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超濾論文
2017-08-16
國內(nèi)涂裝行業(yè)用超濾技術(shù)之過去與未來10年
張智
(長春安特涂裝技術(shù)工程有限公司 130062)
摘要:敘述了過去20年國內(nèi)涂裝行業(yè)使用超濾(UF)設(shè)備的情況,從最初國內(nèi)只能生產(chǎn)陽極電泳外壓管式超濾設(shè)備,到消化、吸收國外技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)的陰極電泳管式(內(nèi)壓單管或多管)超濾設(shè)備,以至后來采用進(jìn)口卷式超濾膜組裝的國產(chǎn)超濾設(shè)備已完全替代進(jìn)口產(chǎn)品的變化過程。說明了在未來10年電泳超濾設(shè)備將以卷式超濾膜為主,而且向高效、低能耗方向發(fā)展。此外,列舉了超濾技術(shù)未來在涂裝行為中其他方面的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:超濾技術(shù);卷式膜;型式;應(yīng)用
1. 前言
電泳涂裝技術(shù)自20世紀(jì)60年代工業(yè)化應(yīng)用以來,以其高效、優(yōu)質(zhì)等諸多優(yōu)勢(shì)在汽車、家電等金屬涂裝行業(yè)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展,成為當(dāng)今世界金屬涂裝應(yīng)用最廣泛的一項(xiàng)技術(shù)。伴隨著電泳涂裝技術(shù)工業(yè)化的應(yīng)用,超濾(Ultrafiltration,簡稱UF)技術(shù)作為電泳涂裝中必不可少的配套技術(shù),也同時(shí)取得了日新月異的發(fā)展。
2. 過去20年涂裝用超濾技術(shù)狀況
20世紀(jì)80年代初期,國內(nèi)采用電泳涂裝的行業(yè)主要以陽極電泳涂裝為主,當(dāng)時(shí)國內(nèi)生產(chǎn)陽極電泳涂裝用超濾設(shè)備廠家主要有沙市水處理設(shè)備廠和昆山超濾設(shè)備廠兩家,而超濾設(shè)備采用形式都是外壓膜管式結(jié)構(gòu),膜材質(zhì)基本上是單一的醋酸纖維素。無論從形式上還是從材質(zhì)上都與當(dāng)時(shí)國際先進(jìn)水平差距很大。
1986年,一汽、二汽、濟(jì)汽聯(lián)合從英國引進(jìn)汽車陰極電泳涂裝技術(shù)、投入工業(yè)化應(yīng)用,所用陰極電泳涂裝超濾設(shè)備是美國ABCOR公司生產(chǎn)的管式超濾器。當(dāng)時(shí)國內(nèi)尚無陰極電泳涂裝專用的超濾設(shè)備,一度國內(nèi)采用陰極電泳涂裝技術(shù)的企業(yè),全部從國外引進(jìn)超濾設(shè)備。針對(duì)這種狀況,當(dāng)時(shí)一汽工藝研究所組織有關(guān)技術(shù)人員及生產(chǎn)廠家聯(lián)合攻關(guān),終于在1990年于無錫開發(fā)出專用于陰極電泳涂裝的內(nèi)外壓套管式超濾器,并于當(dāng)年在一汽車箱廠投入使用。雖然從膜材質(zhì)、制膜工藝和設(shè)備形式上與國外產(chǎn)品尚存一定差距,但由于當(dāng)時(shí)價(jià)格比進(jìn)口便宜60%~70%,一度成為替代進(jìn)口的同類產(chǎn)品,在國內(nèi)市場(chǎng)占有一定份額。
隨著中國改革開放的推進(jìn),國外先進(jìn)的電泳超濾設(shè)備不斷涌入,繼一汽、二汽和濟(jì)汽聯(lián)合引進(jìn)美國Abcor管式超濾器后,北京、天津、吉林的汽車廠家又先后引進(jìn)了板式、中空纖維管式、卷式陰極電泳超濾設(shè)備。由于不同形式的超濾器性能上各有優(yōu)劣(見表1),對(duì)使用條件和管理水平又有不同要求,通過使用經(jīng)驗(yàn)的積累,20世紀(jì)90年代中期,國內(nèi)市場(chǎng)上采用較多的是管式超濾器。當(dāng)時(shí)國內(nèi)無錫、沙市、天津等廠家吸收、消化國外相關(guān)技術(shù),自行開發(fā)的管式(內(nèi)壓)超濾器也陸續(xù)在國內(nèi)電泳涂裝線上得到應(yīng)用,致使管式超濾器在當(dāng)時(shí)國內(nèi)電泳涂裝中占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著涂裝管理水平的提高和電泳涂料制造水平及產(chǎn)品質(zhì)量的提高,至20世紀(jì)90年代末,卷式超濾器以其低能耗、高效能以及良好的性價(jià)比逐漸得到越來越多的用戶認(rèn)可,逐步取代管式超濾器,在國內(nèi)市場(chǎng)上占有額超過了管式超濾器。特別是進(jìn)入21世紀(jì),新上電泳涂裝線,卷式超濾膜完全占據(jù)主導(dǎo)位置而成為首選。從國際上看,超濾技術(shù)應(yīng)用更加具體化,不同行業(yè)上超濾器形式各有所側(cè)重。據(jù)2001年美國GE集團(tuán)OSMONICS公司年度報(bào)告,卷式超濾膜到2000年底已占據(jù)了超濾膜市場(chǎng)上主導(dǎo)地位。不同形式超濾膜性能對(duì)比見圖1。
表1 不同形式超濾膜性能對(duì)比
目前,國內(nèi)采用的卷式膜幾乎全部為進(jìn)口產(chǎn)品。吉林遼源某廠引進(jìn)德國技術(shù)和設(shè)備于1992年開始生產(chǎn)卷式超濾膜,便僅限于4英寸一種規(guī)格,且透過液量和使用壽命與國外國類產(chǎn)品有一定差距,在國內(nèi)電泳涂裝行業(yè)中僅占少部分市場(chǎng)。
從超濾膜材質(zhì)上看,20世紀(jì)80年代,國內(nèi)電泳涂裝超濾膜技術(shù)材料主要是酸醋纖維素(CA),聚砜(PS)。進(jìn)入90年代,又出現(xiàn)了聚砜酰胺(PSA),聚偏氟乙烯(PVDF),聚丙烯腈(PAN)等合成高分子超濾膜。超濾膜也從單一膜向復(fù)合膜發(fā)展,針對(duì)電泳涂裝中的不同應(yīng)用,超濾膜又由中性膜發(fā)展到荷電膜(區(qū)分陰、陽極電泳,膜面分別帶有正、負(fù)電荷)。但近幾年來,國際上趨向采用中性膜,陰陽極電泳涂裝通用。目前國內(nèi)電泳涂裝超濾膜性能與進(jìn)口超濾膜相比還有明顯差距,所以關(guān)鍵設(shè)備都選用進(jìn)口超濾器。
綜上所述,過去20年來,我國電泳涂裝行業(yè)應(yīng)用超濾技術(shù)取得了巨大進(jìn)步,經(jīng)過科研、生產(chǎn)及使用單位技術(shù)人員的共同努力,從最初只能生產(chǎn)外壓膜管式超濾器,到管式、卷式、中空纖維管式和板式超濾器均能自主生產(chǎn),并出現(xiàn)多家專來生產(chǎn)電泳涂裝超濾設(shè)備的廠商。近年來,采用進(jìn)口卷式超濾膜組裝的國產(chǎn)超濾器已完全達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平,其市場(chǎng)擁有量在國內(nèi)電泳涂裝線上已逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。
3.未來10年的發(fā)展展望
3.1向高效、低能耗發(fā)展
目前國內(nèi)外電泳涂裝超濾設(shè)備以卷式膜為主導(dǎo)地位,普遍采用直供式供料,可靠的預(yù)過濾裝置,具有獨(dú)立清洗功能(CIP)設(shè)施。超濾膜材質(zhì)以高效、抗污染的復(fù)合膜為主。為了進(jìn)一步降低能耗,超濾膜的使用壓力向低壓化發(fā)展,如美國OSMONICS公司的ED系列超濾膜,使用壓力由通用的0.3~0.4MPa可降到0.2~0.3MPa。
3.2多用途化發(fā)展
a.超濾設(shè)備和專用反滲透設(shè)備組合(即EDRO)應(yīng)用于電泳涂裝后沖洗,組成徹底的完全閉路清洗(見圖1),越來越被廣大用戶所接受,特別是環(huán)保要求日益嚴(yán)格的今天,其應(yīng)用價(jià)值越來越大。
圖1 電泳UF+RO封閉清洗流程
b.水性涂料施工使用UF回收實(shí)用化。
圖2 水性漆回收流程
隨著環(huán)保要求涂裝行業(yè)對(duì)VOC排放的更加嚴(yán)格,這樣,低VOC排放的水性涂料應(yīng)用越來越廣。水性涂料噴涂施工中,采有UF設(shè)備回收噴漆室循環(huán)水中噴濺的涂料,回收涂料的濃度可以達(dá)到這樣一個(gè)水平,即回收涂料與原涂料完全對(duì)應(yīng),無需進(jìn)一步處理即可再使用(見圖2),是非常經(jīng)濟(jì)的,因?yàn)橥苛蠜]有損失,又無需絮凝劑,廢水排放的費(fèi)用顯著降低。國外專用于水性涂料的UF膜已實(shí)用化,長春安特涂裝技術(shù)工程有限公司采用進(jìn)口膜開發(fā)的水性涂料UF回收設(shè)備已取得了試驗(yàn)成功。
c.超濾設(shè)備在含油廢水處理中的應(yīng)用。
過去的超濾膜只能在低溫度下(35℃以下)對(duì)含油污水進(jìn)行處理分離。隨著耐高溫(80℃)超濾膜問世投入使用(2001年美國OSMONICS公司 M系列油水分離用UF膜實(shí)用化),生產(chǎn)線上脫脂含油廢水分離處理采用UF膜法已成為可能。國外超濾膜法處理含油污水配以輔助設(shè)備,可使廢水中的油含量濃縮到40%。長春安特涂裝技術(shù)工程有限公司開發(fā)的脫脂廢水超濾設(shè)備正在一汽涂裝線上試用。
d.涂裝行業(yè)污水處理采用UF膜法。
國外采用真空負(fù)壓中空纖維管式超濾設(shè)備處理污水,即從污水集中池中把凈水回收通過UF設(shè)備分離出來。而這種負(fù)壓中空纖維管式UF設(shè)備可移出進(jìn)行機(jī)械刷洗和化學(xué)清洗重復(fù)投入使用。相信隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格,國內(nèi)在不久的將來,采用此法處理涂裝排放污水將成為可行。
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