陳帥 宮金寶金星梅江峰王洪奎張利文

（1.中國第一汽車股份有限公司，長春 130000；2.陸軍研究院工程設(shè)計(jì)研究所，南京 210018；3.吉林海普科技發(fā)展有限公司，長春 130061；4.吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院，長春 130012）

1 前言

汽車涂裝是保護(hù)和裝飾汽車的主要工藝措施[1]，涂裝用漆可分為溶劑漆和水性漆2類[2]，其中水性漆以其揮發(fā)性有機(jī)物排放量低、較好的漆層特性、良好的通透性和光澤度、環(huán)保健康等優(yōu)點(diǎn)在汽車涂裝工藝中被推廣使用[3-4]。針對水性漆涂裝工藝中使用過的油漆管路等，需用水性漆清洗溶劑清洗，由此產(chǎn)生的清洗廢水中含有一定量的清洗溶劑及水性漆成分。通常這些廢水將外委處理，如采用適當(dāng)技術(shù)對清洗廢水中有機(jī)溶劑回收再用于油漆管路等的清洗，便可達(dá)到減少排放降低處理成本目的，使生產(chǎn)工藝更加綠色環(huán)保。

超濾技術(shù)即膜分離技術(shù)，是利用具有選擇性滲透功能的超細(xì)濾膜分離廢水的過程，同時(shí)它也是一個(gè)以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程[5-6]。在壓力差的推動(dòng)下，原液中的溶劑和小的溶質(zhì)粒子從高壓的原液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，所得到的液體稱為透過液，而大的粒子組分被膜截留，使其在濾剩液中濃度增大，得到濃縮液，經(jīng)超濾處理可達(dá)到溶液的凈化、分離與濃縮的目的[7-9]。基于此，本文探討超濾技術(shù)在汽車水性漆噴涂清洗廢水回用中應(yīng)用的可行性。

2 超濾系統(tǒng)組成

本研究所用超濾系統(tǒng)包括原液罐、透過液收集罐、壓力調(diào)節(jié)閥、過濾器、增壓循環(huán)泵、透過液收集罐、流量表、壓力表、聚偏氟乙烯超濾膜片（過濾精度為50 000分子量，膜面積為0.013 m2）等，該系統(tǒng)示意如圖1所示。

圖1 超濾設(shè)備示意

3 超濾系統(tǒng)的運(yùn)行

超濾系統(tǒng)運(yùn)行前需用純水進(jìn)行清洗，即向原液罐中加入純水2 L，打開電源，按下啟動(dòng)鍵，循環(huán)泵開始工作，當(dāng)透過液有水滴出時(shí)，再循環(huán)5 min，排出原液罐溶液，再次加水2 L，重復(fù)清洗設(shè)備3次。測試電導(dǎo)率＜20 S/m。

清洗完成后，排出管道純水，向原液罐中加入清洗廢水1 560 mL。根據(jù)實(shí)際汽車涂裝過程中各類水性漆及清洗溶劑使用情況，將水性漆混合物與清洗溶劑按3∶100的比例配成清洗廢水，由此得到4種清洗廢水樣品，分別命名為清洗廢水1、清洗廢水2、清洗廢水3、清洗廢水4，廢水具體組成情況如表1所示。

表1 清洗廢水組成情況

通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥控制循環(huán)管道流量和壓力，在室溫條件下記錄超濾壓力、濃縮液流量、透過液流量、透過率等，并回收透過液。具體數(shù)據(jù)如表2～表4及圖2所示，超濾過程中壓力變動(dòng)范圍為0.26～0.29 kPa，濃縮液流量為60 L/h，透過液流量變動(dòng)范圍為0.46～0.48 L/h，透過率為65%～73%。由此可知4種清洗廢水超濾過程中系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，超濾速度基本相同，超濾過程中超濾膜無損傷，表明聚偏氟乙烯超濾膜可用于超濾處理且處理后可得到較高比例的透過液用于回收再利用，以達(dá)到減少排放的目的。

圖2 清洗廢水的超濾效果

表2 超濾系統(tǒng)運(yùn)行中壓力變化

表3 超濾系統(tǒng)運(yùn)行中濃縮液流量變化

表4 超濾系統(tǒng)運(yùn)行中透過液流量變化

4 透過液回收再用可行性分析

經(jīng)超濾處理后的透過液澄清、無肉眼可見顆粒物，且靜止24 h后無沉淀形成。采用HJ/T 399—2007《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定快速消解分光光度法》[10]測定原液及透過液的化學(xué)需氧量（COD），具體數(shù)據(jù)如圖3所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是原液還是透過液，含清洗溶劑1的廢水的COD值顯著高于含清洗溶劑2的COD。清洗溶劑1中純水占比16.7%，而清洗溶劑2中純水占比97%，較高的含水量導(dǎo)致含清洗溶劑2的廢水的COD值較低。透過液與原液相比其COD值有所降低，其中含清洗溶劑1廢水的COD下降比例較低，分別為6.5%（清洗廢水1）和16.0%（清洗廢水2），而含清洗溶劑2廢水的COD下降比例較大，分別為37.6%（清洗廢水3）和52.7%（清洗廢水4），這可能與清洗溶劑1中有機(jī)溶劑成分占比較高有關(guān)。綜上可知，超濾處理對清洗廢水中大顆粒懸浮物具有去除效果，且可以降低其有機(jī)物含量。

圖3 清洗廢水超濾前后化學(xué)需氧量變化情況

清洗溶劑中有機(jī)溶劑成分是其清洗水性漆的有效成分，根據(jù)清洗溶劑1和清洗溶劑2的安全技術(shù)說明書（MSDS）及儀器分析測試效果，本文選擇N,N-二甲基乙醇胺、乙二醇丁醚/1-丁氧基-2-丙醇混合物作為清洗有效成分，分析上述物質(zhì)在超濾前后的變化情況，進(jìn)一步確定超濾處理是否對透過液用于回收再清洗產(chǎn)生影響。采用氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法對上述物質(zhì)在各樣品中的濃度進(jìn)行定量分析[11]，測試結(jié)果如表5所示，由此可知所關(guān)注的清洗有效成分在超濾后均有所降低，其中清洗廢水1和清洗廢水2中清洗有效成分下降比例較低，N,N-二甲基乙醇胺及乙二醇丁醚/1-丁氧基-2-丙醇混合物的下降比例分別為2.4%、12.0%、8.8%和16.4%，而清洗廢水3和清洗廢水4中清洗有效成分下降比例較大，乙二醇丁醚/1-丁氧基-2-丙醇混合物的下降比例分別為32.2%和19.1%。上述結(jié)果表明，含清洗溶劑1的廢水超濾后透過液中有效成分變化幅度較小，這可能與清洗溶劑1中有機(jī)溶劑占比較高有關(guān)（約占83.3%），從而使得含清洗溶劑1廢水的回收再利用的潛力高于含清洗溶劑2的廢水。

表5 清洗廢水超濾前后清洗有效成分變化情況

5 超濾系統(tǒng)運(yùn)行成本分析

該超濾系統(tǒng)總投資約50萬元，預(yù)計(jì)使用年限為8年，此期間運(yùn)行成本包括電費(fèi)、超濾膜更換費(fèi)、過濾袋更換費(fèi)、濃縮液處置費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)、設(shè)備折舊，各項(xiàng)費(fèi)用詳見表6。該系統(tǒng)處理清洗廢水的成本合計(jì)為1 413.77元/t，而未經(jīng)超濾處理的清洗廢水外委處理成本為3 800元/t。由此可見，生產(chǎn)中使用該超濾系統(tǒng)處理清洗廢水可節(jié)省2 386.23元/t，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

表6 超濾系統(tǒng)運(yùn)行成本分析

6 結(jié)束語

本文分析了超濾技術(shù)在汽車水性漆噴涂清洗廢水回用中的可行性，結(jié)果表明聚偏氟乙烯超濾膜可用于清洗廢水的超濾處理，所得透過液比例＞65%；透過液回收用于再清洗的潛力與清洗有效成分有關(guān)，含清洗溶劑1的廢水超濾后形成的透過液的回收再利用潛力較大。超濾技術(shù)處理汽車水性漆噴涂清洗廢水具有分離效率高，控制操作簡便、透過液可再利用的特點(diǎn)，該技術(shù)是汽車涂裝企業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)及減少污染排放的有效途徑之一，具有廣闊的發(fā)展空間。