Ứng dụng Hệ thống Siêu lọc (UF) trong Sơn Điện di

Sơn điện di bao gồm việc nhúng phôi và điện cực tương ứng vào sơn hòa tan trong nước và áp dụng dòng điện. Thông qua tác động lý hóa do điện trường tạo ra, nhựa, bột màu và chất độn trong sơn kết tủa và lắng đọng đồng đều trên bề mặt phôi (hoạt động như một điện cực) để tạo thành một lớp màng không hòa tan trong nước. Hệ thống siêu lọc (UF) và màng UF đóng một vai trò quan trọng trong quá trình này. Việc áp dụng và thúc đẩy công nghệ ED-RO đúng cách có thể tăng cường đáng kể việc sử dụng sơn điện di và tài nguyên nước, đồng thời giảm đáng kể lượng nước thải điện di. Việc sử dụng và bảo trì thiết bị UF đúng cách sẽ tối đa hóa hiệu quả hệ thống. Rửa UF sau điện di loại bỏ sơn nổi bám trên bề mặt màng, cải thiện chất lượng vẻ ngoài và cho phép thu hồi sơn.

1. Tổng quan về Hệ thống Siêu lọc

Siêu lọc (UF) là một công nghệ phân tách màng được điều khiển bởi sự chênh lệch áp suất trên màng UF, hoạt động theo nguyên tắc sàng cơ học. Áp suất vận hành thường nằm trong khoảng từ 0,1 đến 0,6 MPa, với kích thước lỗ rỗng từ 1 nm đến 0,1 μm và giới hạn cắt khối lượng phân tử từ 500 đến 1.000.000 Da.

Trong quá trình UF đối với sơn điện di, khi sơn tiếp xúc với màng UF, nước và muối vô cơ đi qua, trong khi các phân tử có kích thước nhựa và bột màu được giữ lại trong chất lỏng sơn và trả lại bể điện di.

2. Ứng dụng của Màng UF trong Sơn điện di

Màng UF là thiết bị quan trọng trong dây chuyền sơn điện di. Các chức năng chính của chúng là:

• Chiết xuất nước khử ion và dung môi sơn từ bể thông qua UF để cung cấp nước rửa cho phôi điện di.

• Rửa sạch sơn thừa bám trên bề mặt phôi và trả lại bể.

Lợi ích:

• Tái chế sơn được mang ra trên bề mặt phôi, đạt được lưu thông khép kín và tiết kiệm ~30% chi phí mua sơn.

• Xả một phần của chất thấm UF để loại bỏ các ion tạp chất được đưa vào trong quá trình sơn, duy trì độ dẫn điện và độ pH của bể trong giới hạn quy định.

• Tái sử dụng chất thấm UF làm nước rửa thay vì nước khử ion, gần như loại bỏ việc xả sơn và giảm đáng kể gánh nặng xử lý nước thải và ô nhiễm môi trường.

3. Nguyên tắc hoạt động và Điều kiện của Hệ thống UF

3.1 Nguyên tắc UF

UF loại bỏ các ion tạp chất khỏi bể điện di và quản lý hiệu quả các chất gây ô nhiễm cation và anion được đưa vào trong một vòng kín, đảm bảo độ ổn định của sơn và tính toàn vẹn của màng.

UF là một công nghệ phân tách thẩm thấu màng giúp tinh chế, phân tách hoặc cô đặc các dung dịch. Nó hoạt động như một quá trình sàng lọc dựa trên kích thước lỗ màng. Được điều khiển bởi áp suất trên màng, chỉ nước, muối vô cơ và các phân tử nhỏ đi qua, trong khi chất rắn lơ lửng, keo, protein và vi sinh vật bị giữ lại. UF hoạt động liên tục dưới áp suất thấp.

Dưới áp suất chênh lệch, chất lỏng bể đi qua bộ UF. Chất thấm chảy đến bể UF, với ~30% lượng tuần hoàn đến từ bể phụ trước khi trở lại bể chính. Lượng sơn nạp tối thiểu cho hệ thống UF phải là 10× tốc độ thấm thiết kế, với 20× là tối ưu.

3.2 Các bước Khởi động và Vận hành Bình thường

1. Xác nhận không có áp suất trong các đường ống đầu ra; đóng van cấp sơn, đầu vào/đầu ra rửa và van thấm vào kho.

2. Mở lưu thông sơn, xả chất thấm và tất cả các van cách ly đồng hồ đo áp suất.

3. Mở van đầu vào/đầu ra làm mát phớt trục bơm UF (0,2 MPa).

4. Khởi động bơm cấp sơn.

5. Mở nhẹ đầu vào sơn để từ từ làm đầy hệ thống.

6. Từ từ mở van đầu vào cho đến khi áp suất cơ sở đạt 0,15 MPa, sau đó khởi động bơm.

7. Điều chỉnh van đầu vào và đầu ra cho đến khi áp suất chênh lệch đạt 0,2 MPa (đầu vào: 0,35 MPa, đầu ra: 0,15 MPa).

8. Kiểm tra rò rỉ màng; thay thế vòng chữ O hoặc mô-đun màng nếu cần.

9. Thời gian xả chất thấm phải ít nhất là 10 phút.

10. Mở van thấm vào kho và đóng van xả.

3.3 Các biện pháp phòng ngừa trong quá trình vận hành UF

1. Xử lý các mô-đun màng, vỏ và phụ kiện nhẹ nhàng để tránh hư hỏng do va đập.

2. Tắt máy đột ngột (mất điện, v.v.) không được vượt quá 2 giờ. Làm sạch màng ngay lập tức nếu kéo dài để ngăn chặn sự lắng đọng và tắc nghẽn sơn.

3. Ghi lại tất cả các thông số của hệ thống làm sạch và điện di để khắc phục sự cố.

4. Áp suất chênh lệch đầu vào-đầu ra phải là <0,08 MPa. Thay thế túi lọc 25 μm nếu vượt quá.

5. Không bao giờ vận hành hệ thống UF khi van thấm đóng.

6. Không khởi động bơm khi van xả mở để tránh làm hỏng màng.

7. Tránh dòng thấm quá mức; điều chỉnh van trong phạm vi tốc độ quy định.

8. Giảm thiểu sự mang theo hóa chất từ khâu tiền xử lý. Rửa cuối cùng trước khi điện di phải có độ dẫn nhỏ hơn <10 μS/cm.

Rửa UF sau điện di loại bỏ sơn nổi, cải thiện vẻ ngoài và thu hồi sơn. Thiết bị tương tự như hệ thống rửa nước sau phốt phát hóa. Rửa bằng nước tinh khiết cuối cùng loại bỏ các ion tạp chất để ngăn ngừa các khuyết tật do nhiễm bẩn. Để tránh các vết chảy thứ cấp trong các kẽ hở do rửa không đủ, cần phải rửa ngâm hoàn toàn.

Rửa UF thường sử dụng 2–3 giai đoạn để giảm lượng sơn mang theo. Ví dụ:

• Diện tích bề mặt xe: 80–100 m²

• Lượng sơn mang theo trên mỗi xe: 7–10 L (20% chất rắn)

• Lần rửa thứ 1: 4–5% chất rắn → Lần rửa thứ 2: <1%

• Chất thấm UF tươi: <0,5% chất rắn

Với ED-RO (UF + thẩm thấu ngược), chất thấm đã tinh chế thay thế nước khử ion để rửa cuối cùng, đạt được vòng lặp khép kín thực sự sau khi rửa, giảm đáng kể lượng nước thải và cải thiện đáng kể việc sử dụng sơn.

Chất thấm UF chứa nước và dung môi đồng sơn. Được sử dụng trong quá trình rửa, hệ thống khép kín này bù đắp cho sự mất sơn và giảm độ dẫn điện của bể.

4. Quy trình và Các bước Làm sạch Thiết bị UF

Dung dịch làm sạch: Chất tẩy rửa đậm đặc : nước tinh khiết = 1:99, nhiệt độ 38–43°C, pH 2,0–2,2. Do độ nhớt cao, tuần hoàn nước tinh khiết trong bể làm sạch bằng bơm cho đến khi >32°C, thêm chất tẩy rửa, tuần hoàn đến 35°C, sau đó điều chỉnh pH đến 2,0 bằng HCl. Mở van làm sạch để làm sạch lõi màng, duy trì pH ≥2,2.

Tuân thủ nghiêm ngặt quy trình là điều cần thiết. Sau thời gian sử dụng kéo dài, có thể xảy ra lỗi màng UF: tắc túi lọc, dòng chảy/áp suất chênh lệch không đủ. Theo dõi việc làm sạch theo SOP để xác định và giải quyết các vấn đề, tối ưu hóa quy trình và cải thiện chất lượng.

4.1 Các biện pháp phòng ngừa

1. Làm sạch khi lưu lượng thấm giảm xuống 70% so với bình thường; sự chậm trễ gây ra tắc nghẽn không thể đảo ngược.

2. Bộ lọc trước chính xác (25 μm) ngăn ngừa tắc nghẽn màng. Thay thế túi theo SOP và làm sạch bộ lọc/đường ống thường xuyên.

3. Làm sạch ngay sau khi tắt máy đột ngột để ngăn chặn tắc nghẽn màng.

4. Vận hành nghiêm ngặt theo SOP; ghi lại tất cả các thông số UF.

4.2 Các bước làm sạch

1. Đóng van đầu vào/đầu ra sơn của mô-đun UF mục tiêu.

2. Xả hết sơn khỏi mô-đun.

3. Mở van đầu vào/đầu ra của bơm làm sạch.

4. Mở van đầu vào/đầu ra làm sạch chính đến các ống màng.

5. Mở van đầu vào/đầu ra làm sạch mô-đun mục tiêu.

6. Khởi động bơm làm sạch.

7. Xả bằng nước khử ion chảy cho đến khi nước thải trong.