基于膜處理技術(shù)的機加工用切削液的再回用與減量化

麥理丘路（上海）控制儀表有限公司 （201108） 練宏俊

上海樂澤環(huán)境工程有限公司 （201108） 金 艷

切削液在金屬切削、磨削加工過程中具有相當重要的作用，選用合適的金屬切削液，能降低切削溫度60～150℃，降低表面粗糙度1～2級，減少切削阻力15%～30%，成倍地提高刀具和砂輪的使用壽命。并能夠?qū)⑶行己突夷那邢鲄^(qū)沖走，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，故切削液在機械加工中應(yīng)用極為廣泛。但在正常機械加工過程中切削液經(jīng)常出現(xiàn)變質(zhì)發(fā)臭、腐蝕、產(chǎn)生泡沫、使用者皮膚過敏等諸多問題，這些問題的產(chǎn)生主要是因為切削液中的雜質(zhì)不斷積累，各類油脂不斷積累，以及切削液中的細菌大幅增加導(dǎo)致切削液發(fā)臭引起的。

1.切削液的再回收與減量化

（1）切削液的常規(guī)處理辦法與不足 針對上述切削液在使用過程中的諸多問題，目前大部分企業(yè)常采取下列措施：①定期補加自來水以及切削液濃縮液，維持切削液的濃度和pH值在推薦范圍內(nèi)。②特定情況添加殺菌劑。③增加撇油裝置撇除浮油及相關(guān)雜質(zhì)。④增加顆粒過濾裝置，定期對切削液進行過濾操作。⑤半年左右將所有的切削液徹底更換，委托專業(yè)環(huán)保公司處理。

但上述手段主要針對切削液的日常維護，沒有對切削液廢液進行有效處理，更沒有對廢棄切削液進行再回用，故約6個月左右的時間，切削液就必須徹底更換，廢切削液排放由此產(chǎn)生。

如果可以實現(xiàn)切削液廢液的再回用和減量化對機械加工企業(yè)來說不但是具有一定經(jīng)濟效益，更重要的是具有很大的環(huán)保效益。

（2）切削液減量化和再回用原理 根據(jù)上述原因分析，如果能有技術(shù)將廢切削液中的微小雜質(zhì)、油脂和細菌都去除，避免腐敗變質(zhì)，保證切削液恢復(fù)到與新配切削液一致的高清潔度，用原液調(diào)配到指定濃度和pH值范圍即可循環(huán)使用，重新回到日常使用狀態(tài)。

一項源自法國原子能研究機構(gòu)（CEA）的技術(shù)——膜處理技術(shù)讓切削液的再回用成為現(xiàn)實，由于陶瓷膜對切削乳化液廢水具有良好的破乳作用,故近年來應(yīng)用逐漸廣泛。

系統(tǒng)原理如圖1所示：

分析：①進料，是廢切削液，含有微小雜質(zhì)、油脂和細菌等。②分離膜，是系統(tǒng)的核心組件。此膜上含有分離層，此分離層能將細小的細菌都可以完全擋住。③滲透液，是去除了微小雜質(zhì)、油脂和細菌等污染物后的切削液，也就是被凈化后的切削液。④濃液，是含雜質(zhì)和細菌濃度更高的廢切削液。

系統(tǒng)工作過程描述：①廢切削液先排入系統(tǒng)循環(huán)罐。②循環(huán)罐中的廢切削液通過泵以一定的壓力進入分離系統(tǒng)。在泵的推動下廢切削液平行于膜面流動，由于具有一定壓力（0.1～0.3MPa），水和有機物可以通過分離膜(membrane)進入凈水箱，所有雜質(zhì)和細菌被分離膜攔截，由此實現(xiàn)雜質(zhì)和細菌的有效分離。③為了提高整個系統(tǒng)的回收率，濃液（concentrate）再回流至循環(huán)罐。直至整個系統(tǒng)運行結(jié)束，3%～10%的濃液最終被排出系統(tǒng)。④系統(tǒng)的回收率是90%～97%，具體回收率值大小和各個企業(yè)廢切削液的性質(zhì)有關(guān)。

分離組件內(nèi)專利成份配方和先進生產(chǎn)工藝的卓越性能描述：①材質(zhì)：TiO2/ ZrO2（二氧化鈦/二氧化鋯）。②分離精度：25～50nm。③耐溫高達300℃，可用蒸汽消毒殺菌。④耐酸堿和化學(xué)藥品：耐受pH值0～14，不受化學(xué)藥品的腐蝕。⑤耐溶劑：可用氧化劑消毒殺菌。⑥極好的機械強度：爆破壓力>9M P a，可用高壓釜消毒殺菌。⑦安全、環(huán)保：通過FDA認證。

超精細的過濾精度是系統(tǒng)安全有效過濾的保證。在廢切削液污染物中細菌被認為是最小污染因子，細菌的個體小，絕大多數(shù)細菌的直徑大小在0.5～5μm，目前已知最小的細菌只有0.2μm，而本處理辦法的分離精度為25～50nm，故可以從根本上徹底有效處理廢棄切削液中的細菌，同時大量減少危險廢物產(chǎn)生量，有力促進了生態(tài)環(huán)境安全。

2.切削液再回收案例

某德資企業(yè)有多臺D M G機床，多為125P、80U、60U、Maha等加工中心，主要以金屬碳鋼、合金鋼以及鋁材的切削加工為主，使用馬斯特E905乳化液作冷卻潤滑，切削液約半年徹底更換一次。

對比于傳統(tǒng)動力系統(tǒng)，混合動力系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多源提供動力，復(fù)雜程度更高，其配備的雙向DC/DC變換器是電池工作模式下電能轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)闹匾b置。當動車組工作于不同供電方式時，動車組運行性能很大程度上將受到雙向DC/DC變換器和牽引逆變器組成的級聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響，因此對混合動力系統(tǒng)中雙向DC/DC-逆變器級聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行研究具有重要的意義。

（1）切削液廢液處理結(jié)果 采用上述切削液回用技術(shù)對廢切削液進行再回收處理，處理結(jié)果照片如圖2所示。檢測數(shù)據(jù)對比如表1所示。

圖2 切削液廢液處理前后對比照片

表1 分離產(chǎn)水檢測數(shù)據(jù)對比表

其中：①濃度/折光率：折光率是有機化合物最重要的物理常數(shù)之一，能精確而方便的檢測出來，作為液體物質(zhì)純度的標準，可以使用折光儀方便檢測。②COD代表化學(xué)需氧量: 是指在一定條件下，氧化1L水樣中還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑的量，以氧的質(zhì)量濃度（以mg/L為單位）表示，是評定水質(zhì)污染程度的重要綜合指標之一。COD的數(shù)值越大，則水體污染越嚴重。切削液中的COD主要是由三乙醇胺、表面活性劑、硼酸類化合物、防腐劑、殺菌劑及切削過程中帶入的油、雜質(zhì)等組成。③懸浮物是指：可用0.45μm濾膜過濾節(jié)留的顆粒性雜質(zhì)。④含油量：礦物油濃度。

（2）切削液廢液處理結(jié)果分析 根據(jù)上述數(shù)據(jù)對比可見處理過的分離產(chǎn)水：①pH值上升，恢復(fù)到許可使用區(qū)間。②混合物濃度/折光率下降。③懸浮物完全清除。④礦物油的濃度基本清除。⑤CODcr值大幅度下降，這是因為通過過濾，切削液中的污染物油、細菌及雜質(zhì)被去除，而保留了切削液的主要原料表面活性劑、防腐劑、殺菌劑等。因此，過濾產(chǎn)水水質(zhì)完全符合切削液循環(huán)使用的水質(zhì)要求。

（3）切削液廢液凈化后產(chǎn)水再回用情況 凈化后的切削液其中有效濃度比較低，需要加入切削液濃縮液進行再調(diào)配方可使用。

將上述經(jīng)過凈化系統(tǒng)處理過后得到的2.4%的產(chǎn)水50mL+50mL水+10mL切削液濃液新配比成待使用的切削液E，對其進行同樣數(shù)據(jù)指標的檢測。

從表2對比數(shù)據(jù)來看，利用處理后的產(chǎn)水，加注新的濃縮液，必要時可以添加部分自來水，即可重新配備成符合要求的新切削液。

表2 產(chǎn)水新配切削液檢測數(shù)據(jù)對比

圖3中A是按照切削液使用要求由切削液濃液加水配對成指定濃度的切削液，E 是2.4%的 切 削液廢液處理產(chǎn)水C50mL +50mL自來水+10mL切削液濃液新配比好的切削液。

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對比，切削液E的指標基本接近A（新切削液）的各項指標，切削液的基本性能保持。目前按照此方法新配備的切削液已經(jīng)在機床中重新利用，性能穩(wěn)定。

圖3 產(chǎn)水新配切削液對比圖

3.切削液再回收的經(jīng)濟效益分析

目前如果企業(yè)的年廢切屑液量少 于10t，廢切削液的平均處理費用約為5元/kg，新的切削液濃縮液約30元/kg，以一臺五軸加工中心帶有約600L的水箱，正常工作時水箱約含有550L左右切削液，一年平均徹底更換兩次切削液，對比新舊處理辦法更換切削液的成本見表3。

表3 切削液廢液新舊處理辦法經(jīng)濟效益分析對比

從表3中對比數(shù)據(jù)來看，一臺設(shè)備的年平均節(jié)省成本為5 852元。與此同時由于廢棄切削液量大幅度降低，大幅度降低社會處理危險廢物的壓力，具有極大的環(huán)保效益。

設(shè)備投入：針對一臺600L水箱的設(shè)備，設(shè)計處理能力600L/h，平均設(shè)備投入25萬元/臺，其中核心元件分離膜費用6萬元/臺，使用壽命4～5年，設(shè)備能耗約7.5kW，日常維護費用僅電費費用以及分離膜清洗人工費用等。即如果一年平均有16臺600L容量的設(shè)備需要處理切削液，3年即可收回設(shè)備投入。

另一方面，由于目前擁有如此規(guī)模量的設(shè)備的企業(yè)較少，但在長三角地區(qū)該類加工設(shè)備企業(yè)設(shè)備保有量巨大，單個企業(yè)完全可以通過委托服務(wù)的方式或者設(shè)備租賃的方式，即購買此類服務(wù)來達到減排增效的目的。

4.結(jié)語

綜合而言，使用分離膜方法處理廢切削液，進行切削液再回用與減量化處理，具有實踐意義，一方面經(jīng)濟效益可觀，更重要的是具有極大的環(huán)境保護效益，是一項值得推廣的應(yīng)用技術(shù)。