谢慈俊，吴 蜀，何则济，黄祥忠，刘光怡

(1. 广州尚水环保节能科技有限公司，广东 广州 510000；2. 福建省南平铝业有限公司，福建 南平 353000)



浅析利用反渗透膜再生高温烫洗水工艺

谢慈俊1，吴 蜀1，何则济2，黄祥忠2，刘光怡2

(1. 广州尚水环保节能科技有限公司，广东 广州 510000；2. 福建省南平铝业有限公司，福建 南平 353000)

文章介绍了采用高温反渗透工艺不降低水温，直接对高温水洗水进行再生处理以保持水洗用纯水水质的工艺；指出该工艺可显著节约烫洗、热水洗环节的能耗和纯水消耗，提高工件表面清洗质量，实现清洁生产。

铝加工；高温反渗透；烫洗；热水洗；节能减排；清洁生产

1 工艺介绍

烫洗和热水洗是金属表面处理工艺中重要的环节。用70～80℃的纯水进行烫洗或50～60℃的纯水进行热水洗是保证表面处理质量的重要措施。金属表面通过水洗可防止反应液交叉污染而影响产品质量，降低表面处理用药及水的消耗量或废水的产生量。同时，水洗可以防止处理溶液和溶剂残留在产品表面影响产品性能和价值。热水洗促进了水分子和化学药品分子的运动，从而提高了化学药品的扩散速度，达到强化水洗效果的目的。为了保证烫洗或热水洗的效果，烫洗槽或热水槽内的水质、电阻率、pH值、固体份、助溶剂均要控制在规定参数范围内。由于水洗是辅助环节，尤其是烫洗或热水洗，其重要性往往被忽视。经测算，烫洗槽的能耗可占到氧化电泳线热能损耗的80%以上，是除烘干外最大的能耗环节。为了降低烫洗槽或热水槽能耗，我们开发出了烫洗槽或热水洗槽水洗水不降温直接再生利用工艺，取得了较好的节能、节水效果，同时也提高了烫洗或热水洗的工艺质量。

2 工艺分析

某铝业公司卧式氧化电泳生产线的烫洗采用80℃的纯水浸洗工艺，烫洗槽采用常流水方式补水并保证水洗槽水质。由于烫洗槽温度高，同时要保证水质要求，经测算，电泳生产时，其能耗占整条生产线热能损耗的80%以上(烘干工艺除外)。尤其在冬季满负荷生产时烫洗槽能耗更大，成为锅炉的主要供热对象。烫洗槽的热负荷主要是溢流水、工件进出槽体带出液的热损失，工件和槽体表面蒸发散热、辐射散热和对流散热，工件升温热损失和槽体传热损失。其中纯水补水和溢流产生的热损失占到50%以上，这主要是由于为了保证烫洗槽水质，补充的纯水需要从常温升至工作温度，而相应的溢流水又带走大量热量。要保持烫洗槽水洗水水质，又要降低烫洗槽能耗，必须改变现有的水洗水处理工艺，最好直接对烫洗槽水洗水进行处理以保持其水质，既不大量外排以防止带出热量，也不降低温度进行处理以减少升降温热损失。

为了满足上述要求，我们对比了吸附法、电化学法等多种工艺，最终选择了高温反渗透工艺直接对烫洗槽水洗水进行处理和回用。吸附法可通过选择特定的吸附剂去除烫洗槽内水洗水所含离子，但在高温下，吸附剂的吸附性能大幅降低。采用离子交换树脂时，受制于树脂的耐温性能，同时离子交换器升温保温也消耗较多热量。由于水洗水中离子浓度相对较低，电导率低，采用电化学氧化还原水洗水中离子的效率极低，能耗很大，在电极的选用等方面也面临较多困难。相应的电渗析(ED)、连续电去离子(EDI)等工艺由于材料和效率的原因也无在高温下应用可行性。

利用反渗透膜从水中去除、分离或者浓缩离子是现代的一大技术革命，已在水处理领域得到广泛和成熟的应用。常规的反渗透膜有醋酸纤维素膜(CA)和聚酰胺(PA)复合膜系列(TFC)两种商业化膜产品。这两种膜产品均为有机膜，其最优的运行温度为12.7～29.4℃。醋酸纤维素膜最高适用温度为30℃，聚酰胺复合膜最高适用温度为50℃，超过最高温度将引起膜元件的失效和损坏。但在食品、制药行业已有成熟的耐高温反渗透膜元件应用，其材质针对高温应用进行了优化，最高运行温度可达80℃，恰好可以满足烫洗水洗水处理温度要求。通过运营工况和水质分析，并深入研讨耐高温膜元件性能，确定耐高温反渗透膜可以应用在烫洗水洗水的高温再生处理，使采用高温反渗透工艺具备了可行性。

为了实际应用高温反渗透工艺，必须解决两个关键问题，一是保证运行条件满足耐高温反渗透膜元件的要求，以保证系统持续可靠运行，保证膜元件的使用寿命满足要求；二是尽可能提高水洗水回收率，减少弃水以降低热能浪费。解决第一个问题，需正确处理好膜元件进水压力和进水温度的关系，确保膜元件在任何运行情况下的工况条件不得超过2000瓦格纳单位；尤其要控制好进水压力，防止出现压密现象；为了保证膜元件的运行条件，反渗透膜系统配置了温度、压力控制系统，并采用程序控制仪表防止温度、压力的骤升骤降，确保膜元件运行在最优的工况条件下。为了解决第二个问题，本项目经反复设计计算，采用浓水二级浓缩工艺，在保证膜元件进水、浓水流量满足要求的前提下，实现10倍以上的浓缩率，即将烫洗槽内污染物浓缩10倍以上后排放，从而将弃水量降低至原弃水量的5%～10%；由于弃水减少，烫洗槽补水大幅降低，只需补充工件带出量和反渗透系统少量的弃水量，因此可大幅降低烫洗槽热能损耗。

3 运行效果和效益分析

本项目烫洗水洗水高温直接再生处理系统自投运1年多以来，稳定运行在70～80℃的水处理温度下，烫洗槽水洗水电导率保持在40μm/cm以下，pH控制在6～8之间，较好满足生产需要。由于采用水洗水高温下直接再生利用，可大幅减少加热功率，按照燃气锅炉天然气价格4.2元/m3计算，单线年节约经费50万元以上，经济效益明显。

[1] 姚宏辉, 张昭强, 神取享司.铝阳极氧化、电泳的水洗技术[J]. 材料保护，2007.

[2] 王绍文, 杨景玲, 贾勃. 冶金工业节能与余热利用技术指南[M]，冶金工业出版社，2010.

[3] 罗苏, 吴锡坤. 铝型材加工实用技术手册[M]. 中南大学出版社，2006.

本刊启事

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本刊编辑部

Study of Treating High Temperature Wash Water with Reverse Osmosis Membrane

XIE Cijun1, WU Shu1, HE Zeji2, HUANG Xiangzhong2, LIU Guangyi2

(1.Guangzhou Shangshui Energy Saving Technology Co., Ltd., Guangzhou 510000, China; 2. Fujian Nanping Aluminium Co., Ltd., Nanping 353000, China)

The paper presented the water treatment by high temperature reverse osmosis, which can directly reclaim high temperature wash water and ensure water quality for washing without lowering hot water temperature; it pointed out that the process can significantly save the energy consumption in hot wash and warm wash as well as water consumption, improve surface cleaning quality of the washed parts so as to realize cleaner production.

aluminum processing; high temperature reverse osmosis; hot wash; warm wash; energy conversation and emission reduction; cleaner production

2015-01-22

X703

B

1671-6795(2015)06-0062-02