基于膜處理技術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。并能夠將切屑和灰末從切削區沖走，從而提高生產效率和產品質量，故切削液在機械加工中應用極為廣泛。但在正常機械加工過程中切削液經常出現變質發臭、腐蝕、產生泡沫、使用者皮膚過敏等諸多問題，這些問題的產生主要是因為切削液中的雜質不斷積累，各類油脂不斷積累，以及切削液中的細菌大幅增加導致切削液發臭引起的。

1.切削液的再回收與減量化

（1）切削液的常規處理辦法與不足 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。②特定情況添加殺菌劑。③增加撇油裝置撇除浮油及相關雜質。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，委托專業環保公司處理。

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生。

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

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

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

系統原理如圖1所示：

分析：①進料，是廢切削液，含有微小雜質、油脂和細菌等。②分離膜，是系統的核心組件。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、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，是含雜質和細菌濃度更高的廢切削液。

系統工作過程描述：①廢切削液先排入系統循環罐。②循環罐中的廢切削液通過泵以一定的壓力進入分離系統。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，所有雜質和細菌被分離膜攔截，由此實現雜質和細菌的有效分離。③為了提高整個系統的回收率，濃液（concentrate）再回流至循環罐。直至整個系統運行結束，3%～10%的濃液最終被排出系統。④系統的回收率是90%～97%，具體回收率值大小和各個企業廢切削液的性質有關。

分離組件內專利成份配方和先進生產工藝的卓越性能描述：①材質：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耐酸堿和化學藥品：耐受pH值0～14，不受化學藥品的腐蝕。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、環保：通過FDA認證。

超精細的過濾精度是系統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生量，有力促進了生態環境安全。

2.切削液再回收案例

某德資企業有多臺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。

對比于傳統動力系統，混合動力系統能夠實現多源提供動力，復雜程度更高，其配備的雙向DC/DC變換器是電池工作模式下電能轉換與傳輸的重要裝置。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系統的穩定性的影響，因此對混合動力系統中雙向DC/DC-逆變器級聯系統的穩定性進行研究具有重要的意義。

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

圖2 切削液廢液處理前后對比照片

表1 分離產水檢測數據對比表

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之一，能精確而方便的檢測出來，作為液體物質純度的標準，可以使用折光儀方便檢測。②COD代表化學需氧量: 是指在一定條件下，氧化1L水樣中還原性物質所消耗的氧化劑的量，以氧的質量濃度（以mg/L為單位）表示，是評定水質污染程度的重要綜合指標之一。COD的數值越大，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、雜質等組成。③懸浮物是指：可用0.45μm濾膜過濾節留的顆粒性雜質。④含油量：礦物油濃度。

（2）切削液廢液處理結果分析 根據上述數據對比可見處理過的分離產水：①pH值上升，恢復到許可使用區間。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，過濾產水水質完全符合切削液循環使用的水質要求。

（3）切削液廢液凈化后產水再回用情況 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配方可使用。

將上述經過凈化系統處理過后得到的2.4%的產水50mL+50mL水+10mL切削液濃液新配比成待使用的切削液E，對其進行同樣數據指標的檢測。

從表2對比數據來看，利用處理后的產水，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 產水新配切削液檢測數據對比

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 削液廢液處理產水C50mL +50mL自來水+10mL切削液濃液新配比好的切削液。

根據檢測數據對比，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在機床中重新利用，性能穩定。

圖3 產水新配切削液對比圖

3.切削液再回收的經濟效益分析

目前如果企業的年廢切屑液量少 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濟效益分析對比

從表3中對比數據來看，一臺設備的年平均節省成本為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，具有極大的環保效益。

設備投入：針對一臺600L水箱的設備，設計處理能力600L/h，平均設備投入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容量的設備需要處理切削液，3年即可收回設備投入。

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

4.結語

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，一方面經濟效益可觀，更重要的是具有極大的環境保護效益，是一項值得推廣的應用技術。