物理化学法作为涂料废水的预处理或单一处理手段，在去除废水中的悬浮物和颜料色素等物质以及固体物质和重金属等方面效果十分显著。物化处理常用的有气浮、混凝沉淀、吸附、膜分离等方式，其中气浮、混凝沉淀主要用于前处理，吸附、膜分离用于深度处理。
1、气浮法
气浮法就是使废水中能够产生足够量的微小气泡。使固液气三相污染物质能形成悬浮状态，在表面张力和浮力等作用下，微小气泡粘附在欲被去除的污染物颗粒上，粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中污染物被分离去除。
涂料废水中含有相当比例的易挥发成分和油类，涂料废水处理可以采用气浮处理，即通过高度分散的微气泡作为载体，粘附废水中的悬浮物，使其密度小于水而上浮到水面或利用絮凝剂的絮凝作用以实现固液分离。应用气浮法可使废水中悬浮物去除率达到65%，CODCr和BOD5去除率均在50%以上，可以作为均质后一级处理。
2、混凝法
混凝法是工业废水处理中经常采用的一种方法，通过投加化学药剂使水中胶体粒子和微小悬浮物聚集，起到分离作用，凝聚和絮凝总称为混凝。用于涂料废水处理，主要去除废水中细小悬浮物及胶体颗粒，降低废水的浊度和色素。它既可独立作为一种处理方法，又常与其他方法配合使用。
PAC聚合氯化铝 PAM聚丙烯酰胺
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涂料废水→调节PH值（NaOH或H2SO4）→ 混合搅拌 → 搅拌反应 →静止上浮或者沉降→生化处理→排放
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清水达标排放
以碱式氯化铝作絮凝剂，PAM聚丙烯酰胺作助凝剂，对进入调节池的废水进行了混凝-气浮处理，取得了理想效果。采用水溶性羧甲基壳聚糖作絮凝剂对涂料废水处理进行絮凝试验，研究发现，这种絮凝剂的用量仅为化学絮凝剂用量的1/20，且受pH值影响极小，受温度影响不大，同时絮体形成迅速，具有无毒、无二次污染、使用简便等特点。
3、吸附法
吸附法是利用多孔性固体吸附剂的表面吸附废水中的一种或多种污染物，达到废水净化的目的。吸附法单元操作通常包括三个步骤。首先是使废水和固体吸附剂接触，废水中的污染物被吸附剂吸附；第二步将吸附有污染物的吸附剂与废水分离；最后进行吸附剂的再生或更新。按接触、分离的方式，吸附操作可分为静态间歇吸附法和动态连续吸附法两种。
对涂料废水原液进行粗吸附和絮凝沉降后，采用复合配比的活性炭进行处理，用静态吸附和动态吸附相结合的方法，使涂料废水处理后达到工业废水排放标准。
4、萃取法
萃取法是利用特定溶剂与废水充分混合接触，使溶于废水的某些污染物重新进行分配而转入溶剂，然后将溶剂和萃取后的废水进行分离，从而达到净化废水的目的。
针对高浓度涂料废水，王菊芳选用二甲苯萃取，以硫酸酸化破乳，废水中CODCr去除率达85%～95%，预处理效果十分显著；并且回收了废水中绝大部分的有机物，萃取剂亦可回用。经过预处理后的有机废水与其他废水汇合，依次进行焦炭吸附、气浮、电解、氧化塘的处理，净化效果更好。
5、膜分离法
膜分离技术在大规模废水处理和回用中的应用是近几年才被接受和发展起来的新技术。据美国商务通讯公司的研究报告，到2006年膜技术用于废水处理的年均增长率将达到6.8%。
目前在处理涂料废水方面，国内外主要采用微滤(MF)、超滤(UF)和反渗透技术(OR)。
（1）微滤
微滤和超滤多用于反渗透的预处理部分，二者都是在静压差的推动作用下进行的液相分离过程。通常，微滤能截留0.1～1微米之间的颗粒，微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体（无机盐）等通过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过。
（2）超滤
超滤适用于分离分子量大于500、直径0.005～10μm的大分子和胶体，可用于截留涂料的色料。电泳漆废水中的漆料占使用漆料总量的10%～50%，若不经处理直接排放，不仅浪费资源，也会造成严重的环境污染。应用超滤法可以回收废水中的电泳漆，剩下的水可回用作清洗水；同时还可使有害无机盐透过超滤膜，从而提高电泳漆的比电阻，改善电泳涂漆的质量。
目前，微滤和超滤多用于反渗透的预处理部分，预计在今后几年内，应用将增长较快。废水回用中微滤、超滤已占其设备总生产能力的1/5以上。
（3）反渗透
当稀释液和浓缩液被半透膜分开时，在浓缩液的方向施加一个外部压力，浓缩液的水分子将渗透到稀释液侧，这种现象称为反渗透。目前，应用反渗透技术处理工业废水，经处理的水和截留浓缩液的组分可就地回用。
反渗透一般作为工业废水终端处理，对水中的无机盐、有机物、重金属离子等都有很高的截留率，出水水质优良，可回用作冷却水或工艺用水循环利用，不仅节约了新鲜水的使用量，节约生产成本，还减少了污水的排放量，对环境保护和可持续发展都有着重要意义。
（4）超滤-反渗透耦合
超滤技术可有效去除废水中绝大多数的悬浮物、胶体以及部分附着在悬浮物上的有机物。与反渗透技术联用，即使用超滤作为预处理，可使反渗透进水水质得到较好的控制，从而减少反渗透膜的清洗频率，简化预处理的操作。目前，全球98%的车体都采用电泳漆作为底漆，为了提高电泳漆和水的回收率，目前国外许多厂家采用了超滤/反渗透耦合技术。
膜必须进行定期清洗，以保持一定的膜透过通量，并延长膜的寿命。清洗方法一般根据膜的性质和处理料液的性质来确定。通常和反渗透相类似，即先以水力清洗，而后根据情况采用不同的化学洗涤剂进行清洗，例如对电涂材料可以选用含离子的增溶剂，对水溶性有机涂料可以用“桥键”型溶剂。
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