超濾工藝

電泳工藝中的超濾工藝是使用超濾膜在壓力下來進行電泳槽液中的懸浮固體和水及低分子量的成份的分離的一種分離工藝。當電泳液流經(jīng)超濾半透膜時，它將高分子量的物質(zhì)截留，而讓水和低分子量的物質(zhì)透過（圖4－13）。這也就是只有在一定分子量以下的物質(zhì)才能通過超濾膜。

超濾法是利用將涂料固體從可溶于水的物質(zhì)中分離的方法來將電泳槽液中的固體濃縮分離出來的方法。在分離后得到清澈的超濾液。回收的涂料固體可以回到電泳槽，而超濾液則可用于水洗中使用。超濾工藝利用壓力差和錯流法來產(chǎn)生超濾滲透。

一臺超濾器就好像一個腎，它的作用就是去除有害物質(zhì)。它原來是在電泳工藝中用作槽化學(xué)的pH控制的。使用它可以從電泳槽中去除過多的增溶劑、帶入的污染物和低分子量的樹脂，然后裝桶或排向廢水處理設(shè)備。

后來，發(fā)現(xiàn)超濾液是對出槽的工件作水洗的理想的水洗液。使用超濾器產(chǎn)生超濾液作水洗可以使電泳工藝中通常所使用的水洗工藝采用閉路循環(huán)。只有少量的超濾液要流向廢物處理設(shè)備來除去可溶于水的污染物，因為可溶于水的污染物會使電泳槽的電導(dǎo)升高。

超濾液中含有去離子水、可與水混溶的協(xié)同溶劑、低分子量的樹脂和增溶劑等。超濾液可用于對工件作洗去過量的涂料時的水洗用。超濾液的流速稱為通量率。它的單位為加侖/天× 平方英尺膜，或稱為GFD。通量率這個單位也可以用加侖/分來表示（GPM）。要使通量率足夠地高是十分重要的，這樣就能保證產(chǎn)生足夠的體積的超濾液來滿足水洗工藝的需要。

通量率受下列因素影響：

* 流動速率： 流過超濾器系統(tǒng)和超濾膜的物質(zhì)的數(shù)量；

* 壓力差： 超濾器的進口和出口的壓力差；

* 電泳槽的溫度；

* 電泳槽的溶劑含量；

* 電泳液的pH；

* NV％；

* P/B％。

當電泳溶液通過超濾器時，它是橫穿過超濾膜的。超濾器要有一定的橫穿量才能使系統(tǒng)正常工作。超濾器的制造商都會說明所需要的以加侖/分表示的橫穿量。

來自電泳槽的涂料在超濾器中通過，被濃縮的涂料固體粒子會回到電泳槽。從涂料中分離出來的大約有1％槽體積超濾液泵送到末道水洗工序，用來洗去黏附在電泳膜上的乳狀膜。用于這步水洗的超濾液是在超濾工藝中分離掉涂料固體后的水并含有可與水混溶的協(xié)同溶劑、低分子量的樹脂和增溶劑等成份。

通量率

就如前面已經(jīng)提到的那樣，超濾是一種壓力驅(qū)動的工藝，有三個因數(shù)影響超濾膜的滲透性能：

l 首先，膜本身存在讓物質(zhì)通過膜的自然阻力；

l 其次，存在一層“凝膠”層，這層凝膠層所產(chǎn)生的阻力隨著操作條件（壓力、流速、濃度等）的不同而變化 。這層凝膠層是由不通過超濾膜的物質(zhì)在超濾膜的表面所生成的；

l 最后，在運行一段時間后，在膜的表面和凝膠層之間會形成一層“中毒層”。這層中毒層是由聚集的贓物、涂料固體和其它污染物質(zhì)所形成，它們既不能滲透通過膜，又不回到原來的溶液中，慢慢就形成這層中毒層。為了使系統(tǒng)保持合適的運行條件，必須定期使用化學(xué)方法清洗掉中毒層。

電泳槽的固體粒子對超濾器的性能有影響。電泳液的固體含量越高，溶液的滲透速度越慢。涂料的固體粒子具有形成降低超濾器產(chǎn)生超濾液的中毒層的傾向。要按照涂料制造商的說明的電泳液的使用范圍來使用超濾器，找出能讓它正常運行的最低的涂料固體的含量范圍。

超濾膜的結(jié)構(gòu)類型

在電泳工藝中常用的有四種結(jié)構(gòu)的超濾膜：

管式超濾膜（連續(xù)式或平行式）；

空心纖維超濾膜；

螺旋型膜；

平板型和框架型膜。

管式膜

管式膜由封閉在PVC管中的一根管膜或幾根連續(xù)管膜或平行管膜構(gòu)成。涂料溶液流過超濾管的流速約12英尺/秒。超濾滲透通過的溶液收集在膜和管壁之間的空隙中，然后由接口處流出。被濃縮的溶液通過超濾管再流回電泳槽。

這是原先的超濾器的設(shè)計，由于產(chǎn)生滲透作用的總表面積與管徑有關(guān)，為了得到較大量的滲透量，就必須使用許多超濾管，這些超濾管排列成連續(xù)管或平行管。

這些管子可以使用化學(xué)法或機械法清洗。作機械清洗時，放入與管徑一致的海綿球，然后用泵將它通過超濾管，它就可以擦去管中沉積的涂料。

目前，在電泳系統(tǒng)中已很少使用單管的超濾器。隨著技術(shù)的進步，單管系統(tǒng)也隨著發(fā)展，以增加可以利用的膜表面積。在一根超濾管中置入5根或7根小管使膜的表面積增加，這樣就可以增加單管的通量率。在電泳系統(tǒng)中使用的典型的超濾管中一般有7根小管。

空心纖維膜有許多孔徑為20－45密爾的桶形小管，小管的內(nèi)壁是膜，管的外壁是超濾膜的結(jié)構(gòu)材料。溶液從桶中流過時通過桶壁滲透出去，經(jīng)過收集后泵送到超濾液的儲槽或水洗系統(tǒng)中去。被濃縮的電泳液回到電泳槽中去。

圖4－18， 空心纖維超濾桶

在螺旋纏繞型超濾器的結(jié)構(gòu)中，平的超濾膜折疊在一塊多孔板上，將膜的二邊粘合，使它成為口袋狀，而讓多孔材料在袋的開口處突出。然后將多孔材料、整個超濾袋和隔離材料繞在穿孔管上，整個裝置用玻璃纖維包裹（圖4－19）。油漆涂料泵送入裝置的一端，流向隔離層的空隙中，滲透通過膜的超濾液由多孔板收集后以螺旋型的路徑流向穿孔管，然后泵送到超濾液的儲槽或水洗系統(tǒng)中去。

由于螺旋纏繞型超濾器不需改變泵的大小而能產(chǎn)生更多的超濾液，所以它正在得到越來越普遍的使用。

圖4－19， 螺旋纏繞型超濾器

平板型和框架型的電泳液超濾器的結(jié)構(gòu)是由一組復(fù)有超濾膜的平板和框架所組成（圖4－20）。粉末涂料溶液就在這些平板的外面循環(huán)，而溶液滲透過超濾膜后進入多孔板，然后由控制管線收集。平板之間的液體最后通向所要求去的地方：超濾液儲槽或末道水洗步驟。

最常用的超濾膜是管型的。由于一根十英尺長截面流量為35加侖/分的管膜只能產(chǎn)生0.06加侖/分的超濾液，為了有效地利用好泵的能力，所以經(jīng)常采用將超濾管連接起來。將四根、六根或八根管子連接在一起稱為一組。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和所需要的超濾液的多少來選擇所需要的超濾器的大小和組數(shù)。

正確地選擇流經(jīng)超濾器的流速將有助于減少邊界層和在超濾膜表面可能會生成的凝膠層。如果這些邊界層和凝膠層太厚，就會降低超濾液的流量。但如果流經(jīng)超濾器的溶液的流速適當，它就有助于將超濾膜表面會生成邊界層和凝膠層的物質(zhì)掃除下來，讓它們回到涂料溶液中去。

與流速相同重要的是所需要的壓力，超濾器的制造商會提供這個壓力參數(shù)。參數(shù)中有最大的入口壓力和指定的出口壓力，通常把它稱為壓力降或rP。由安裝在入口和出口處的壓力表來指示這個重要的參數(shù)。

超濾器的容量

根據(jù)超濾器中超濾膜的面積或它所處理的溶液的數(shù)量來說明超濾器的容量。按照經(jīng)驗來選擇的安全方法是在70％的設(shè)計通量率時要有3加侖/分的流量。但仍然要小心，因為正常的超濾膜的運行通量率是指超濾膜已運行一星期后的通量率。由于尚未同涂料溶液接觸，新的超濾管的通量率一般都較高。在經(jīng)過使用后，它的通量率會降低。新的超濾膜的通量率被稱為“水通量率”，這是指水通過膜的通量。

超濾膜

超濾膜是由多孔材料所制造，它的孔徑范圍在10－200A°。這種孔徑的膜就能作固液分離。

圖4－21，超濾膜的放大圖

應(yīng)對超濾系統(tǒng)是否工作正常作經(jīng)常性檢查。肉眼就可對超濾液是否在正常滲出作檢查，流量計能表示出超濾溶液的產(chǎn)生的量。超濾液是無色到淡黃色的清澈的溶液。

下列因素能引起超濾裝置的工作不正常：

* 超濾膜性能不佳

* 超濾膜磨損

* 超濾膜變薄

* 系統(tǒng)上壓力過高

當將超濾裝置聯(lián)入系統(tǒng)中工作時，必須小心防止不要讓超濾膜經(jīng)受太高的壓力。

如果電泳槽液經(jīng)過超濾后的顏色不變，這就表明超濾液中有涂料固體，這可能表示超濾膜已被損壞。此時就必須更換新膜，如果超濾液中存在涂料粒子，這將使水洗工序的效果變差。

預(yù)過濾

在空心纖維和螺旋型超濾系統(tǒng)中需要預(yù)過濾，對其它超濾系統(tǒng)都加上預(yù)過濾是一個很好的想法，由于超濾膜上的孔徑只有10－200A°。溶液中的臟物會造成孔的堵塞而需要作化學(xué)清洗，使用了10－25微米孔徑的預(yù)過濾后就可先將這些臟物除去，使超濾器的清洗周期加長。用超濾液或去離子水作反滲透也能延長清洗周期的時間。

維護

超濾系統(tǒng)需要作維護，由于超濾膜會堵塞，這種堵塞發(fā)生在邊界層，堵塞物為涂料固體和磷酸鹽類。這種堵塞常在泵的流量和壓力較低時發(fā)生。

清洗

在運行一段時間后超濾膜就會變臟，此時就需要作清洗，超濾裝置的制造商會提供它們的設(shè)備的清洗程序，并建議作清洗的周期。

基本的清洗混合物由下列成份組成：

* 去離子水

* 表面活性劑

* 酸

* 溶劑

超濾膜的供應(yīng)商會指定它們所供應(yīng)的膜的清洗劑混合物。

在清洗時，將清洗劑在一定溫度下在超濾裝置中循環(huán)一定時間。如果溫度太高，就會使超濾膜損壞，降低流速和使用壽命。

對于堵塞嚴重的超濾膜的清洗，如果經(jīng)銷商有建議，則可以使用較強的化學(xué)清洗溶液。每一種膜都有自己專門的清洗劑，并且對于每種膜都有一般清洗和嚴重堵塞二種清洗配方。如前所述，有些管式超濾器可以用機械方法使用海綿球進行清洗。

反相流動

一些超濾器系統(tǒng)能改變正在流經(jīng)超濾器的涂料槽液的流動方向。定期地改變流動方向就可以減少贓物層的積累。操作這類系統(tǒng)和所有其它的超濾系統(tǒng)都必須小心避免使用過大的壓力，以免使超濾膜損壞。