069论超滤膜除油系统在汽车涂装前处理的应用 - 图文

论超滤膜除油系统在汽车涂装前处理的应用

赵宏伟 王佳

摘 要：本文阐述了超滤膜除油系统的使用意义，介绍了超滤膜除油系统的组成及应用原理、陶瓷膜的结构和陶瓷膜的维护与保养方法，并分析了脱脂剂对陶瓷模块的影响。

关键词：超滤膜除油；前处理；应用

0 引言

在前处理的脱脂工序，钢材表面的防锈油、拉延油、机油，除动植物油被碱皂化随溢流液排走外，大多均被脱脂液中表面活性剂乳化而溶于脱脂液中，当脱脂液中油含量过高，它们就会析出，从而影响以后续的脱脂效果。目前除油设备种类比较多，但能够真正起到除油目的的设备并不多，最新的除油方法是超滤膜除油法，国内部分厂家已经开始使用。

1 超滤膜除油系统的使用意义

（1）降低了运行过程中补充脱脂剂的用量，延长碱性槽液的更换周期。

（2）碱洗液经过除油后，排放体积大大减少，从而降低了后序污水处理的费用。

（3）降低了槽液的含油量，提高了车身的清洗质量，使得清洗效果均一稳定，从而保证后续的磷化成膜效果，如图1。

过滤前 过滤后

图1：槽液过滤前后对比照片

2 超滤膜除油系统的组成及应用原理

超滤膜除油系统的组成：主体元件为陶瓷膜组件。系统另配有刮板槽、纸带过滤机、循环槽、药洗

槽、储油罐等，以及泵、电磁阀、温度传感器、液位传感器、PLC控制系统等。

图2：超滤膜除油系统的应用原理图

图2所示超滤膜除油系统的应用原理：车身清洗槽内的槽液首先经过电磁除铁屑装置和悬液分离器，去除槽液中的铁屑和大块的油泥，然后经过刮板槽去除浮在表面的油污，再通过纸带过滤机进行初次过滤，精度要求达到40um。过滤后的洗液进入陶瓷膜设备的循环槽中，由泵打入膜组件进行过滤分离，碱、表面活性剂、螯合剂通过膜面形成透过液，由组件出口排出，打回到车身清洗槽回用。截流的油和杂质及剩余未过滤完的洗液回流到循环槽混合新的进液由泵再打入膜组件进行过滤分离，如此反复循环过滤，循环槽不断有从车身清洗槽打来的碱洗液进入，透过液不断排出设备回用到车身清洗槽，分离破乳的油和杂质在过滤设备内不断聚集，当浓缩到一定倍数或浓度时，暂停进液，将浓缩液排出设备。待设备排液完毕后继续进液过滤。当设备运行一段时期后，膜表面会被杂质污染，依据对膜通量的监控，设备自控系统

进料

进料 油

自动停止泵向模块输液，操作人员使用清洗药剂对膜进行清洗。清洗完成后再切换阀门，恢复过滤。处理后，90%以上的碱、70%以上的表面活性剂形成透过液被回用，而97%的油被去除。通过对槽液进行定时化验其总碱度（或游离碱度），加入所需的脱脂剂，保持槽液工艺参数在规定范围内。

槽液过滤方式有两种：图3介绍了垂直过滤模式和切向流过滤模式。切向流过滤模式与传统的垂直过滤模式（流体流动方向垂直于膜面）不同，陶瓷膜采用切向流过滤模式既流体流动的方向平行于膜面，比膜孔直径大的颗粒在膜表面被阻挡住，渗透液的流动方向垂直于流体流动的方向。这种操作模式可以利用高速流动的处理液冲刷在膜面形成的污染层，保持陶瓷膜的高通量，延长清洗周期。采用切向流过滤模式的必要条件是Pr 〉Pp ，原理图见图4。

膜

透过液

透过液

垂直过滤模式 切向流过滤模式

图3:两种过滤方式工作原理及使用状况对比图

图4：切向流过滤模式原理图陶瓷膜的结构

陶瓷膜过滤元件是采用高纯度的α-Al2O3在高温条件下焙烧生产出来的。在长期的运行条件下，α-Al2O3可以承受反复的酸洗和碱洗。多孔道陶瓷膜主要由支撑体、过渡层、分离层组成（见图5）。支撑体具有较大的孔径和高孔隙率，在支撑体孔道内部表面

层涂烧极薄的具有高过滤精度的陶瓷膜分离层。在支

撑体和分离层之间为过渡层。这种不对称结构，在保持了膜的完整性，高分离精度、高强度的同时又保证了膜的高渗透通量。陶瓷膜填装在不锈钢滤壳内，膜组件可以采用并联或串联的排列模式（见图6）。

分离层

过渡层

支撑体

图5：陶瓷膜结构图

图6：安装在不锈钢过滤的陶瓷模块 表1：不锈钢滤壳技术参数（pall公司为例）

材质

型号 设计

可选管配件 设计压力 设计温度

316L或316Ti

每个滤壳装填膜管数量：1、4、7、12、19、22、37、61

两个渗透侧出口，位置接近于膜组件两端的法兰截流液侧，变径至管道尺寸 外螺纹接口/内螺纹接口/快装接口/衬垫和螺母/活套法兰/法兰/套管接头 10bar 100℃

特殊设计

其他标准配件/无变径设计（组件堆叠摆放）

渗透侧出口不在同一个平面上（90°或者180°）

活性剂、螯合剂可以通过膜表面，形成透过液回用到碱浸泡槽中继续使用，而大分子的油则被膜截流在陶瓷膜过滤设备中，富集后被排掉。表2介绍了各种精度的陶瓷膜相应的截流分子量关系。

在钢铁行业中冷轧薄板所带轧制油的分子量为100000左右，而碱洗液中的碱、表面活性剂、螯合剂的分子量远远小于100000。这样当老化的碱洗液流经过滤精度为50纳米的膜表面时，小分子的碱、表面

表2：陶瓷膜过滤精度与截流分子量的关系 陶瓷膜过滤精度 1.2um 0.6um 0.2um 0.1um 0.05um 0.01um 0.005um

陶瓷膜截留分子量

>1000KD 1000KD 400KD 200KD 100KD 20KD 10KD

极化层变的越来越致密，使得膜通量逐渐减少，因此运行一段时间后要对膜进行清洗。图7介绍了陶瓷膜浓缩的原理图。

3 陶瓷膜维护与保养

在过滤的过程中，由于大分子物质被截留在膜的表面，会形成一层浓差极化层（也称次级膜）。浓差

图7：陶瓷膜浓缩原理图

3.1 超滤膜除油系统的浓缩流程

长时间运行后，在循环槽中会发生由污垢和油引起的浓度的提高，过滤功率慢慢下降，在达到一定的污垢/油浓度后滤液输出能力急剧下降，这时就需要对循环槽中的槽液进行浓缩处理。所谓浓缩就是将刮板槽至循环槽的补加切断，经过超滤膜过滤的清液打回车身清洗槽，浊液打回循环槽，当循环槽液位下降至一定液位时，将其排放，并用加热后的清水对循环槽进行清洗。 3.2.1 化学清洗

浓缩完成后，使用药剂对陶瓷膜进行清洗。一般选用碱式清洗剂处理，当碱式清洗剂清洗无法满足时，采用酸式清洗剂。主要因为膜上的堵塞物底层为矿物层，表面为有机层，碱式清洗剂可以去除有机堵塞物，而酸式清洗剂则可以去除矿物类堵塞物（见图8）。 3.2.2 反洗

图9介绍了陶瓷膜的反洗原理，透过液反向通过膜层，提高渗透侧的压力，要求: Pp 〉Pr 。

图8：陶瓷膜清洗原理图

图9：陶瓷膜反洗原理图

4 脱脂剂对陶瓷模块的影响

通常车身清洗所用的脱脂剂分为以下几类：含碳酸盐的脱脂剂、含硼酸盐的脱脂剂、含磷酸盐的脱脂剂和含硅酸盐的脱脂剂。图10比较了几种脱脂剂对陶瓷模块流量的影响。

些。但是含磷酸盐的污水处理较为繁琐，还会增加相应的费用。

4.3 含硼酸盐的脱脂剂

对陶瓷膜的影响较小。硼酸盐具有杀菌作用，不适合生物降解的废水处理系统。该脱脂剂的价格也较高。

4.4 含碳酸盐的脱脂剂

对陶瓷膜的影响较小，但碳酸盐不稳定，国内汽车厂家使用较少。

4.1 含硅酸盐的脱脂剂

对陶瓷膜的影响最为严重。因为当槽液PH值低于10.5时，硅酸盐中的硅会结晶析出堵塞陶瓷膜，长时间这样使用，会造成陶瓷膜永久性损坏。如果要保持陶瓷膜的流量，就必须提高槽液的PH值，保证槽液PH大于11。但后续水洗负担将会增加、表调PH也会有上涨趋势、需要增加槽液PH、游离碱参数管理、对加料人员有一定危险性。

4.2 含磷酸盐的脱脂剂

对陶瓷膜也有一定的影响，但相比前者要好一

图10：各种脱脂剂对陶瓷模块流量的影响比较

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