KR101561244B1 - Treatment system of metalworking fluid and cleansing solution - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속가공유 및 세척액 처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오염된 상태의 세척액(semi-synthetic,synthetic type 절삭유)를 리사이클하여 세척액 및 폐유를 분리정제하여 재사용할 수 있도록 연속적 또는 단속적으로 공급된 세척제를 포함한 세척액을 공급받아 가공된 금속제품을 세척하는 세척조의 사용 금속가공유 및 세척액을 처리하여 리사이클하는 금속가공유 및 세척액 처리시스템에 있어서, 상기 금속제품이 세척되어 금속가공유 및 미세 금속칩이 포함된 세척조의 세척액을 펌핑하며 미세 금속칩을 제거하도록 형성된 전처리여과기와,; 상기 전처리여과기에서 여과된 세척액 및 금속가공유에 10-20 미크론 내외의 오일입자를 합체해서 타유를 제거한 세척액 일부를 상기 세척조로 리턴시키는 유수분리조와,; 상기 유수분리조를 통과하고 세척조로 리턴되지 못한 나머지 세척액 및 미셀형태의 유화된 금속가공유의 혼합액을 저장하여 농축하고 금속가공유가 소정의 농도에 도달하면 배출하는 농축조와,; 상기 농축조에 저장된 혼합액을 순환시키며 유화된 금속가공유 및 입자들을 거르고 세척제 성분을 포함한 세척액은 통과, 분리하여 세척조로 리턴시키는 멤브레인 필터 및; 상기 유수분리조 및 농축조의 어느 하나 이상에 설치되어 액체를 50 내지 80℃ 범위로 가열하는 히터를 포함한 것을 특징으로 하는 금속가공유 및 세척액 처리시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
금속가공 후의 기계장치나 기계부품, 인쇄 후의 전자회로기판, 철강 제조공정중 냉간압연 강판 등(이하 '가공품'이라 함)의 표면에는 각종 절삭유, 소성가공유, 그리이스, 방청유, 압연유, 윤활유와 같은 각종 금속가공유 및 이들이 변성된 유지상 물질, 산화 스케일 및 압연 등의 과정에서 발생한 금속칩, 먼지, 때 등의 불순물들이 상당량 부착되어 있다. 이러한 각종 공업적 가공품의 표면 불순물은 이후의 도금공정, 도장공정, 표면 처리공정, 조립공정전공정 등의 효율을 저하시키기 때문에 이를 사전에 세척 및 제거할 필요가 있다. 종래 가공품의 표면세척을 위하여 CFC(프레온)계 세척제나 메틸렌 클로라이드, PCE, TCE와 같은 염소계 세척제가 사용된 적이 있으나, 이들 세척제가 오존층의 파괴, 안전보건의 위협 등 환경파괴의 원인이 되기 때문에 비교적 환경친화적인 수용성 세척제가 개발되어 이들 세척제 대신 사용되고 있다. 수용성 세척액는 5-10% 농도의 알칼리 또는 비누 성분을 기본소재로 하는 수용액으로서 가공품 표면의 각종 오염물질을 효율적으로 제거하는 것으로 알려져 있는데, 수용성 세척액에는 필수적으로 각종 오일류를 수상(水相)에 유화시키기 위한 계면활성제, 고형입자를 수상에 분산시키기 위한 분산제, 습윤제 기타 첨가물질이 포함된다.Various kinds of cutting oil, sintering oil, grease, anti-rust oil, rolling oil, lubricating oil etc. are applied to the surface of the mechanical device or machine parts after metal processing, electronic circuit board after printing, cold rolled steel sheet during steel manufacturing process A considerable amount of impurities such as metal chips, dust, and the like generated during the process of metal scavenging and remanufactured fat-and-oil materials, oxidation scale, and rolling are adhered. The surface impurities of these various industrial finished products are required to be cleaned and removed beforehand because the efficiency of the plating process, the coating process, the surface treatment process, and the electrostatic process of the assembly process is lowered. CFC (chlorofluorocarbon) cleaners and chlorine cleaners such as methylene chloride, PCE and TCE have been used to clean the surfaces of conventional products. However, since these cleaners cause environmental damage such as destruction of the ozone layer and threat of safety and health, Environmentally friendly water-soluble cleaning agents have been developed and used instead of these cleaning agents. A water-soluble washing solution is an aqueous solution containing an alkali or a soap component at a concentration of 5-10%, and is known to efficiently remove various contaminants on the surface of a workpiece. Essentially, various water-soluble washing agents are emulsified in water phase Surfactants for dispersing solid particles, dispersing agents for dispersing solid particles in water, wetting agents and other additives.
수용성 세척액의 반복사용에 따라 수용액 내에는 가공품으로부터 분리된 각종 금속가공유, 금속칩 등의 함량이 증가하게 되고 이들을 유화 또는 분산시키기 위해서 계면활성제 및 분산제를 세척제에 추가하게 된다. 세척제 내의 계면활성제 및 분산제, 이들과 결합한 오염물질의 양이 어느 정도 증가하면 오일막이 세척제 표면에 형성되고 금속칩과 같은 입자는 세척조의 바닥으로 침전하게 된다. 이러한 상태에 이르면 수용성 세척액를 폐기하고 새로운 세척제로 교체한다. 그러나 이 상태의 세척제에는 아직도 상당한 정도의 세척력이 남아있기 때문에 이를 그대로 폐기하는 것은 자원과 비용의 낭비가 된다. 나아가 각종 계면활성제, 분산제 기타 첨가제가 포함된 수용성 세척액를 폐기시 통상의 수처리 시스템을 적용하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 폐 세척제의 양을 최대한 감소시키거나, 폐 세척제가 전혀 발생되지 않도록하는 재이용 방법이 제안된 바 있다(미국특허 제5,409,613호).Depending on the repeated use of the aqueous washing solution, various metals separated from the processed product are contained in the aqueous solution, and the content of the metal chips and the like increases, and the surfactant and the dispersant are added to the cleaning agent to emulsify or disperse them. When the amount of the surfactant and dispersant in the cleaning agent and the amount of contaminants associated with them is increased to some extent, the oil film is formed on the surface of the cleaning agent and particles such as metal chips are deposited on the bottom of the washing tank. When this happens, discard the aqueous wash and replace with a new cleaner. However, since the detergent in this state still has a considerable amount of cleaning power, it is a waste of resources and costs. Furthermore, when disposing a water-soluble washing solution containing various surfactants, dispersants and other additives, it is difficult to apply a conventional water treatment system. Therefore, a recycling method has been proposed (U.S. Patent No. 5,409,613) in which the amount of the waste cleaner is minimized or the waste cleaner is not generated at all.
상기 미국특허 발명은, 적절하게 선택된 세공크기를 갖는 멤브레인 (membrane)에 의해 세척제 성분은 수용성 세척액내에 유지되면서 유화된 각종 금속가공유 및 분산된 각종 입자들만을 제거되도록 하여 수용성 세척액를 반복적으로 사용할 수 있게 하는 미세여과법(microfiltration)을 적용하고 있다. 이러한 방식으로 재이용 사이클이 진행되면 농축조내의 오염물질(금속가공유 에멀젼, 분산입자 등)의 농도가 증가한다. 유화제의 유화능력 이상으로 축적된 오일, 그리스 등 금속가공유 등은 농축조 표면으로 부상하게 되고(즉, 부상오일의 발생), 분산제의 분산능력 이상으로 축적된 고형입자들은 농축조의 바닥으로 침전하게 된다. 따라서 농축조 표면으로부터 계속적 또는 주기적으로 부상오일을 분리하고, 주기적으로 농축조 바닥의 침전물을 제거한다. 상기 미국특허 발명에 의해 종래 회분식 수용성 세척제의 이용방법보다 효율적인 세척제 이용 시스템이 가능하였다. 그러나 상기 발명의 경우 멤브레인의 표면에 각종 슬러지, 금속입자, 금속비누, 부상오일(입자크기가 대략 50-150㎛인 오일), 물리적으로 유화된 오일(계면활성제에 의해 화학적으로 유화된 것이 아니라 각종 오일이 물리적으로 잘게 파편화되어 수용액내에 마치 콜로이드처럼 행동하는 약 10-30㎛ 크기의 미세 오일입자)에 의한 막이 형성되어 멤브레인을 오염시켜 멤브레인의 분리능력을 저하시키는 파울링(fouling) 현상이 초래된다. 이러한 파울링을 제거하기 위해 상기 발명은 멤브레인을 주기적으로 역세(逆洗; backwash)하는 방식을 채택하고 있지만, 원활한 멤브레인의 분리능력을 유지하기 위해서는 역세의 주기가 짧아 멤브레인의 분리효율이 낮을 뿐 아니라, 반복적인 역세에 의해 멤브레인 조직이 손상되는 문제점이 부각된다. 또한 상기 미국 특허발명은 타유제거기에 의해 분류된 세척액을 별도로 시설된 유수분리기(타유기)에 의해 부상오일(타유)를 분리하기 때문에 장치의 전체 부피가 증가하는 문제점이 있다. The US patent is based on the fact that by means of a membrane having a properly selected pore size, the detergent component is retained in the aqueous wash liquor and only the various covalent and dispersed particles of the various emulsified metals are removed thereby enabling the aqueous wash liquor to be used repeatedly Microfiltration is applied. In this way, as the reuse cycle progresses, the concentration of contaminants (metal-enriched emulsions, dispersed particles, etc.) in the concentration tank increases. The solid particles accumulated above the dispersing ability of the dispersing agent precipitate to the bottom of the thickener, such as oil, grease, etc., accumulated above the emulsifying ability of the emulsifier, float on the surface of the thickener (i.e., the generation of floating oil). Therefore, the float oil is continuously or cyclically separated from the thickener surface and periodically removes sediment from the bottom of the tank. The U.S. patent application has made it possible to use a more efficient detergent system than the conventional method of using the batch water-soluble detergent. However, in the case of the above-mentioned invention, various kinds of sludge, metal particles, metal soap, floating oil (oil having particle size of about 50-150 mu m), physically emulsified oil (not chemically emulsified by surfactant, The oil is physically finely fragmented to form a film of fine oil particles having a size of about 10-30 탆 which acts as a colloid in the aqueous solution) to contaminate the membrane, thereby causing a fouling phenomenon which deteriorates the separating ability of the membrane . In order to remove such fouling, the present invention adopts a method of periodically backwashing the membrane. However, in order to maintain the ability of separating the membrane smoothly, the backwashing cycle is short and the separation efficiency of the membrane is low , And the membrane structure is damaged due to repetitive backwashing. In addition, the US patent invention has a problem in that the total volume of the apparatus is increased because the washing liquid classified by the tangled oil separator is separated from the floating oil (tare oil) by a separate oil separator (other organic).
한편, 상기 특허발명의 단점을 개선한 것으로 본 발명자는 사전에 오염된 세척액, 폐수용성 오일 등에 포함된 각종 금속입자, 금속비누, 가공유 등이 효과적으로 제거하는 방법 및 장치에 관한 출원을 하여 특허를 득한 바 있다(특허등록 제327166호). 또한, 본 발명자는 미생물 발생에 의한 세척조 오염 및 이로 인한 악취발생 그리고 세척제 농도의 감소를 방지하는 오존주입공정 제공하여 박테리아나 곰팡이와 같은 세균으로 오염되는 멤브레인 필터를 주기적으로 세척해야 하는 불편함을 해소하고, 오염되지 않은 멤브레인 필터를 사용함으로 안정적인 투과수량을 확보하고 멤브레인 필터에서 배출되는 세척액의 pH를 측정하고, 상기 측정된 pH수치를 전기적인 신호로 변환하여 세척제 투입조절밸브의 제어신호로 입력하는 제어신호 입력공정을 제공하여 세척제 투입을 효율적으로 개선하고, 세척조의 pH 농도를 일정하게 조절할 수 있는 절삭유 및 세척액 재이용 방법 및 그 장치를 출원한 바 있다(대한민국 공개특허 특2002-0070186). 다만, 전처리 과정에서 타유의 분리효율이 낮은 문제점이 있었다.On the other hand, the inventor of the present invention has made improvements to the disadvantages of the patented invention, and has filed a patent application relating to a method and an apparatus for effectively removing various metal particles, metal soap, and processing oil contained in contaminated washing liquid, (Patent Registration No. 327166). Further, the present inventor has provided an ozone injection process for preventing the contamination of the washing tub by the generation of microorganisms and the odor generation and the deterioration of the cleaning agent concentration, thereby eliminating the inconvenience of periodically washing the membrane filter contaminated with bacteria such as bacteria or fungi A stable permeation rate is ensured by using a non-contaminated membrane filter, the pH of the washing liquid discharged from the membrane filter is measured, and the measured pH value is converted into an electrical signal and input as a control signal of the detergent input control valve A control signal input process is provided to efficiently improve the input of the detergent and to adjust the pH concentration of the washing tank to a constant level (Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0070186). However, there is a problem that the separation efficiency of other oils is low during the pretreatment.
따라서, 본 출원인은 상기 문제를 해결하기 위하여, 세균을 살균할 수 있는 오존을 생성하는 오존발생장치와 상기 오존발생장치에서 생성된 오존이 세척조로 흐를 수 있는 오존관로를 포함한 오존주입장치와; 가공된 금속제품을 세척하기 위한 세척액이 채워진 세척조와; 상기 금속제품이 세척되어 금속가공유 및 미세 금속칩이 포함된 세척조의 세척액으로부터 상기 미세 금속칩을 제거하도록 형성된 전처리여과기와; 상기 전처리여과기에서 여과된 세척액 및 금속가공유에 10-20 미크론 내외의 오일입자를 합체해서 타유를 제거하는 박막형 타유분리기와; 상기 박막형 타유분리기를 통과한 세척액 및 미셀형태의 유화된 금속가공유의 혼합액을 저장하는 농축조와; 상기 농축조에 저장된 혼합액에 침지되어 유화된 금속가공유 및 입자들을 거르고 상기 세척제 성분은 수용성 세척액 내에 유지되면서 통과, 분리할 수 있는 멤브레인 필터를 포함하는 금속가공유 및 세척액 처리장치를 발명하여 특허(대한민국 특허 제603855호)를 받은 바 있다. 도 1은 상기 특허 제603885호의 금속가공유 및 세척액 처리장치의 개략적 구성도이다. Accordingly, the applicant of the present invention has proposed an ozone injection apparatus including an ozone generator for generating ozone capable of sterilizing bacteria and an ozone duct for allowing ozone generated in the ozone generator to flow into the washing tank; A washing tank filled with a washing solution for washing the processed metal product; A pretreatment filter configured to clean the metal product to remove the fine metal chips from the cleaning solution of the cleaning tank containing the metal and the fine metal chips; A thin film type oil separator which combines oil particles of about 10 to 20 microns into the cleaning solution and the metal covalage filtered in the pretreatment filter to remove the tug; A thickener for storing a mixture of the washing liquid and the micellar emulsified metal powder that has passed through the thin film type tall oil separator; And a membrane filter which is immersed in the mixed solution stored in the thickener to emulsify the metal covalent and particles and the detergent component can be passed through and separated in the aqueous washing solution. 603855). FIG. 1 is a schematic block diagram of the apparatus for treating and suspending metals in accordance with the aforementioned Japanese Patent No. 603885.
그러나, 상기 문헌에 개시된 발명 역시 오존의 사용으로 인한 근로자의 건강 위협요인이 있고, 멤브레인 필터 내부의 느린 유속으로 인해 분리 효율성이 예상보다 높지 않고, 종래의 기술과 대비시 개선이 되기는 했지만 멤브레인 필터의 세척 및 교환주기가 여전히 2주 내지 8주 정도이어서 운영 및 보수유지에 비교적 많은 시간과 인력의 투입을 필요로 하여 현장에서 사용을 기피하는 일이 발생하기도 하였다.However, the invention disclosed in the above document also poses a health threat to workers due to the use of ozone, and the separation efficiency is not higher than expected due to the slow flow rate inside the membrane filter, The cleaning and replacement cycle is still about 2 to 8 weeks, so that it takes a relatively long time and manpower to be put into operation and maintenance, thereby avoiding the use in the field.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 세척조로 유입되는 타유, 칩, 미생물 등 오염물을 효과적으로 제거하고 혼입되는 수용성 에멀젼오일을 분리하여 재사용하는 공정시스템 개발을 위하여 기존의 전처리 공정에서 문제되었던 오존의 사용과 필터류의 잦은 교환에 따른 불편과 유지관리 비용의 경제성을 고려하여 미생물 번식을 억제하고 타유분리조의 청소주기를 연장할 수 있으며, 미생물 살균과 악취제거를 고효율로 달성할 수 있으며 멤브레인 필터에 흐르는 유량을 증가시킨 금속가공유 및 세척액 처리시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a process system for effectively removing contaminants such as tallow, chips, and microbes introduced into a washing tank and separating and reusing the water-soluble emulsion oil to be mixed therewith, In consideration of the inconvenience caused by frequent use and exchange of filters and the economical efficiency of the maintenance cost, it is possible to suppress the microbial propagation and to extend the cleaning period of the other oil separation tanks, to achieve the high efficiency of microbial sterilization and deodorization, Thereby increasing the flow rate of the metal.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 연속적 또는 단속적으로 공급된 세척제를 포함한 세척액을 공급받아 가공된 금속제품을 세척하는 세척조의 사용 금속가공유 및 세척액을 처리하여 리사이클하는 금속가공유 및 세척액 처리시스템에 있어서, 상기 금속제품이 세척되어 금속가공유 및 미세 금속칩이 포함된 세척조의 세척액을 펌핑하며 미세 금속칩을 제거하도록 형성된 전처리여과기와,; 상기 전처리여과기에서 여과된 세척액 및 금속가공유에 10-20 미크론 내외의 오일입자를 합체해서 타유를 제거한 세척액 일부를 상기 세척조로 리턴시키는 유수분리조와,; 상기 유수분리조를 통과하고 세척조로 리턴되지 못한 나머지 세척액 및 미셀형태의 유화된 금속가공유의 혼합액을 저장하여 농축하고 금속가공유가 소정의 농도에 도달하면 배출하는 농축조와,; 상기 농축조에 저장된 혼합액을 순환시키며 유화된 금속가공유 및 입자들을 거르고 세척제 성분을 포함한 세척액은 통과, 분리하여 세척조로 리턴시키는 멤브레인 필터 및; 상기 유수분리조 및 농축조의 어느 하나 이상에 설치되어 액체를 50 내지 80℃ 범위로 가열하는 히터를 포함한 것을 특징으로 하는 금속가공유 및 세척액 처리시스템을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a metal-polishing system for treating a metal product, which includes a cleaning agent supplied continuously or intermittently, A pretreatment filter configured to clean the metal product to pour a cleaning solution of a cleaning tank containing metal and a fine metal chip to remove the fine metal chip; A water separator for collecting the filtered washing solution and oil particles of about 10-20 microns into the pretreatment filter and returning a part of the washing solution to the washing tank; A condensing tank for storing and concentrating the mixed solution of the washing solution and the micelle-type emulsified metal that has not been returned to the washing tank after passing through the water washing tank, and discharging the mixed solution when the metal washing reaches a predetermined concentration; A membrane filter circulating the mixed solution stored in the thickening tank and filtering the covalent and particles of the emulsified metal and passing the washing solution containing the washing agent component through the washing tank and returning to the washing tank; And a heater for heating the liquid to a temperature ranging from 50 to 80 DEG C, wherein the heater is installed at any one or more of the oil-water separation tank and the thickening tank.
또한, 본 발명은 상기 농축조에서의 혼합액의 배출이 혼합액 중 금속가공유 농도가 25 내지 40% 범위일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 금속가공유 및 세척액 처리시스템을 제공한다.Also, the present invention provides a metal-sharing and washing solution processing system, wherein the discharge of the mixed solution in the concentration tank is performed when the metal-sharing concentration of the mixed solution is in the range of 25 to 40%.
또한, 본 발명은 상기 유수분리조가 상대적으로 비중이 작은 유분을 배출할 수 있는 상부 드레인과 상대적으로 비중이 큰 액체를 배출하는 하부 드레인을 구비한 액체사이클론을 포함한 제1분리조와 상기 액체 사이클론의 하부 드레인에서 배출된 액체 중 물과 유분을 분리할 수 있는 제2분리조가 직렬연결된 2중구조인 것을 특징으로 하는 금속가공유 및 세척액 처리시스템을 제공한다.Further, the present invention is characterized in that the above-described water separation trough includes a first separator including a liquid cyclone having an upper drain for discharging oil having a relatively small specific gravity and a lower drain for discharging a liquid having a relatively large specific gravity, And a second separation tank in which water and oil are separated from the liquid discharged from the drain, are connected in series.
또한, 본 발명은 상기 제2분리조 하부에 상기 금속가공유 및 세척액의 흐름과 역방향으로 압축공기를 연속적 또는 단속적으로 분사할 수 있는 산기관을 더 포함한 금속가공유 및 세척액 처리시스템을 제공한다. In addition, the present invention provides a metal sharer and cleaning solution treatment system further comprising an acid pipe under the second separation tank capable of continuously or intermittently injecting compressed air in a direction opposite to the flow of the metal sharer and the cleaning solution.
본 발명의 금속제품 가공유 및 세척액 처리시스템은 액체 사이클론 및/또는 히터를 이용하기 때문에 인체에 유해한 오존을 사용하지 않으면서도 살균이 가능하고 또한 유체의 점도를 낮출 수 있어 분리막을 이용한 정제의 효율을 높일 수 있어, 본 발명의 금속제품 가공유 및 세척액 처리시스템을 이용하여 가공유를 포함한 세척액을 처리하는 경우 알칼리 세척조로 유입되는 타유, 칩, 미생물 등 오염물을 효과적으로 제거하고 수용성 에멀젼 오일을 분리하여 재사용할 수 있도록 하여 분리막(membrane)의 오염을 최소화할 수 있고, 유지관리비용을 획기적으로 절감할 수 있다.Since the metal product processing oil and the washing liquid treatment system of the present invention uses a liquid cyclone and / or a heater, it is possible to sterilize the ozone without using harmful ozone to the human body and to lower the viscosity of the fluid, In case of using the metal product processing oil and the washing solution treatment system of the present invention, it is possible to effectively remove contaminants such as tallow, chips and microorganisms introduced into the alkali washing tank and to separate and reuse the water-soluble emulsion oil The contamination of the membrane can be minimized, and the maintenance cost can be drastically reduced.
도 1은 특허 제603885호의 금속가공유 및 세척액 처리장치의 일예를 도시한 시스템 구성도
도 2는 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템의 구조를 도시한 시스템 구성도
도 3은 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템의 구동을 설명하기 위한 흐름도
도 4는 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템의 일실시예에 있어서 농축조의 금속가공유 농도에 따른 멤브레인 필터의 유량을 측정한 그래프
도 5는 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템의 일실시예에 있어서 농축조에서 농축된 금속가공유를 48시간마다 배출하는 경우 멤브레인 필터의 시간별 유량을 측정한 그래프
도 6은 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템의 또 다른 실시예의 구조를 도시한 시스템 구성도FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of a metal-sharing and washing-liquid treating apparatus of Japanese Patent No. 603885
FIG. 2 is a system configuration diagram showing the structure of a metal-sharing and cleaning solution processing system according to the present invention.
3 is a flow chart for explaining the operation of the metal-sharing and cleaning solution processing system according to the present invention
FIG. 4 is a graph showing the flow rate of a membrane filter according to the concentration of metal in the concentration tank in the embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 5 is a graph showing the time-dependent flow rate of a membrane filter when the concentration of metal enriched in the concentrating tank is discharged every 48 hours in the embodiment of the metal-
6 is a system configuration diagram showing the structure of another embodiment of a metal-based sharing and cleaning solution processing system according to the present invention
이하에서는 본 발명의 바람직한 양태인 실시예를 통해 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 자세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 금속가공유 및 세척액 처리장치 및 흐름을 도시한 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)의 개략적 설명도이다. 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 세척액 처리시스템은 연속적 또는 단속적으로 공급된 세척제를 포함한 세척액을 공급받아 가공된 금속제품을 세척하는 세척조(10)의 세척액 및 금속가공유가 세척으로 인해 오염이 되었을 때 오염물질을 제거하고 타유를 분리배출하며, 금속가공유 및 세척액을 리사이클하여 자원절약 및 오염방지에 일조를 하고 가공원가를 낮출 수 있도록 한다. 전술한 바와 같이, 금속제품을 가공하게 되면 제품에는 금속칩과 절삭유, 냉각액 등이 표면에 묻어 있게 된다. 따라서, 상기 금속제품을 세척제를 포함한 세척액이 채워진 세척조(10)에 담그거나 세척액으로 샤워를 하는 등의 방법으로 세척을 하게 된다. 본 명세서에서 '세척조'의 표현은 가공된 금속제품을 그 안에 담가 세척을 하는 수조 또는 세척액으로 금속제품을 샤워하는 공간 및 세척한 세척액을 모은 수조 등을 의미한다. 또한, 상기 세척조(10)는 단일한 수조 형태로 존재할 수도 있지만, 통상 직접적으로 세척이 이루어지며 새로운 세척액 및 세제 등이 공급되는 크린탱크(세척조, 10)와 상기 크린탱크(10)에서 오염된 혼합액이 오버플로우 되어 저장되는 더티탱크(폐액 저장조, 80)의 자중구조로 될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 세척조(10)와 전처리여과기(20) 사이에 상기 금속제품이 세척되어 금속가공유 및 미세 금속칩이 포함된 세척조(10)의 세척액이 오버플로우되어 저장되는 폐액 저장조(80)를 더 포함한 시스템으로 예를 들었다. 세척과정에서 금속제품에 부착되어 있다 탈착된 금속가공유 및 금속칩이 포함된 세척액은 세척조(10)로부터 오버플로우되어 폐액 저장조(80)에 임시적으로 저장된다. FIG. 1 is a flow chart illustrating a conventional metal sharer and wash solution processing apparatus and flow, and FIG. 2 is a schematic illustration of a metal sharer and wash
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)은 금속제품이 세척되어 금속가공유 및 미세 금속칩이 포함된 세척조(10)의 세척액을 펌핑하며 미세 금속칩을 제거하도록 형성된 전처리여과기(20)와,; 상기 전처리여과기(20)에서 여과된 세척액 및 금속가공유에 10-20 미크론 내외의 오일입자를 합체해서 타유를 제거한 세척액을 상기 세척조(10)로 리턴시키는 유수분리조(30)와,; 상기 유수분리조(30)를 통과하고 세척조로 리턴되지 못한 세척액 및 미셀형태의 유화된 금속가공유의 혼합액을 저장하여 농축하고 금속가공유가 소정의 농도에 도달하면 배출하는 농축조(40)와,; 상기 농축조(40)에 저장된 혼합액을 순환시키며 유화된 금속가공유 및 입자들을 거르고 세척제 성분을 포함한 세척액은 통과, 분리하여 세척조(10)로 리턴시키는 멤브레인 필터(50) 및; 상기 유수분리조(30) 및 농축조(40)의 어느 하나 이상에 설치되어 액체를 50 내지 80℃ 범위로 가열하는 히터(90)를 포함한다. As can be seen in FIG. 2, the metal shunt and wash
상기 세척조(10) 또는 폐액 저장조(80)에 저장된 금속가공유 및 금속칩이 포함된 세척액은 전처리여과기(20)를 통과시켜 미세 금속칩 및 불순물을 제거하게 된다. 상기 전처리여과기(20)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 미세 금속칩 및 불순물을 제거할 수 있는 것이면 된다. 상기 전처리여과기(20)의 바람직한 형태로는 금속재질, 합성수지재 또는 종이재질의 스트레이너, 백필터, 롤 필터, 카트리지 필터, 판형필터 등을 들 수 있으며, 이러한 전처리 여과기(20)의 경우 필터에 걸리는 압력 등을 체크하여 필터를 교체할 수준에 달할 경우 경고 신호를 주어 전처리여과기(20)를 교체하도록 할 수 있다. The cleaning liquid containing the metal and stored in the
본 발명의 유수분리조(30)는 부상 오일성분과 세정액을 분리한다. 유수분리조(30)에서는 유입된 난처리성 폐수 또는 수용성 세척액에 포함되어 있는 부상오일 또는 물리적으로 유화된 오일등을 제거하여 세척액을 세척조(10)로 재순환시키며, 부상오일(타유) 또는 물리적으로 유화된 오일등을 제거한 후 농축조(40)로 유출시키도록 할 수 있다. 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)에 있어서 상기 유수분리조(30)는 공지의 유수분리조를 적용할 수도 있고, 상대적으로 비중이 작은 유분을 배출할 수 있는 상부 드레인(312)과 상대적으로 비중이 큰 액체를 배출하는 하부 드레인(311)을 구비한 액체사이클론(310)을 포함한 제1분리조(31)와 상기 액체 사이클론(310)에서 배출된 액체 중 물과 유분을 분리할 수 있는 제2분리조(32)가 직렬연결된 2중구조일 수 있다. 도 6은 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템의 또 다른 실시예의 구조를 도시한 시스템 구성도이다. 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)의 일실시예인 도 2와 같이 유수분리조(30)나 농축조(40)에 히터를 설치하는 경우 멤브레인 필터(50)의 유량을 증대시키고 세척액에 대한 살균작용을 통해 히터가 없는 종래의 금속가공유 및 세척액 처리시스템에 비해 유지관리가 크게 개선되기는 한다. 그러나, 일반적으로 사용되는 다공성 충진제 타입의 유수분리조는 그 자체로 바이오필름 리액터가 되어 부패를 촉진하고 세척제가 있더라도 장시간 사용시 충진제에 기름때가 끼어 공극이 폐색될 수 있어 주기적으로 세척을 하여야 한다. 따라서, 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)의 경우 2중 구조의 유수분리조(31, 32)에 액체사이클론(310)을 두어 상기 문제를 해결 할 수 있다. 상기 제1분리조(31)의 액체사이클론(310)은 상대적으로 세척액보다 가벼운 타유를 2차분리조(32)로 흘러들어가지 않고 상부드레인(311)을 통해 액체사이클론(310) 바깥으로 배출되도록 하고 또한 하부의 하부 드레인(312)을 통해 타유의 함량이 적은 세척액이 흐르도록 하여 제2분리조(32)의 오염을 최소화하여 미생물 성장 억제 및 세척주기 연장과 유량의 안정적 확보가 가능하도록 하였다. The water / oil separation tank (30) of the present invention separates the floating oil component and the cleaning liquid. The
상기 제2분리조(32)는 공지의 유수분리기, 전술한 바와 같은 격벽형 또는 박막형일 수 있으며 합체형, CPS 또는 EPS 타입 모두 적용가능하다. 본 발명의 실시예에 사용된 제2분리조(32)는 물리적으로 유화된 10 내지 30 미크론 크기의 오일 입자와 60 내지 120 미크론 크기의 부상오일 입자를 다공성 항균 충진제가 있는 조에서 달시의 법칙(Darcy's law)에 따라 금속 가공유와 오일입자의 투과계수의 차이로 인하여 속도 구배가 발생하며 그 차이는 50배에 이르며 앞에 가고 있는 오일 입자와 뒤에서 따라 오는 오일 입자와 합쳐져서 오일입자의 크기가 커지게 되며 이는 스토크 법칙(Stoke's law)에 따라 오일이 분리 부상되는 속도가 오일입자의 지름의 제곱 비례하기에 쉽게 분리 부상시킨다. 부상된 오일은 파이프 위어(미도시)에 의해 분리 제거된다. The
또한, 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)은 상기 제2분리조(32) 하부에 상기 금속가공유 및 세척액의 흐름과 역방향으로 압축공기를 연속적 또는 단속적으로 분사할 수 있는 산기관(33)을 더 포함할 수 있다. 상기 산기관(33)을 통해 연속적 또는 단속적으로 분사된 압축공기는 제2분리조의 다공성 충진제의 폐색된 이물질 제거와 동시에 혐기성 세균의 번식을 억제하는 역할을 할 수 있다.The metal sharer and wash
상기 유수분리조(30)에서 타유를 분리하는 공정을 거친 다음, 여액(세척액 및 미셀형태의 유화된 금속가공유의 혼합액)중 일부는 세척조(10)로 회류되고 나머지는 농축조(40)로 이송되어 멤브레인 필터(50)을 통해 세척액을 분리하는 여과공정을 거친다. 각각 상기 세척조(10) 및 농축조(40)로 이송되는 혼합액의 비율은 타유분리 정도에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명자의 연구결과 본 발명의 일실시예에서는 10:1 내지 1:10 범위의 비율로 하는 것이 바람직하다. 상기 멤브레인 필터(50)는 그 내외부에 여과를 위한 소정의 크기 범위를 갖는 복수의 세공(pore)이 형성되어 있는 형태를 가진다. 상기 세공의 크기는 특히 제한되는 것은 아니나, 본 발명의 목적에 비추어 볼 때 한외여과막 수준인 1 내지 100nm 범위인 것이 바람직하다. A part of the filtrate (a mixed solution of the washing solution and the micelle-like emulsified metal) is returned to the
도 3은 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)의 구동을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 농축조(40)는 상기 유수분리조(30)를 통과한 세척액 및 미셀형태의 유화된 금속가공유의 혼합액을 저장하여 농축하고 금속가공유가 소정의 농도에 도달하면 배출하는 역할을 수행한다. 즉, 혼합액 중 금속가공유의 농도가 높아지면 혼합액의 점도가 상승하고 단위시간당 처리하는 유량이 감소하여 시스템(100)의 효율이 저하되므로 농축조(40)에서 혼합액 중 금속가공유의 농도가 소정 농도 이상이 되면 이를 배출하여 혼합액 중 금속가공유의 농도를 낮출 수 있도록 한다. 따라서, 상기 농축조(40)에는 소정의 시간동안 멤브레인 필터(50)을 통해 세척액을 분리한 후, 드레인 밸브를 통해 폐유를 이송하여 불순물을 제거하고 저장하는 절삭유 저장탱크(미도시) 및 칩박스(미도시)가 부가될 수 있다. 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)의 일실시예의 본 발명의 실시예에서는 멤브레인 필터(50)에서의 유량이 약 2.0리터/분(liter/min.)이하 수준, 즉 농축조(40)에 존재하는 혼합액 중 금속가공유의 농도가 약 20% 이상일 때 농축조(40)에서 이를 배출하도록 하여 시스템(100)의 유량을 다시 높일 수 있다. 상기 농축조(40)에서 배출되는 금속가공유의 농도는 특별히 제한되는 것은 아니며, 멤브레인 필터(50)의 유량 또는 필요에 따라 사용자가 임의의 수준으로 정할 수 있다. 상기 농축조(40)에서 혼합액의 배출은 농축조(40)에 존재하는 혼합액 중 금속가공유의 농도가 약 20 내지 40% 범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 멤브레인 필터(50)의 유량이 0.5 내지 3리터/분 수준에서 농축조(40)의 금속가공유 배출시기를 결정하는 것이 멤브레인 필터(50)의 사용수명과 시스템(100)의 효율성을 위해 바람직한데, 상기 혼합액 중 금속가공유의 농도 범위가 이에 해당하기 때문이다. FIG. 3 is a flow chart illustrating the operation of the
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)의 일실시예에 있어서 농축조(40)의 금속가공유 농도에 따른 멤브레인 필터(50)의 유량을 측정한 그래프 및 농축조(40)에서 농축된 금속가공유를 48시간마다 배출하는 경우 멤브레인 필터(50)의 시간별 유량을 측정한 그래프이다. 도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)의 경우 농축조(40)에 농축된 금속가공유( 및 세척액의 혼합액)를 배출하는 것만으로도 멤브레인필터(50)의 유량이 원상태로 회복되는 것을 알 수 있다. 종래의 금속가공유 및 세척액 처리장치의 경우 유량이 저하될 경우 약품을 이용하여 멤브레인 필터(50)를 청소해야만 하였으나, 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)은 별도의 세척을 하지 않고 농축조(40)에 농축된 금속가공유를 배출하는 것만으로도 유량이 회복된다. 4 and 5 are graphs showing the flow rate of the
본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)은 상기 유수분리조(30) 및 농축조(40)의 어느 하나 이상에 설치되어 액체를 50 내지 80℃ 범위로 가열하는 히터(90)를 포함한다. 도 1에 나타난 바와 같이, 종래의 금속가공유 및 세척액 처리방법은, 박테리아나 곰팡이 등의 미생물 발생에 의한 세척조(10)의 오염 및 이로 인한 악취발생 그리고 세척제 농도가 묽어지는 것을 방지하고, 멤브레인 필터(50)가 오염되는 것을 방지하기 위한 오존살균공정을 포함하였다. 상기 오존살균공정에서 사용되는 오존은 오존주입장치(11)로부터 주입되며, 단위시간, 세척조(10)의 오염정도에 따라 조절된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 오존의 사용으로 인한 공장근로자의 건강에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 오존살균공정을 삭제하였다. 그 대신, 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)은 상기 유수분리조(30) 및 농축조(40)의 어느 하나 이상에 설치되어 액체를 가열하는 히터(90)를 포함한다. 상기 히터(90)는 유수분리조(30) 및/또는 농축조(40)에 설치되어 상기 유수분리조(30) 및/또는 농축조(40)의 액체를 가열하여 살균 효과와 액체의 점도를 낮추게 된다. 유체의 점도는 온도가 높을수록 낮아지게 되는데, 점도의 저하는 멤브레인 필터링시 유속을 높일 수 있어 필터링 효율을 높이고 필터(50)의 오염도 방지할 수 있어 필터(50) 교체주기의 연장을 꾀할 수 있다. 상기 히터(90)를 이용한 유체의 가열온도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 살균의 목적 및 유체점도의 저하를 위해 50℃ 이상인 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 가열온도는 50 내지 80℃, 보다 바람직하게는 60 내지 70℃의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 가열온도가 50℃ 미만이면 살균효과가 미미하고, 반면 80℃를 초과하는 경우에는 살균효과는 좋아지지만 에너지 비용이 높고 세척액의 증발이 많아지고, 주로 합성수지 재질로 된 멤브레인 필터(50)가 견디지 못하고 녹아내리는 등의 부작용이 있기 때문이다. 하기 표 1은 종래의 가열을 하지 않고 오존살균을 적용한 금속가공유 및 세척액 처리장치 및 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)의 멤브레인 필터(50)에서의 유체특성을 대비하여 정리한 것이다.The metal sharer and cleaning
(기준:KOCH HFM-251 5피트 16개 막면적:1.1m2)(Standard: KOCH HFM-251 5 foot 16 membrane area: 1.1m 2 )
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)은 종래의 시스템에 비해 처리효율이 약 2배 정도 수준이고, 멤브레인 필터(50)를 따로 세척하지 않고도 농축조(40)에 농축된 금속가공유를 주기적으로 배출하는 것만으로도 멤브레인 필터(50)의 효율을 원상태로 높일 수 있다.As can be seen in Table 1 above, the inventive metal-based scrubbing and cleaning
또한, 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)은 상기 멤브레인 필터(50)을 이용하여 분리된 세척액을 수용하는 pH측정조(60)와, 상기 pH측정조에 장착되며 세척액의 pH 수치를 측정할 수 있는 pH 미터와, 상기 pH 미터의 pH 수치를 입력받고 상기 pH 수치에 의해 전기적인 신호를 발생하는 제어기와, 세척제를 수용하는 세척제 저장조(70) 및 상기 세척제 저장조(70)의 배출구에 장착되고 상기 제어기의 전기적인 신호를 입력받으며 상기 제어신호에 의해 밸브가 조절되는 세척제 투입조절밸브(71)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 금속가공유 및 세척액 처리시스템(100)은 상기 여과공정을 거쳐 분리된 세척액의 pH 수치를 측정하여, 상기 pH 수치에 의해 제어기로부터 전기적인 신호를 출력하고, 상기 제어기로부터 출력된 전기적인 신호를 입력받아 조절되는 세척제 투입조절밸브(71)를 이용하여 세척제를 수용하는 별도의 세척제 저장조(70)로부터 세척제의 투입이 자동 조절될 수 있도록 할 수 있다. 상기 pH 미터, 제어기, 세척제 투입조절밸브(71)는, 멤브레인 필터(50)을 거쳐 배출되는 세척액의 pH 수치가 8 이하로 떨어지는 경우, 여과된 세척액의 세척효과가 떨어지므로 pH 수치에 의해 전기적인 신호를 발생하여 세척제 투입조절밸브(71)를 개폐하고 세척액을 투입하여 세척조(10)의 pH 농도를 적당하게 유지한다. 상기 세척액의 pH 수치는 7 내지 11 범위인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 8 내지 10 범위인 것이 바람직하다.In addition, the system for treating and suspending metals in the
상기 세척제 투입조절밸브(71)는 특정 알고리즘을 갖는 제어기에 의해 제어될 수 있으며, 상기 특정 알고리즘은 세척액 투입 정밀도에 따라서, 또는 세척액 투입반응 시간에 따라서 PID, PI, 퍼지(Fuzzy) 알고리즘을 적용할 수 있음은 물론이다.The cleaner
전술한 세척제 저장조(70), 세척조(10), 전처리여과기(20), 유수분리조(30), 농축조(40)의 각 장치 전단에는 배출펌프, 전자유량계를 장착하는 것이 바람직하며, 특히 전자유량계는 유속, 단위 시간당 배출량 등을 기록할 수 있으므로 보다 세밀한 모니터링이 가능하다.It is preferable to install a discharge pump and an electromagnetic flow meter at the front ends of the respective devices of the
앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art will be able to modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.
10 세척조 20 전처리여과기
30 유수분리조 31제1분리조
32 제2분리조 33 산기관
40 농축조 50 멤브레인 필터
60 pH 측정조 70 세척제 저장조
80 폐액 저장조 90 히터
100 금속가공유 및 세척액 처리시스템
310 액체 사이클론 311 하부 드레인
312 상부 드레인10
30 Oil separation tank 31 1st separation tank
32
40
60
80 Waste
100 Metal Sharing and Washing Liquid Treatment System
310
312 upper drain
Claims (4)
상기 금속제품이 세척되어 금속가공유 및 미세 금속칩이 포함된 세척조의 세척액을 펌핑하며 미세 금속칩을 제거하도록 형성된 전처리여과기와,;
상대적으로 비중이 작은 유분을 배출할 수 있는 상부 드레인과 상대적으로 비중이 큰 액체를 배출하는 하부 드레인을 구비한 액체사이클론을 포함한 제1분리조와 상기 액체 사이클론의 하부 드레인을 통해 배출된 액체 중 물과 유분을 분리할 수 있는 제2분리조가 직렬연결된 2중구조로 되어 있으며, 상기 전처리여과기에서 여과된 세척액 및 금속가공유에 10-20 미크론 내외의 오일입자를 합체해서 타유를 제거한 세척액 일부를 상기 세척조로 리턴시키는 유수분리조와,;
상기 유수분리조를 통과하고 세척조로 리턴되지 못한 나머지 세척액 및 미셀형태의 유화된 금속가공유의 혼합액을 저장하여 농축하고 금속가공유가 소정의 농도에 도달하면 배출하는 농축조와,;
상기 농축조에 저장된 혼합액을 순환시키며 유화된 금속가공유 및 입자들을 거르고 세척제 성분을 포함한 세척액은 통과, 분리하여 세척조로 리턴시키는 멤브레인 필터 및;
상기 유수분리조 및 농축조의 어느 하나 이상에 설치되어 액체를 50 내지 80℃ 범위로 가열하는 히터를 포함한 것을 특징으로 하는 금속가공유 및 세척액 처리시스템.Use of a cleaning tank for cleaning a processed metal product by supplying a cleaning liquid containing a continuous or intermittently supplied cleaning agent In a metal-based cleaning and cleaning liquid processing system for treating and recycling a metal-
A pretreatment filter configured to clean the metal product to remove the fine metal chips by pumping a cleaning solution of the cleaning tank containing the metal and the fine metal chips;
A first separator including a liquid cyclone having an upper drain capable of discharging oil having a relatively small specific gravity and a lower drain discharging a liquid having a relatively large specific gravity; And a second separation tank capable of separating the oil from the second separation tank, the second separation tank being connected in series to the first separation tank, the oil particles having a particle size of about 10-20 microns are incorporated into the cleaning solution and the metal- ;
A condensing tank for storing and concentrating a mixture of the washing solution and the micellar emulsified metal that has not been returned to the washing tank after passing through the water collecting tank, and discharging the mixed solution when the concentration of the metal reaches the predetermined concentration;
A membrane filter circulating the mixed solution stored in the thickening tank and filtering the covalent and particles of the emulsified metal and passing the washing solution containing the washing agent component through the washing tank and returning to the washing tank;
And a heater installed at any one or more of the oil-water separation tank and the thickening tank for heating the liquid to a temperature in the range of 50 to 80 占 폚.
상기 농축조에서의 혼합액의 배출은 혼합액 중 금속가공유 농도가 20 내지 40중량% 범위일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 금속가공유 및 세척액 처리시스템.The method according to claim 1,
Wherein the discharge of the mixed liquor in the thickener is performed when the metal-sharing concentration in the mixed liquor is in the range of 20 to 40 wt%.
상기 제2분리조 하부에 상기 금속가공유 및 세척액의 흐름과 역방향으로 압축공기를 연속적 또는 단속적으로 분사할 수 있는 산기관을 더 포함한 금속가공유 및 세척액 처리시스템. The method according to claim 1,
Further comprising: an oxidant capable of continuously or intermittently injecting compressed air in the lower portion of the second separation tank in a direction opposite to the flow of the metal-based cleaning and washing liquid.
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Cited By (3)
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