張磊

摘 要：去離子水循環(huán)再生設(shè)備是目前汽車領(lǐng)域涂裝車間前處理工序廣泛引進(jìn)的一種設(shè)備，該設(shè)備的使用具有重要意義，是一項(xiàng)重要的“節(jié)能減排”項(xiàng)目，其采用離子交換技術(shù)回收處理前處理8區(qū)至7區(qū)的溢流水再輸送到前處理線使用。且具備一系列優(yōu)勢，如：產(chǎn)水質(zhì)量高、產(chǎn)水率高、制作過程中無需添加藥劑等，但同樣也存在著缺陷。因此文章主要介紹VEK設(shè)備工作原理、工藝特點(diǎn)、重點(diǎn)工藝及設(shè)備日常維護(hù)等方面內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：純水;離子交換;再生;維護(hù)

中圖分類號：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-224-05

Abstract： Deionized water recycling equipment is a kind of equipment widely introduced in the pretreatment process of the paint shop of the automotive industry at present. The use of this equipment is of great significance and is an important "energy saving and emission reduction" project. It uses the ion exchange technology to recycle and treat the overflow water from zone 8 to zone 7 of the pretreatment before it is transported to the pretreatment line for use. And it has some advantages， such as high quality of water production， high water production rate， no need to add chemicals in the production process， etc.， but it also has defects. Therefore， this paper mainly introduces the working principle， process characteristics， key processes and daily maintenance of the VEK equipment.

Keywords： Pure water; Ion exchange; Regeneration; maintenance

1 前言

目前，我國工業(yè)用水量約為1000億m?/年。經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，需要更多水資源支撐。水是生命的源泉，同樣也是汽車行業(yè)涂裝車間的基礎(chǔ)，沒有水也就沒有這五彩繽紛的涂裝。而前處理電泳工藝毫無疑問是涂裝車間的“用水大戶”，用水量占車間的80%，每年消耗的水資源就高達(dá)30萬m?（按工廠年產(chǎn)30萬輛計(jì)算），因此如何降低前處理電泳區(qū)域水消耗量，是降低汽車生產(chǎn)水耗量的重要舉措。

2 去離子水循環(huán)設(shè)備在前處理電泳線的應(yīng)用

2.1 涂裝車間去離子水作用和用量

2.2.1 作用

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

用量：磷化區(qū)域用水量占整個(gè)車間的56%，是真正“用水大戶”中的No 1（圖1）。

（1）磷化區(qū)域：28m?/h，用于磷化區(qū)域槽液更新;

（2）綜合區(qū)域：9m?/h，面漆空調(diào)用水，準(zhǔn)備打磨用水，實(shí)驗(yàn)室等;

（3）電泳區(qū)域：8m?/h，用于電泳區(qū)域槽液補(bǔ)水更新;

（4）脫脂區(qū)域：5?/h，用于表調(diào)工藝的補(bǔ)水更新。

2.2“用水大戶”No1用水量分解（圖2）

RO水補(bǔ)充至10區(qū)（去離子水洗），10區(qū)溢流至8區(qū)（磷化后第二遍水洗），8區(qū)溢流至7區(qū)（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(qū)域的用水量，即便如此，磷化區(qū)域每小時(shí)也要28m?去離子水，占比56%。為提高磷化區(qū)域水的利用率，就需要用到“去離子水循環(huán)設(shè)備”。

2.3 去離子水循環(huán)設(shè)備的應(yīng)用（圖3）

通過去離子水循環(huán)設(shè)備（簡稱VEK），回收8區(qū)至7區(qū)的僅被輕度污染的溢流水，去除水中離子，輸出電導(dǎo)10μs/cm以下的去離子水供給10區(qū)再利用，達(dá)到磷化區(qū)域去離子水循環(huán)使用的目的，該設(shè)備投入使用以后，可節(jié)約用水15m?/h。

一年節(jié)約的水量相當(dāng)于5千萬人1.3年的飲水量。

3 去離子水設(shè)備的原理、簡介及對比

3.1 工作原理（圖4）

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

3.2 去離子水循環(huán)設(shè)備工藝簡介

（1）OptiFil自動反沖洗過濾器（圖5）

OptiFil是全自動系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)表面過濾、深度過濾和濾餅過濾的連續(xù)無間斷運(yùn)行。金屬纖維或者毛氈作為過濾材料，其表面攔截不同尺寸的顆粒物和雜質(zhì)。當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的污染程度后，少量滲透液透過過濾材料進(jìn)行反沖洗過程，同時(shí)過濾過程也在進(jìn)行之中。

（2）離子交換反應(yīng)。

R—SO3-H+ + Na+Cl- →R—SO3-Na+ + H+Cl

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

（3）再生工藝

陰陽離子再生反應(yīng)如下所示：

陽離子再生反應(yīng)：

陰離子再生反應(yīng)：

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(fù)已經(jīng)失活的樹脂，用化學(xué)試劑強(qiáng)制進(jìn)行離子交換反應(yīng)。根據(jù)樹脂類型不同，可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。其中前者可使用強(qiáng)酸進(jìn)行再生，后者可用強(qiáng)堿（如NaOH）進(jìn)行再生。再生藥品根據(jù)樹脂類型選擇。常用陽離子再生劑包括：H2SO4、HCl等;常見陰離子再生劑包括NaOH、NaHCO3等。

電再生法（發(fā)展方向）：簡稱EDI，屬于新型交換劑再生法。其核心是通過水電離產(chǎn)生的H+和OH-與樹脂進(jìn)行交換，與傳統(tǒng)學(xué)再生相比：不用酸堿，本質(zhì)消除采用酸堿再生樹脂造成的環(huán)境污染;水的電離實(shí)現(xiàn)再生，耗能少，經(jīng)濟(jì)性高，較化學(xué)再生法節(jié)約費(fèi)用90%。因此，電再生法具有廣闊的市場前景，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。在這一過程中樹脂沖擊惰性材料層和一個(gè)位于高處的噴嘴板。在這一工作過程中，離子交換器樹脂必須總是保留在這一位置上，也就是說，必須注意使最低流速保持在相應(yīng)的高水平上。為了使樹脂穩(wěn)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，流動速度保持大于 10 m/h。如果要求的去離子水的量低于相應(yīng)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(yīng)盡可能在沒有壓力波動的情況下進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，以避免發(fā)生變化。為進(jìn)行再生過程，對準(zhǔn)流化床，在不出現(xiàn)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(dǎo)電值，在陽離子交換器（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 各類型去離子水產(chǎn)水設(shè)備的工藝對比

RO反滲透技術(shù)：根據(jù)逆滲透機(jī)理運(yùn)行，將水中及其微小的分子以及離子過濾在膜外，最終產(chǎn)水達(dá)到用戶需求的標(biāo)準(zhǔn)（圖6）;

優(yōu)勢：

1）可最大程度分散和溶解水中物質(zhì);

2）維護(hù)成本低，利用率高;

3）可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行;

4）產(chǎn)水質(zhì)量高;

缺點(diǎn)：

1）生產(chǎn)過程中有大量的廢水產(chǎn)生;

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

3）過濾材料需要定期更換（如：石英砂、活性炭、一次性過濾材料、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），在電場作用下進(jìn)行滲析時(shí)（圖7），溶解中的帶電溶解離子通過膜而遷移的現(xiàn)象稱為電滲析。（例：電泳陽極系統(tǒng)）

優(yōu)點(diǎn)：

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

（2）藥劑消耗少，環(huán)境污染小;

（3）設(shè)備簡單，操作方便;

（4）設(shè)備規(guī)模和除鹽濃度適應(yīng)性大;

（5）用電較易解決。

缺點(diǎn)：

（1）對離解度小的鹽類及不離解的物質(zhì)難以去除;

（2）占地面積大，組裝部件多，要求高;

（3）在電場的作用大，水的離解，易產(chǎn)生極化結(jié)構(gòu)和中性擾亂現(xiàn)場;

（4）設(shè)備自身耗水量大，高達(dá)20%-40%;

（5）對原水的要求較高，需要加精密的過濾設(shè)備。

離子交換技術(shù)：離子交換反應(yīng)是指在離子交換容器內(nèi)，裝填一定高度的樹脂，在水流過時(shí)，容器內(nèi)的特殊樹脂吸附水中金屬離子的過程（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(wěn)定;

（3）無機(jī)離子去除能力強(qiáng);

（4）生產(chǎn)過程中無需添加藥劑;

（5）具有再生能力，裝置簡單。

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

總結(jié)：不同的純水制作有其相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，企業(yè)可通過合理的布局，揚(yáng)長避短，最大限度的提高水的利用率

3.4 去離子水再生循環(huán)設(shè)備組成（圖9）

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

（2）多層過濾器：過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，其主要目的是過濾掉水中的固體雜質(zhì)（如：磷化工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的磷化渣、鐵屑、細(xì)菌尸體等）;

（3）陽離子交換器和陰離子交換器：通過機(jī)械方式對來自前處理設(shè)備的沖洗水進(jìn)行過濾，然后在第一個(gè)步驟中將其輸送經(jīng)過一個(gè)含有強(qiáng)酸性交換樹脂的陽離子交換器中。交換器樹脂會將所有陽離子（比如 Ca2+， Mg 2+， Na+）與交換器樹脂中含有的 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(qiáng)酸（比如 Cl-， NO3-， SO42-）中的陰離子更換為交換器樹脂中的 OH-陰離子。由此通過化學(xué)反應(yīng)就形成了水。所產(chǎn)生的脫鹽水帶有低電導(dǎo)性（約 10 uS/cm），且根據(jù)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，通過兩個(gè)離心泵，輸送去離子水經(jīng)過紫外線消毒裝置和后面連接的自動回沖過濾器，返回到前處理設(shè)備中;

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

（6）再生劑罐 NaOH以及HCl：如果陽離子和陰離子交換器充滿電荷，通過酸（HCI）以及堿（NaOH）進(jìn)行再生處理。如果特定水量經(jīng)過陽離子和陰離子交換器，且在經(jīng)過陰離子交換器后的傳導(dǎo)值或陽離子交換器之間的傳導(dǎo)值差超過額定值，那么進(jìn)行再生過程。

3.5 設(shè)備維護(hù)常見故障分析（表1）

4 結(jié)論

汽車生產(chǎn)過程中伴隨著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(xiàn)如今企業(yè)發(fā)展的方向。去離子水循環(huán)設(shè)備在前處理工藝中的應(yīng)用有極其重要的意義，因?yàn)槠湔嬲龅搅恕肮?jié)水減排、廢物再利用”的環(huán)保理念。

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