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VEK廢水再生循環(huán)系統(tǒng)在涂裝的應(yīng)用

VEK廢水再生循環(huán)系統(tǒng)在涂裝的應(yīng)用

2021-08-03 17:36:14 6

  1、前言

  目前,我國(guó)工業(yè)用水量約為1000億m3/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(wàn)m3(按工廠年產(chǎn)30萬(wàn)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

  2.1.1 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(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);

  2.1.2 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No1(圖1)。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  (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(shí)驗(yàn)室等;

  (3)電泳區(qū)域:8m3/h,用于電泳區(qū)域槽液補(bǔ)水更新;

  (4)脫脂區(qū)域:53/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)

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  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)

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  通過去離子水循環(huán)設(shè)備(簡(jiǎn)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15m3/h。

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  3、去離子水設(shè)備的原理、簡(jiǎn)介及對(duì)比

  3.1 工作原理(圖4)

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  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(duì)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(duì)長(zhǎng)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(zhǎng)期反復(fù)使用。

  3.2 去離子水循環(huán)設(shè)備工藝簡(jiǎn)介

  (1)OptiFil自動(dòng)反沖洗過濾器(圖5)

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  OptiFil是全自動(dòng)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)。

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  陽(yáng)離子交換過程中:樹脂中氫離子與陽(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(huì)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(yáng)離子再生反應(yīng)如下所示:

  陽(yáng)離子再生反應(yīng):

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  陰離子再生反應(yīng):

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  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(yáng)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(yáng)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(jiǎn)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(chǎng)前景,是離子交換劑再生方法的發(fā)展趨勢(shì)。

  (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(dòng)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(jìn)入循環(huán)。在此,應(yīng)盡可能在沒有壓力波動(dòng)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(duì)準(zhǔn)流化床,在不出現(xiàn)變化的情況下降低流化床,并對(duì)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(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 各類型去離子水產(chǎn)水設(shè)備的工藝對(duì)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);

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  優(yōu)勢(shì):

  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);

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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膜而遷移的現(xiàn)象稱為電滲析。(例:電泳陽(yáng)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(jiǎn)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(duì)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(chǎng)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(chǎng);

  (4)設(shè)備自身耗水量大,高達(dá)20%-40%;

  (5)對(duì)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)。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  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(jiǎn)單。

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

  總結(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(zhǎng)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)

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

  (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(tái)離心泵為動(dòng)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(yáng)離子交換器和陰離子交換器:通過機(jī)械方式對(duì)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(yáng)離子交換器中。交換器樹脂會(huì)將所有陽(yáng)離子(比如Ca2+,Mg2+,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(shí)儲(chǔ)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(dòng)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(duì)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(duì)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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)

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  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。(來源:一汽-大眾汽車有限公司成都分公司)

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