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1可行性研究报告项目名称：机械制造业环保清洗系统设计及工程应用一、研究目的、意义和必要性“科学发展观”、“可持续发展”已成为当今社会发展的主题词。中国清洗行业的发展壮大和清洗领域的不断拓展，给社会带来了越来越大的经济效益和社会效益。“强化环保清洗，实现节能减排”是清洗行业持续发展的目标和保障。对清洗行业的规范化，企业竞争能力的提高、业务范围的拓展和生存空间的扩大都具有重要意义。清洗给环境带来的危害来自如下几个方面：一是使用的药剂的危害,如酸洗时酸雾对大气的危害、难于生物降解的表面活性剂造成的泡沫污染、含磷化合物对土壤的破坏等;二是污垢本身的危害，如油污、化工残渣等对水质和土壤的危害;三是反应产物的危害，如清洗产生的氮氧化物气体、反应转化生成的含硫含氰有机物等。环保清洗既包括清洗过程不污染环境，又包括清洗过程对环境的治理。这就要求：清洗过程尽可能使用环保型化学药剂；尽可能避免易挥发药剂、难生物降解物质、有毒有害药剂的使用；清洗过程避免泄漏；清洗后废液以及剥离下来的固体污垢要进行严格处理。总之，要实现环保清洗必须科学设计清洗系统方案，注重清洗各个环节的工程实施。本项目拟研究机械制造业环保清洗系统设计及工程应用，包括环保型水基金属清洗剂的研究与开发、清洗工艺和设备及清洗方法的选择与优化、清洗废液的环保处理等。在清洗对象表面的污染、腐蚀、锈迹、变质、积垢等去除的同时，避免工业化学清洗对环境、安全、人体健康以及被清洗对象自身的危害和潜在威胁。目前，在工业清洗行业中清洗剂的研制、清洗的实施以及清洗废物的处理三个阶段都是由不同单位分开进行的，使得机械制造业在清洗工艺中难于实施环保效率最大化。特别是一些中、小企业并没有建设清洗废物环保处理系统，清洗废物直接排入环境中，给环境带来破坏。有些企业想同时完成环保清洗系统工程，但苦于找不到能同时解决环保清洗剂供应、环保清洗工艺及设备的选择、清洗废物环保处理工程设计与施工的单位。本项目根据国家环保的要求和发展趋势，建立机械制造业环保清洗系统工程，从环保清洗系统工程的三个阶段同时配套实施，使企业环保清洗一步到位。随着人们对清洗作业重要作用认识的不断深化和2提高，必将推动和加速清洗技术的发展，同时清洗技术的发展又将使机械产品的性能和可靠性提高到新水平，产生显著的经济效益和社会效益。二、研究目标本项目所属的江西省2011年度科技计划重点项目指南---科技支撑计划的工业领域：化工新材料及精细化工专题---精细化工产品开发---工业有机废水处理新技术及生产技术攻关类。项目竣工后可实现机械制造业环保清洗系统设计及工程推广应用50套/年，新增销售收入7250万元/年，年新增利润1081.50万元，年新增税金748.88万元。三、主要研究开发内容(1).开发环保型金属水基清洗剂：根据不同类型机械制造业金属器件，开发相适应的环保清洗剂。一是低酸度或低碱度水基清洗剂，如氨基磺酸、水溶性羧酸、琥珀酸、乙二胺四乙酸盐、柠檬酸盐、次氮基三乙酸等。二是绿色表面活性剂，如烷基葡萄糖酰胺、烷基多苷、脂肪酸甲酯磺酸钠、甲酯乙氧基化物、醇醚羧酸盐等。这些表面活性剂无毒无害、无刺激、使用效果好、易于处理、生物降解性好,可有效抑制水体COD和BOD增加，减少水体环境污染。三是环保清洗添加剂有绿色缓蚀剂、绿色助溶剂、绿色封闭剂、绿色抑雾剂等，其中最主要的是绿色缓蚀剂。绿色缓蚀剂包括两大部分：一部分是无毒无害的化工产品，另一部分是从天然产物当中提取的缓蚀剂。本公司自主研发的环保型金属水基清洗剂已经获得国家发明专利授权证书（ZL200819136337.X）。(2).清洗工艺和设备的研制及优化：采用物理清洗和化学清洗相结合的方法，以尽量减少化学药品的使用。如清洗剂-高压射流清洗、清洗剂-超声清洗、清洗剂-电磁脉冲清洗等。清洗工艺是根据被清洗对象的材质、清洗要求、结构特点、数量大小、清洗剂的性能、清洗设备工具的功能以及有关的清洗验收标准而制定的操作规程。工艺设计考虑如下几个问题：一是清洗剂可以连续使用，清洗过程中只需补充部分药剂则可提高清洗率；二是寻找环境污染小的代用品，如用醇、醚、羧酸盐代替烷基苯磺酸盐；三是能常温清洗就不用高温清洗，以减少设备腐蚀和药剂挥发；四是根据清洗对象圬垢情况不同，合理分配介质流速和清洗时间；五是考虑加药、加温或内压减小时药液体积膨胀，以防外泄而造成污染。本项目环保清洗系统工程所选用的清3洗设备主要是环保型超声波多功能清洗设备，通过超声波换能器转成高频机械振荡（即超声波）而传播到介质（即清洗液）中，超声波在清洗液中的辐射，使液体震动而产生的数以万计的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区产生、生长，而在正压区迅速闭合，在这种被称为空化效应的过程中，微小气泡闭合时间可产生超过1000个大气压的时间高压。连续不断产生的瞬间高压，就像一连串小爆炸一样不断冲击物件表面，使物体表面及缝隙的污垢迅速剥落，从而达到清洗物体的目的。可以用于清洗各种形状、各种规格大小的物件，特别适合于几何形状复杂的物体。清洗效率高、效果好，能批量处理被清洗物且不会损坏被清洗物，安全可靠，节能减排。图1超声波清洗原理示意图(3).化学清洗废液处理：化学清洗废液处理是机械制造业环保清洗系统工程能否实现环保清洗的关键技术，也是最重要一关。由于化学清洗废液成分相差很大,有酸、碱、表面活性剂、缓蚀剂、悬浮物、金属离子等，根据不同的废液选择相应处理方法，如破乳分离、热解处理、微生物分解、沉降、吸附、氧化还原、中和等。有些酸、碱废液则要根据具体情况进行相应的研究处理。本项目针对机械制造业环保清洗系统工程而论，在节能减排与科学发展中，转变经济增长方式，加快企业技术创新，力促资源节约与环境友好。该项目通过科学设计环保清洗系统工程，自主开发环保型金属水基清洗剂、优化清洗工艺、严格把好清洗废液处理关等进行研究，在清洗过程中减少污水、易挥发污染物等排放；避免对被清洗物损坏及副产品所造成的污染物排放，强化环保清洗工程设计，实现节能减排。4四、项目创新点及拟解决的关键技术问题1.环保金属水基清洗剂在研制、生产、供应市场和实际使用的过程中，根据用户的需求和清洗效果进行不断的改进。该环保金属水基清洗剂已经获得国家发明专利授权证书（ZL200819136337.X），具有清洗效率高、去污力强、安全性能好、不污染环境、降低能耗、清洗成本低、清洗过程对被清洗工件无损伤、不腐蚀等优点。2.环保型超声波多功能清洗设备的创新性为：1）、超声换能器结构的技术创新在锥体喇叭形状结构的换能器设计的基础上进行技术创新，为了适应机械制造业的清洗工艺以及工艺参数的要求，提高声频辐射效率，展宽频带，研制一种半穿孔结构的宽频超声清洗换能器。2）、超声换能器在清洗槽中分布的技术创新由于换能器结构的改进，提高声频辐射效率，展宽频带，节省了输入换能器的电功率，由一般产品每平方厘米3～4瓦，降低到每平方厘米1.5瓦。既达到了节能效果，又减少了空化腐蚀，延长设备的使用寿命，提高了清洗效率，更为用户降低了生产成本。在工业环保化学清洗的推广普及过程中，起到桥梁和纽带的作用。3.清洗废液处理是该项目能否实现环保清洗的关键技术。由于化学清洗废液成分相差很大,有酸、碱、表面活性剂、缓蚀剂、悬浮物、金属离子等，根据不同的废液选择相应处理方法，如破乳分离、热解处理、微生物分解、沉降、吸附、氧化还原、中和等。该项目通过科学设计环保清洗系统工程，自主开发环保型金属水基清洗剂、优化清洗工艺、严格把好清洗废液处理关，在清洗过程中减少污水、易挥发污染物的排放，避免对被清洗物的损坏及副产品所造成的污染物排放，实现节能减排。五、研究方法和工艺技术路线(1).环保清洗系统的清洗机理本项目机械制造业环保清洗系统工程采用环保金属水基清洗剂，清洗过程是利用表面活性剂能够降低液体的表面张力，产生定向吸附、润湿、乳化、分散、增溶等综合作用，再借助清洗时的加热、喷淋、超声波的方式使得油污尽快脱离工件表面，分散到清洗液中，达到消除污垢的目的。5(2).环保清洗系统清洗废液的处理方法由于本项目采用的环保型金属水基清洗剂是自主研发的发明专利产品，ph值为8，因而在废液处理过程中可省去中和步骤。只要进行以下处理即可。主要是油分的处理：废液中的油分主要以乳化油状存在，这种油分散的粒径很小，不易从废液中去除，通常采用破乳—油水分离—水质净化的方法。ａ.破乳：破乳主要用投加药剂的办法破坏废液中乳化胶体溶液的稳定性，使其凝聚。常用的药剂有氯化钙、氯化钠、氯化镁等。为了使油珠和其他悬浮物尽快分离，并生成微小的凝絮，还需要投加混凝剂或助凝剂。常用的混凝剂或助凝剂有：硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁、活性硅酸、聚丙烯酸胺等。ｂ.油水分离：通过破乳、凝聚处理，油珠和杂质生成絮凝。然后通过物理的方法使油水分层，油泥刮出，达到油水分离的效果。油水分离的方法有：自然浮上、加压浮上、电解浮上、凝聚沉淀和粗粒化等。ｃ.水质净化：通过破乳、油水分离后，水中的油分、有机物、COD都大大降低，但水中还存在着微量的油和一些水溶性表面活性剂，可通过吸附、过滤除去。常用的吸附、过滤材料有活性碳、焦炭、砂、聚丙烯纤维、丙烯腈等。药剂破乳—电解气浮—活性炭吸附油分治理装置工艺流程图清洗废液放油刮油排渣通过以上治理的废液可达到含油量小于10mmg/L，COD降到100mmg/L以下的效果，符合国家综合污水排放的一级标准。(3).环保清洗系统工程设计流程反应槽贮槽电解槽活性炭过滤器砂过滤器气浮槽出水6清洗对象→环保型金属水基清洗剂的研究与开发→清洗设备的研制及工艺优化→废液处理技术攻关→环保清洗系统工程评估。图2机械制造业环保清洗系统工程设计规划图(4).技术指标ａ.环保型金属水基清洗剂清洗污垢的速度快,溶垢彻底;对金属无腐蚀;对环境污染,所排放废物符合国家相关法规的要求;清洗条件温和;清洗后表面保持光洁,长时间暴露于空气中不会生锈;不产生影响清洗过程及现场卫生的泡沫和异味等技术要求。各项技术指标都优于中国机械行业标准（JB/T4323.1-1999水基金属清洗剂），检测数据如下：环保型金属水基清洗剂与机械行业标准（JB/T4323.1-1999水基金属清洗剂）对比表：检测项目机械行业标准（JB/T4323.1-1999）本项目检测结果外观均匀，不分层，无沉淀均匀，不分层，无沉淀水不溶物≤0.1%0.08%PH值（15～35℃）7.0～11.08净洗力（65～30±2℃）≥98%99.8%7泡沫性能（30±2℃）≤5ｍｍ4.5ｍｍ防锈性（35±2℃，24ｈ）45＃钢和LY12硬铝，0级45＃钢和LY12硬铝，0级漂洗性能（65～30±2℃）无可见净洗剂残留物无可见净洗剂残留物高温稳定性（60±2℃，6ｈ）均匀，不分层，无析出物和絮状物均匀，不分层，无析出物和絮状物低温稳定性（-18±3℃，1ｈ）均匀，不分层，无析出物和絮状物均匀，不分层，无析出物和絮状物腐蚀性（70～40±2℃，4ｈ）45＃钢和LY12硬铝，0级，腐蚀量≤±2㎎45＃钢和LY12硬铝，0级，腐蚀量≤1㎎ｂ.清洗工程符合国家环保清洗要求，以国家污水综合排放标准---GB8978-1996为依据，检测废液pH、化学耗氧量、生化耗氧量、重金属离子含量、石油类含量、不溶物含量、氟化物含量、硫化物含量、苯胺类含量等。强化环保清洗系统工程设计，实现节能减排，污水排放超过国家污水综合排放标准---GB8978-1996一级标准以上。本项目污水排放与国家污水综合排放标准---GB8978-1996对比如下：污染物名称一级标准（GB8978-1996）本项目检测结果pH值6～9色度(稀释倍数)50悬浮物70生化需氧量(BOD5)30化学耗氧量(CODcr)100石油类10硫化物1.0氟化物10磷酸盐(以P计)0.5苯胺类1.0硝基苯类2.0阴离子合成洗涤剂(LAS)5.0铜0.58锌2.0锰2.0(5).可行性分析ａ．项目的技术现状中国清洗行业的发展壮大和清洗领域的不断拓展，给社会带来了越来越大的经济效益和社会效益。但是工业清洗，尤其是机械