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30萬m3(按工廠年產(chǎn)30萬輛計算)，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
2.1.1 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);
2.1.2 用量：磷化區(qū)域用水量占整個車間的56%，是真正“用水大戶”中的No1(圖1)。
(1)磷化區(qū)域：28m3/h，用于磷化區(qū)域槽液更新;
(2)綜合區(qū)域：9m3/h，面漆空調(diào)用水，準(zhǔn)備打磨用水，實驗室等;
(3)電泳區(qū)域：8m3/h，用于電泳區(qū)域槽液補水更新;
(4)脫脂區(qū)域：53/h，用于表調(diào)工藝的補水更新。
2.2 “用水大戶”No1用水量分解(圖2)
RO水補充至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)域每小時也要28m3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15m3/h。
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、交換基團和空穴組成。樹脂可對被交換物質(zhì)的離子進行交換、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)，可實現(xiàn)表面過濾、深度過濾和濾餅過濾的連續(xù)無間斷運行。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行反沖洗過程，同時過濾過程也在進行之中。
(2)離子交換反應(yīng)。
陽離子交換過程中：樹脂中氫離子與陽離子進行交換(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，正洗三個步驟。為恢復(fù)已經(jīng)失活的樹脂，用化學(xué)試劑強制進行離子交換反應(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。其中前者可使用強酸進行再生，后者可用強堿(如NaOH)進行再生。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;水的電離實現(xiàn)再生，耗能少，經(jīng)濟性高，較化學(xué)再生法節(jié)約費用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10m/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，則必須使部分水進入循環(huán)。在此，應(yīng)盡可能在沒有壓力波動的情況下進行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，以避免發(fā)生變化。為進行再生過程，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)逆滲透機理運行，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)維護成本低，利用率高;
3)可實現(xiàn)連續(xù)運行;
4)產(chǎn)水質(zhì)量高;
缺點：
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)，在電場作用下進行滲析時(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：
(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：
(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，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：
(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)無機離子去除能力強;
(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：離子交換在樹脂失效后，會用大量的酸、堿進行再生，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，企業(yè)可通過合理的布局，揚長避短，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、細菌尸體等);
(3)陽離子交換器和陰離子交換器：通過機械方式對來自前處理設(shè)備的沖洗水進行過濾，然后在第一個步驟中將其輸送經(jīng)過一個含有強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+，Mg2+，Na+)與交換器樹脂中含有的H+離子進行置換。緊接使脫膠的酸性水流經(jīng)一個低價的陰離子交換器，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10uS/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)生的去離子水臨時儲存在潔凈純水罐中。然后，通過兩個離心泵，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)污垢或樹脂細磨粒或樹脂碎片。出于這個原因，每年必須對離子交換器樹脂進行一到兩次沖洗。在外部的樹脂回沖桶罐中進行沖洗;
(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，那么進行再生過程。
3.5 設(shè)備維護常見故障分析(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，因為其真正做到了“節(jié)水減排、廢物再利用”的環(huán)保理念。( >
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