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VEK廢水再生循環(huán)系統在涂裝的應用

  1、前言

  目前,我國工業(yè)用水量約為1000億m3/年。經(jīng)濟高速發(fā)展,需要更多水資源支撐。水是生命的源泉,同樣也是汽車(chē)行業(yè)涂裝車(chē)間的基礎,沒(méi)有水也就沒(méi)有這五彩繽紛的涂裝。而前處理電泳工藝毫無(wú)疑問(wèn)是涂裝車(chē)間的“用水大戶(hù)”,用水量占車(chē)間的80%,每年消耗的水資源就高達30萬(wàn)m3(按工廠(chǎng)年產(chǎn)30萬(wàn)輛計算),因此如何降低前處理電泳區域水消耗量,是降低汽車(chē)生產(chǎn)水耗量的重要舉措。

  2、去離子水循環(huán)設備在前處理電泳線(xiàn)的應用

  2.1 涂裝車(chē)間去離子水作用和用量

  2.1.1 作用

  在前處理電泳工藝中,為了輸出穩定優(yōu)質(zhì)的防腐工件,需要保證槽液參數穩定,在前處理電泳工藝生產(chǎn)過(guò)程中需要通過(guò)補水的方式更新槽液以防止槽液污染和老化,且此過(guò)程不能破壞槽液中的離子平衡,所以前處理電泳生產(chǎn)線(xiàn)均補充純水。純水又名去離子水,是指去除了在泉水或自來(lái)水中存在的礦物質(zhì)(鹽、離子)的水(H2O);

  2.1.2 用量:磷化區域用水量占整個(gè)車(chē)間的56%,是真正“用水大戶(hù)”中的No1(圖1)。

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  (1)磷化區域:28m3/h,用于磷化區域槽液更新;

  (2)綜合區域:9m3/h,面漆空調用水,準備打磨用水,實(shí)驗室等;

  (3)電泳區域:8m3/h,用于電泳區域槽液補水更新;

  (4)脫脂區域:53/h,用于表調工藝的補水更新。

  2.2 “用水大戶(hù)”No1用水量分解(圖2)

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  RO水補充至10區(去離子水洗),10區溢流至8區(磷化后第二遍水洗),8區溢流至7區(磷化后第一遍水洗),采取后端向前端溢流的方式更新槽液,最大限度降低磷化區域的用水量,即便如此,磷化區域每小時(shí)也要28m3去離子水,占比56%。為提高磷化區域水的利用率,就需要用到“去離子水循環(huán)設備”。

  2.3 去離子水循環(huán)設備的應用(圖3)

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  通過(guò)去離子水循環(huán)設備(簡(jiǎn)稱(chēng)VEK),回收8區至7區的僅被輕度污染的溢流水,去除水中離子,輸出電導10μs/cm以下的去離子水供給10區再利用,達到磷化區域去離子水循環(huán)使用的目的,該設備投入使用以后,可節約用水15m3/h。

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  3、去離子水設備的原理、簡(jiǎn)介及對比

  3.1 工作原理(圖4)

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  離子交換樹(shù)脂屬于高分子化合物,主要由骨架、交換基團和空穴組成。樹(shù)脂可對被交換物質(zhì)的離子進(jìn)行交換、吸附。離子交換樹(shù)脂,交換反應的可逆性是其最重要的性質(zhì)。酸、堿或其它再生劑可對長(cháng)期使用失效后的樹(shù)脂進(jìn)行再生,使得樹(shù)脂交換能力得以恢復,從而長(cháng)期反復使用。

  3.2 去離子水循環(huán)設備工藝簡(jiǎn)介

  (1)OptiFil自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器(圖5)

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  OptiFil是全自動(dòng)系統,可實(shí)現表面過(guò)濾、深度過(guò)濾和濾餅過(guò)濾的連續無(wú)間斷運行。金屬纖維或者毛氈作為過(guò)濾材料,其表面攔截不同尺寸的顆粒物和雜質(zhì)。當達到預先設定的污染程度后,少量滲透液透過(guò)過(guò)濾材料進(jìn)行反沖洗過(guò)程,同時(shí)過(guò)濾過(guò)程也在進(jìn)行之中。

  (2)離子交換反應。

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  陽(yáng)離子交換過(guò)程中:樹(shù)脂中氫離子與陽(yáng)離子進(jìn)行交換(陽(yáng)離子包括Ni2+、Mn2+、Fe2+、Na+、Ca2+、Mg+等),水中陽(yáng)離子被樹(shù)脂截留,到被置換的氫離子隨水進(jìn)入陰離子交換反應,在陰離子交換過(guò)程中樹(shù)脂中的OH-會(huì )與水中的陰離子交換(陰離子包括Cl-、SO42-、NO3-、PO43-等),此過(guò)程中,陰離子被樹(shù)脂截留,氫氧根離子被交換到水中,最后氫離子和氫氧根離子相結合,生成去離子水。

  (3)再生工藝

  陰陽(yáng)離子再生反應如下所示:

  陽(yáng)離子再生反應:

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  陰離子再生反應:

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  化學(xué)再生法(目前一般采用):化學(xué)再生法,包括反洗、再生,正洗三個(gè)步驟。為恢復已經(jīng)失活的樹(shù)脂,用化學(xué)試劑強制進(jìn)行離子交換反應。根據樹(shù)脂類(lèi)型不同,可分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂。其中前者可使用強酸進(jìn)行再生,后者可用強堿(如NaOH)進(jìn)行再生。再生藥品根據樹(shù)脂類(lèi)型選擇。常用陽(yáng)離子再生劑包括:H2SO4、HCl等;常見(jiàn)陰離子再生劑包括NaOH、NaHCO3等。

  電再生法(發(fā)展方向):簡(jiǎn)稱(chēng)EDI,屬于新型交換劑再生法。其核心是通過(guò)水電離產(chǎn)生的H+和OH-與樹(shù)脂進(jìn)行交換,與傳統學(xué)再生相比:不用酸堿,本質(zhì)消除采用酸堿再生樹(shù)脂造成的環(huán)境污染;水的電離實(shí)現再生,耗能少,經(jīng)濟性高,較化學(xué)再生法節約費用90%。因此,電再生法具有廣闊的市場(chǎng)前景,是離子交換劑再生方法的發(fā)展趨勢。

  (4)流化床工藝

  在逆流/流化床工藝中,在工作階段中水從下往上輸送。在這一過(guò)程中樹(shù)脂沖擊惰性材料層和一個(gè)位于高處的噴嘴板。在這一工作過(guò)程中,離子交換器樹(shù)脂必須總是保留在這一位置上,也就是說(shuō),必須注意使最低流速保持在相應的高水平上。為了使樹(shù)脂穩定地保持在上部風(fēng)嘴底上,必須將吃水高度保持在最低水平,流動(dòng)速度保持大于10m/h。如果要求的去離子水的量低于相應的、大小約為10m/h的速度值,則必須使部分水進(jìn)入循環(huán)。在此,應盡可能在沒(méi)有壓力波動(dòng)的情況下進(jìn)行相應轉換,以避免發(fā)生變化。為進(jìn)行再生過(guò)程,對準流化床,在不出現變化的情況下降低流化床,并對再生化學(xué)劑進(jìn)行從上到下的給料處理。為在流化床工藝中保持良好的剩余導電值,在陽(yáng)離子交換器(鹽酸)以及低價(jià)的陰離子交換器(氫氧化鈉)中使用的化學(xué)劑的量必須是理論值的約110-115%。

  3.3 各類(lèi)型去離子水產(chǎn)水設備的工藝對比

  RO反滲透技術(shù):根據逆滲透機理運行,將水中及其微小的分子以及離子過(guò)濾在膜外,最終產(chǎn)水達到用戶(hù)需求的標準(圖6);

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  優(yōu)勢:

  1)可最大程度分散和溶解水中物質(zhì);

  2)維護成本低,利用率高;

  3)可實(shí)現連續運行;

  4)產(chǎn)水質(zhì)量高;

  缺點(diǎn):

  1)生產(chǎn)過(guò)程中有大量的廢水產(chǎn)生;

  2)產(chǎn)水率條件受多方面影響(來(lái)水水質(zhì)、溫度、壓力等);

  3)過(guò)濾材料需要定期更換(如:石英砂、活性炭、一次性過(guò)濾材料、反滲透膜);

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  電滲析技術(shù):利用半透膜分離不同溶解粒子(離子),在電場(chǎng)作用下進(jìn)行滲析時(shí)(圖7),溶解中的帶電溶解離子通過(guò)膜而遷移的現象稱(chēng)為電滲析。(例:電泳陽(yáng)極系統)

  優(yōu)點(diǎn):

  (1)能量消耗少,制作過(guò)程中不發(fā)生相的變化,僅能電能來(lái)遷移水中已分離的離子;

  (2)藥劑消耗少,環(huán)境污染小;

  (3)設備簡(jiǎn)單,操作方便;

  (4)設備規模和除鹽濃度適應性大;(5)用電較易解決。

  缺點(diǎn):

  (1)對離解度小的鹽類(lèi)及不離解的物質(zhì)難以去除;

  (2)占地面積大,組裝部件多,要求高;

  (3)在電場(chǎng)的作用大,水的離解,易產(chǎn)生極化結構和中性擾亂現場(chǎng);

  (4)設備自身耗水量大,高達20%-40%;

  (5)對原水的要求較高,需要加精密的過(guò)濾設備。

  離子交換技術(shù):離子交換反應是指在離子交換容器內,裝填一定高度的樹(shù)脂,在水流過(guò)時(shí),容器內的特殊樹(shù)脂吸附水中金屬離子的過(guò)程(圖8)。

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  優(yōu)點(diǎn):

  (1)產(chǎn)水量高,幾乎接近百分之百;

  (2)產(chǎn)水質(zhì)量高,輸出穩定;

  (3)無(wú)機離子去除能力強;

  (4)生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需添加藥劑;

  (5)具有再生能力,裝置簡(jiǎn)單。

  缺點(diǎn):離子交換在樹(shù)脂失效后,會(huì )用大量的酸、堿進(jìn)行再生,會(huì )有廢酸、廢堿排放;

  總結:不同的純水制作有其相應的優(yōu)缺點(diǎn),企業(yè)可通過(guò)合理的布局,揚長(cháng)避短,最大限度的提高水的利用率

  3.4 去離子水再生循環(huán)設備組成(圖9)

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  (1)沖洗原水罐:收集前處理8區至7區的溢流水,以2臺離心泵為動(dòng)力將槽液輸送至多層過(guò)濾器;

  (2)多層過(guò)濾器:過(guò)濾裝置由上至下分別填充活性炭、小顆粒石英砂以及大顆粒的石英砂,其主要目的是過(guò)濾掉水中的固體雜質(zhì)(如:磷化工藝生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的磷化渣、鐵屑、細菌尸體等);

  (3)陽(yáng)離子交換器和陰離子交換器:通過(guò)機械方式對來(lái)自前處理設備的沖洗水進(jìn)行過(guò)濾,然后在第一個(gè)步驟中將其輸送經(jīng)過(guò)一個(gè)含有強酸性交換樹(shù)脂的陽(yáng)離子交換器中。交換器樹(shù)脂會(huì )將所有陽(yáng)離子(比如Ca2+,Mg2+,Na+)與交換器樹(shù)脂中含有的H+離子進(jìn)行置換。緊接使脫膠的酸性水流經(jīng)一個(gè)低價(jià)的陰離子交換器,陰離子交換器將強酸(比如Cl-,NO3-,SO42-)中的陰離子更換為交換器樹(shù)脂中的OH-陰離子。由此通過(guò)化學(xué)反應就形成了水。所產(chǎn)生的脫鹽水帶有低電導性(約10uS/cm),且根據脫鹽水中的二氧化碳含量pH值位于3.5至8之間;

  (4)潔凈純水罐:將通過(guò)離子交換器產(chǎn)生的去離子水臨時(shí)儲存在潔凈純水罐中。然后,通過(guò)兩個(gè)離心泵,輸送去離子水經(jīng)過(guò)紫外線(xiàn)消毒裝置和后面連接的自動(dòng)回沖過(guò)濾器,返回到前處理設備中;

  (5)樹(shù)脂反流沖洗罐:盡管已經(jīng)對沖洗水進(jìn)行了深度預清潔,但在離子交換器的填料中仍可能出現污垢或樹(shù)脂細磨?;驑?shù)脂碎片。出于這個(gè)原因,每年必須對離子交換器樹(shù)脂進(jìn)行一到兩次沖洗。在外部的樹(shù)脂回沖桶罐中進(jìn)行沖洗;

  (6)再生劑罐NaOH以及HCl:如果陽(yáng)離子和陰離子交換器充滿(mǎn)電荷,通過(guò)酸(HCI)以及堿(NaOH)進(jìn)行再生處理。如果特定水量經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子和陰離子交換器,且在經(jīng)過(guò)陰離子交換器后的傳導值或陽(yáng)離子交換器之間的傳導值差超過(guò)額定值,那么進(jìn)行再生過(guò)程。

  3.5 設備維護常見(jiàn)故障分析(表1)

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  4、結論

  汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中伴隨著(zhù)水資源的消耗和大量廢液的產(chǎn)生,如何降低水的用量,提高水的利用率,是現如今企業(yè)發(fā)展的方向。去離子水循環(huán)設備在前處理工藝中的應用有極其重要的意義,因為其真正做到了“節水減排、廢物再利用”的環(huán)保理念。( >

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