张磊

摘 要：去离子水循环再生设备是目前汽车领域涂装车间前处理工序广泛引进的一种设备，该设备的使用具有重要意义，是一项重要的“节能减排”项目，其采用离子交换技术回收处理前处理8区至7区的溢流水再输送到前处理线使用。且具备一系列优势，如：产水质量高、产水率高、制作过程中无需添加药剂等，但同样也存在着缺陷。因此文章主要介绍VEK设备工作原理、工艺特点、重点工艺及设备日常维护等方面内容。

关键词：纯水;离子交换;再生;维护

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：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，我國工业用水量约为1000亿m?/年。经济高速发展，需要更多水资源支撑。水是生命的源泉，同样也是汽车行业涂装车间的基础，没有水也就没有这五彩缤纷的涂装。而前处理电泳工艺毫无疑问是涂装车间的“用水大户”，用水量占车间的80%，每年消耗的水资源就高达30万m?（按工厂年产30万辆计算），因此如何降低前处理电泳区域水消耗量，是降低汽车生产水耗量的重要举措。

2 去离子水循环设备在前处理电泳线的应用

2.1 涂装车间去离子水作用和用量

2.2.1 作用

在前处理电泳工艺中，为了输出稳定优质的防腐工件，需要保证槽液参数稳定，在前处理电泳工艺生产过程中需要通过补水的方式更新槽液以防止槽液污染和老化，且此过程不能破坏槽液中的离子平衡，所以前处理电泳生产线均补充纯水。纯水又名去离子水，是指去除了在泉水或自来水中存在的矿物质（盐、离子）的水（H2O）;

用量：磷化区域用水量占整个车间的56%，是真正“用水大户”中的No 1（图1）。

（1）磷化区域：28m?/h，用于磷化区域槽液更新;

（2）综合区域：9m?/h，面漆空调用水，准备打磨用水，实验室等;

（3）电泳区域：8m?/h，用于电泳区域槽液补水更新;

（4）脱脂区域：5?/h，用于表调工艺的补水更新。

2.2“用水大户”No1用水量分解（图2）

RO水补充至10区（去离子水洗），10区溢流至8区（磷化后第二遍水洗），8区溢流至7区（磷化后第一遍水洗），采取后端向前端溢流的方式更新槽液，最大限度降低磷化区域的用水量，即便如此，磷化区域每小时也要28m?去离子水，占比56%。为提高磷化区域水的利用率，就需要用到“去离子水循环设备”。

2.3 去离子水循环设备的应用（图3）

通过去离子水循环设备（简称VEK），回收8区至7区的仅被轻度污染的溢流水，去除水中离子，输出电导10μs/cm以下的去离子水供给10区再利用，达到磷化区域去离子水循环使用的目的，该设备投入使用以后，可节约用水15m?/h。

一年节约的水量相当于5千万人1.3年的饮水量。

3 去离子水设备的原理、简介及对比

3.1 工作原理（图4）

离子交换树脂属于高分子化合物，主要由骨架、交换基团和空穴组成。树脂可对被交换物质的离子进行交换、吸附。离子交换树脂，交换反应的可逆性是其最重要的性质。酸、碱或其它再生剂可对长期使用失效后的树脂进行再生，使得树脂交换能力得以恢复，从而长期反复使用。

3.2 去离子水循环设备工艺简介

（1）OptiFil自动反冲洗过滤器（图5）

OptiFil是全自动系统，可实现表面过滤、深度过滤和滤饼过滤的连续无间断运行。金属纤维或者毛毡作为过滤材料，其表面拦截不同尺寸的颗粒物和杂质。当达到预先设定的污染程度后，少量渗透液透过过滤材料进行反冲洗过程，同时过滤过程也在进行之中。

（2）离子交换反应。

R—SO3-H+ + Na+Cl- →R—SO3-Na+ + H+Cl

阳离子交换过程中：树脂中氢离子与阳离子进行交换（阳离子包括Ni2+、Mn2+、Fe2+、Na+、Ca2+、Mg+等），水中阳离子被树脂截留，到被置换的氢离子随水进入阴离子交换反应，在阴离子交换过程中树脂中的OH-会与水中的阴离子交换（阴离子包括Cl-、SO42-、NO3-、PO43-等），此过程中，阴离子被树脂截留，氢氧根离子被交换到水中，最后氢离子和氢氧根离子相结合，生成去离子水。

（3）再生工艺

阴阳离子再生反应如下所示：

阳离子再生反应：

阴离子再生反应：

化学再生法（目前一般采用）：化学再生法，包括反洗、再生，正洗三个步骤。为恢复已经失活的树脂，用化学试剂强制进行离子交换反应。根据树脂类型不同，可分为阳离子交换树脂和陰离子交换树脂。其中前者可使用强酸进行再生，后者可用强碱（如NaOH）进行再生。再生药品根据树脂类型选择。常用阳离子再生剂包括：H2SO4、HCl等;常见阴离子再生剂包括NaOH、NaHCO3等。

电再生法（发展方向）：简称EDI，属于新型交换剂再生法。其核心是通过水电离产生的H+和OH-与树脂进行交换，与传统学再生相比：不用酸碱，本质消除采用酸碱再生树脂造成的环境污染;水的电离实现再生，耗能少，经济性高，较化学再生法节约费用90%。因此，电再生法具有广阔的市场前景，是离子交换剂再生方法的发展趋势。

（4）流化床工艺

在逆流/流化床工艺中，在工作阶段中水从下往上输送。在这一过程中树脂冲击惰性材料层和一个位于高处的喷嘴板。在这一工作过程中，离子交换器树脂必须总是保留在这一位置上，也就是说，必须注意使最低流速保持在相应的高水平上。为了使树脂稳定地保持在上部风嘴底上，必须将吃水高度保持在最低水平，流动速度保持大于 10 m/h。如果要求的去离子水的量低于相应的、大小约为 10m/h 的速度值，则必须使部分水进入循环。在此，应尽可能在没有压力波动的情况下进行相应转换，以避免发生变化。为进行再生过程，对准流化床，在不出现变化的情况下降低流化床，并对再生化学剂进行从上到下的给料处理。为在流化床工艺中保持良好的剩余导电值，在阳离子交换器（盐酸）以及低价的阴离子交换器（氢氧化钠）中使用的化学剂的量必须是理论值的约 110-115%。

3.3 各类型去离子水产水设备的工艺对比

RO反渗透技术：根据逆渗透机理运行，将水中及其微小的分子以及离子过滤在膜外，最终产水达到用户需求的标准（图6）;

优势：

1）可最大程度分散和溶解水中物质;

2）维护成本低，利用率高;

3）可实现连续运行;

4）产水质量高;

缺点：

1）生产过程中有大量的废水产生;

2）产水率条件受多方面影响（来水水质、温度、压力等）;

3）过滤材料需要定期更换（如：石英砂、活性炭、一次性过滤材料、反渗透膜）;

电渗析技术：利用半透膜分离不同溶解粒子（离子），在电场作用下进行渗析时（图7），溶解中的带电溶解离子通过膜而迁移的现象称为电渗析。（例：电泳阳极系统）

优点：

（1）能量消耗少，制作过程中不发生相的变化，仅能电能来迁移水中已分离的离子;

（2）药剂消耗少，环境污染小;

（3）设备简单，操作方便;

（4）设备规模和除盐浓度适应性大;

（5）用电较易解决。

缺点：

（1）对离解度小的盐类及不离解的物质难以去除;

（2）占地面积大，组装部件多，要求高;

（3）在电场的作用大，水的离解，易产生极化结构和中性扰乱现场;

（4）设备自身耗水量大，高达20%-40%;

（5）对原水的要求较高，需要加精密的过滤设备。

离子交换技术：离子交换反应是指在离子交换容器内，装填一定高度的树脂，在水流过时，容器内的特殊树脂吸附水中金属离子的过程（图8）。

优点：

（1）产水量高，几乎接近百分之百;

（2）产水质量高，输出稳定;

（3）无机离子去除能力强;

（4）生产过程中无需添加药剂;

（5）具有再生能力，装置简单。

缺点：离子交换在树脂失效后，会用大量的酸、碱进行再生，会有废酸、废碱排放;

总结：不同的纯水制作有其相应的优缺点，企业可通过合理的布局，扬长避短，最大限度的提高水的利用率

3.4 去离子水再生循环设备组成（图9）

（1）冲洗原水罐：收集前处理8区至7区的溢流水，以2台离心泵为动力将槽液输送至多层过滤器;

（2）多层过滤器：过滤装置由上至下分别填充活性炭、小颗粒石英砂以及大颗粒的石英砂，其主要目的是过滤掉水中的固体杂质（如：磷化工艺生产过程中产生的磷化渣、铁屑、细菌尸体等）;

（3）阳离子交换器和阴离子交换器：通过机械方式对来自前处理设备的冲洗水进行过滤，然后在第一个步骤中将其输送经过一个含有强酸性交换树脂的阳离子交换器中。交换器树脂会将所有阳离子（比如 Ca2+， Mg 2+， Na+）与交换器树脂中含有的 H+离子进行置换。紧接使脱胶的酸性水流经一个低价的阴离子交换器，阴离子交换器将强酸（比如 Cl-， NO3-， SO42-）中的阴离子更换为交换器树脂中的 OH-阴离子。由此通过化学反应就形成了水。所产生的脱盐水带有低电导性（约 10 uS/cm），且根据脱盐水中的二氧化碳含量 pH值位于 3.5 至 8 之间;

（4）洁净纯水罐：将通过离子交换器产生的去离子水临时储存在洁净纯水罐中。然后，通过两个离心泵，输送去离子水经过紫外线消毒装置和后面连接的自动回冲过滤器，返回到前处理设备中;

（5）树脂反流冲洗罐：尽管已经对冲洗水进行了深度预清洁，但在离子交换器的填料中仍可能出现污垢或树脂细磨粒或树脂碎片。出于这个原因， 每年必须对离子交换器树脂进行一到两次冲洗。在外部的树脂回冲桶罐中进行冲洗;

（6）再生剂罐 NaOH以及HCl：如果阳离子和阴离子交换器充满电荷，通过酸（HCI）以及碱（NaOH）进行再生处理。如果特定水量经过阳离子和阴离子交换器，且在经过阴离子交换器后的传导值或阳离子交换器之间的传导值差超过额定值，那么进行再生过程。

3.5 设备维护常见故障分析（表1）

4 结论

汽车生产过程中伴随着水资源的消耗和大量废液的产

生，如何降低水的用量，提高水的利用率，是现如今企业发展的方向。去离子水循环设备在前处理工艺中的应用有极其重要的意义，因为其真正做到了“节水减排、废物再利用”的环保理念。

参考文献

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[2] 余淦申.工业废水处理及再生利用[M].化学工业出版社，2013-1-1.

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