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)。

　　(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)

　　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)

　　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。

　　3、去離子水設備的原理、簡(jiǎn)介及對比

　　3.1 工作原理(圖4)

　　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)

　　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。

　　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：

　　陰離子再生反應：

　　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);

　　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);

　　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)。

　　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)

　　(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)

　　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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