Avancerade oxidationsprocesser (AOP): Om COD är svårnedbrytbar används kemiska oxidationsmedel (_O₃,_H₂O₂) i kombination med katalysatorer eller UV-strålning, vilket gör det möjligt att bryta ned komplexa och svårnedbrytbara organiska föreningar.

3.7. Behandling av slam

Dessa avloppsreningsprocesser genererar slam med hög halt av metaller och organiskt material, vilket måste avvattnas och karakteriseras innan det skickas till sin slutdestination, antingen till en särskild deponi eller för återvinning, när detta är möjligt.

När man vill återvinna värdefulla metaller kan andra kompletterande eller alternativa tekniker användas, såsom vakuumindunstning.

Valet av system beror på avloppsvattnets sammansättning, de lagstadgade utsläppsgränserna, den volym som ska renas och den ekonomiska lönsamheten för respektive teknik.

4. Slutsatser

Bearbetning och målning av metallytor ger upphov till komplexa avloppsvatten som är förorenade med tungmetaller, organiska föreningar och kemikalier. Dessa avloppsvatten överskrider vanligtvis de tillåtna utsläppsgränserna och kräver särskild behandling, varför en korrekt karakterisering är nödvändig.

Behandlingen av dessa avloppsvatten kombinerar flera olika tekniker, bland vilka neutralisering, koagulering-flockning, flotation med upplöst luft och kemisk utfällning är de viktigaste. Vid behov används biologiska reningsmetoder (MBR) eller avancerade reningsmetoder (POA), vars utformning beror på vilken typ av avloppsvatten som genereras och om man avser att återanvända vattnet eller återvinna värdefulla metaller.

Litteraturlista och källor

Behandling och målning av metallytor

En komplett guide till ytbehandlingar av metall | Artizono