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涂装前处理电泳环保浅析
作者：王淼 李占文 占早华 （奇瑞汽车股份有限公司 241009）
摘要：本文对涂装前处理电泳系统所产生的废水、废气、废弃物、噪声等污染，从生产工艺与材料、循环利用以及统一管理等方面进行阐述如何减少污染。
一、前言
随着汽车产业的飞速发展，汽车涂装技术不断提高，涂装相关法律法规持续完善，将汽车涂装的重点由原来的单纯重视产品质量扩展到节能、环保等方面。目前涂装环境污染的主要来源是废水、废气、废弃物以及噪音等几个方面，因此在涂装规划设计中如何降低污染物的产生量以及排放量成为当前的一个方向。前处理电泳作为涂装综合污染最重的工序，降低其污染强度有着非常重要的意义。要减少污染物就必须从源头抓起，通过改变生产工艺与材料、循环利用以及统一管理等方面入手。
二、废水
废水是涂装车间一个非常重要的污染源，前处理电泳生产过程产生的废水处理量约占整个涂装车间的95%。前处理电泳废水成份复杂、排放量大的特点，给废水处理带来了很大的困难。同时废水中含有的大量污染物质，如锌、铬、镍、磷、氮、亚硝酸盐等，对水体水质造成巨大污染，危害人类健康。为了保证环境的可持续发展，必须从工艺材料及设备等方面降低污染。
1.工艺与材料
前处理电泳工艺的发展方向为低能耗、低成本、低污染，生产工艺的趋势必定带动生产材料的发展，目前新工艺新材料已在环保方面取得了巨大的进步。
1.1 车身沥水工艺孔和每个工艺段的沥水时间的合理设计，以及采用RODIP、Varioshuttle等翻转机械化输送系统，减少工件带液量减少后清洗工序的清洗压力，减少废水排放量。
1.2逆向补水工艺在节水减少废水排放方面已取得明显效果。
1.3 无P、无N且可生物降解的环保型脱脂剂，其采用硅酸盐取代了对环境污染较大的磷酸盐，采用可生物降解的表面活性剂。
1.4 新型液体表调剂主要成分为磷酸锌铁，槽液在50℃时依然稳定，其使用周期可达1个月以上，有效减少表调液的排放量。
1.5 低温低渣型磷化液及采用过氧化氢、羟氨基化合物以及CN4有机促进剂等替代了致癌的亚硝酸盐。
1.6 六氟化锆钝化液替代有铬钝化液，其钝化效果好，废水处理容易，在欧美合资企业得到了广泛的应用。同时随着磷化材料性能的提高，无钝化工艺已能满足汽车防腐要求，在国内汽车企业以及日韩等汽车企业基本为无钝化工艺。
1.7 凯密特尔推出的前处理硅烷技术替代传统的表调、磷化和钝化工艺，作为低温低渣的新材料，是前处理技术的最新发展方向。硅烷技术已在欧美的家电、汽车零部件等企业得到应用，替代传统的磷化工艺。同时与电泳材料厂家联合进行配套性实验，已经取得可喜的进展，如若能够证明可满足整车防腐要求，其在汽车涂装环保上将是历史性的突破。
1.8 第6代阴极电泳涂料较以往电泳涂料相比，其有溶剂含量低、无铅、无锡、颜基比低以及泳透力高等特点，目前在汽车涂装上已广泛应用。
2.设备
废水的循环利用主要是提高水的利用效率，延长槽液的使用周期。目前在设备上采取的措施主要有：采用高效的除油、除渣设备、树脂交换再生技术及膜分离废水再生技术等。
2.1油水分离设备
常用的油水分离方式有吸附法、加热破乳法、超滤除油法等，这些方法中尤以超滤除油法效果最为明显，其与旋液分离系统配合使用，通过陶瓷膜将脱脂剂、表面活性剂等小分子物质与油污等高分子物质分离，达到很好的除油效果。超滤除油可以对槽液进行全循环除油，提高除油效率70％，延长槽液使用周期30％，减少污水排放30％。
2.2磷化除渣设备
目前磷化除渣方式可分为浓缩式和全过滤式两种，浓缩式多采用斜板沉降槽+压滤机（板框压滤机、FK压滤机、纸带过滤机），此方式设备中斜板沉降槽+FK压滤机处理效果好，渣含水量低，但投资成本较高。浓缩式除渣设备处理量有限，多用于中小规模涂装线。全过滤方式有板框压滤机全过滤、逆向（PS）过滤系统和ALSI全过滤压滤机。板框压滤机全过滤系统设备简单、成本低，可用于各种规模的涂装线。逆向（PS）过滤系统和ALSI全过滤压滤机由于投资成本较高，多用于大型涂装线上。在涂装线规划时选用有效的除渣设备能够减少磷化的倒槽次数和清洗废水的排放。
2.3钝化废水树脂交换设备
钝化后冲洗水回用装置的原理是采用阴、阳离子交换树脂处理工艺。通过阴阳离子与水中的离子进行置换的方式，将钝化冲洗水处理达标后循环再利用。其排水量降低至7.5%，废水处理量降低至1%。
2.4膜分离设备
膜分离技术在涂装前处理电泳废水重复利用上，目前已广泛应用的技术有PT-RO、ED-RO、电泳超滤等，这些设备使涂装质量和环保等方面取得巨大成功，而目前出现的EUF系统是电泳系统实现真正零排放的又一次突破。
EUF（电泳清洗水超滤）系统，其原理图见图1。传统的电泳后冲洗工艺是通过溢流后冲洗纯水达到控制电导率的工艺要求，清洗水中含有电泳漆固体份约为0.03%，含有电泳漆的废水排放后，造成巨大的浪费，同时也增加了废水处理的难度。EUF系统通过将纯水槽溢流的污水收集在浓缩槽内，通过浓缩泵将槽液输送至超滤膜组进行分离，其中水及部分溶剂分子透过超滤膜，电泳漆及助剂等大分子被截留，返回浓缩槽内。透过液可作为纯水原水和前处理等工序使用，也可与新鲜纯水混合作为新鲜喷淋使用，由于透过液电导率约150μs/cm，所以混合液中透过液含量不应超过20%；浓缩槽内槽液不断的循环浓缩，浓缩槽设有浓度检测装置，当浓缩槽固体份达到设定值后通过转移泵输送回电泳槽。EUF系统使电泳漆的回收滤由原来的96%提升至100%。同时EUF系统可将电泳倒槽时残留槽液及清洗水进行回收浓缩，回收电泳漆。此系统配置有PH值调整系统，能够精确控制PH在工艺范围内，且采用的膜组为超滤膜，比RO膜更适合酸性介质，使用寿命更长。采用EUF的电泳系统较传统电泳系统相比有以下优点：
a. 生产时电泳漆回收率提升至100%，节约电泳漆使用量4%；
b. 滤膜透过液作为工业水使用，节约工业水的用量；
c. 减少电泳系统废水排放量，所排放的水仅为膜组系统的清洗水；

图1 EUF系统原理图
三、废气
前处理电泳废气排放量相对喷漆系统来说少很多，但在设计过程中也不容忽视。特别是前处理排风中含有大量蒸汽、水雾、酸雾等，通过采用送排风系统控制这些气体不在车间内扩散，在达到此目的同时，如何减少这些气体的排放量和降低对环境的污染成为当前课题。
众所周知，气体的蒸发速度与温度、表面积和时间等有关，在工件处理过程中，通过对以上参数进行调整，能够达到减少蒸汽排放的目的。同时对排出的废气进行进一步的处理，能够更好的减少其对环境的污染，例如采用水汽凝结回收装置，能够将排风中带的槽液蒸汽冷凝回收，极大的减少排风所带的槽液；磷化酸洗槽上安装酸雾捕集装置，能够减少酸雾挥发到车间等。
目前处理药剂低温化对降低废气对环境的污染起到积极作用，同时在节能环保的大前提下，也是必然的发展方向。RODIP、穿梭机等新型机械化输送设备在提高沥水效果的同时，能够有效的减少槽液的蒸发表面积，同样可以减少废气的排放量。在工艺处理时，通过自动阀控制，与机械化信号连锁，有工件时喷淋，无工件时停止的控制方式，在小产能生产线上能够有效的控制槽液的喷淋时间，减少槽液的蒸发及水雾的产生。
电泳制冷设备目前还是以水冷机组为主，目前水冷机组蒸发器分满液式和干式，其中干式的冷媒填充量小，可以减少冷媒的使用量，减少污染的可能。在水冷机组冷媒的选择上，优先选择对环境影响小的R134a制冷剂，降低对环境的污染程度。
四、废弃物
在废弃物的控制上，必须从源头减少废弃物的产生及对加强对废弃物的处理。目前涂装前处理电泳线主要的废弃物为废渣、废弃润滑油、废弃滤料等，因此必须对这些方面进行控制，减少对环境的污染。
磷化渣作为磷化工序的副产品，槽液中含量过多会严重影响磷化质量，降低磷化液的使用寿命。因此在材料方面尽量选用低渣设备，同时加强工艺管理，参数控制在工艺范围内，减少磷化渣的产生量。在减少磷化渣产生量，但产渣是不可避免，因此必须采用磷化除渣设备，而目前采用的各种磷化除渣方式，其渣饼内部均含有一定的磷化液，只是由于采用的除渣方式的不同而有差别，在设备选择上尽量选择渣中含水量小的设备。对除出的磷化渣必须进行处理，目前可将磷化渣变成化学物质或作为其他产品的原材料，如与石材混合后烧成瓷砖。由于汽车厂产生的磷化渣量有限，自行装备处理设备成本过高，因此可由磷化液供应商回收后再生利用。
目前润滑油在涂装设备上使用还比较多，润滑油的泄漏、润滑油的更换都会对环境造成污染。因此在选用设备时，优先选用脂润滑设备，从源头减少废弃润滑油的产生。同时对产生的废弃润滑油等尽量通过专业厂家处理，减少对环境的污染。
涂装前处理电泳系统过滤袋的使用量非常大，在大型涂装车间连续生产线上，过滤袋的更换周期非常短，因此产生大量的废弃过滤袋，特别是电泳线过滤袋表面沾附大量的电泳漆，直接作为垃圾处理必然会造成环境的污染，因此废弃过滤袋、滤布、保洁纱布等最好由专业厂家进行统一回收处理，以减少废弃物对环境的污染。
五、噪音
噪音污染作为环境污染的一个比较特殊的方面，在工艺设备设计过程中应予以重视，如何降低设备运行的噪音，给操作人员一个舒适的工作环境，在强调工艺设备设计人性化的今天尤为重要。涂装降低噪音的主要途径可选用低噪设备和采用隔离吸收方式。
噪音产生的根源是设备的震动，因此在设备设计时必须采取措施减少设备的震动，例如对风机要进行动静平衡和噪音测试，风机底部采用缓冲垫等，对水泵等设备进行同轴度和端跳动调试，保证设备基础质量和设备的安装质量等，同时在使用时经常对风机叶轮进行清理，保证风机叶轮动平衡，对风机皮带进行调节，同时对需要润滑的设备定期润滑，尽可能降低设备的震动。气动设备也是产生噪音的一个重要方面，现场隔膜泵、气动阀等排气安装消声器，降低排气产生的噪音。在设备选择上，可以选用电动设备替代噪音大的气动设备，以减少噪音的产生。
工艺平面布置时就将噪音大的设备与操作区隔离，布置在非操作区或者辅助间内，如工艺要求或空间限制必须布置在现场时，应采取隔音措施，保证噪音不超过85dB（A），改善现场工作环境。例如电泳制冷机组可布置在辅房内，或采用夹心板房进行围护，减少现场的噪音。在生产过程中，加强设备的点检维护，使设备运行在最佳状态。
六、小结：
环保是当今社会永恒的主题，关系着我们及子孙后代的健康。因此在我们涂装生产中绝不能走先污染后治理的老路，必须从源头解决环境污染问题，将污染物的产生量降至最低，为保护环境贡献出自己的一份力量。