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反渗透技术在车轮涂装线上的应用
时间:2003-4-1
作者:李瑞莲 高仲才 东风汽车车轮有限公司
出处:未知
  [摘要]从项目的产生开始切入,简要介绍了工艺设计、设备选型及安装、调试、试生产的情况,并对反渗透的工作原理作了介绍。


前言
  随着汽车工业的发展,用户对涂装质量的要求不断提高,阳极电泳漆得到广泛的应用,为了提高车轮产品的质量,加强市场竞争力,我公司决定将一条阳极电泳改造为阴极电泳,其工艺流程为脱脂——水洗——表调——磷化——自来水洗——循环纯水洗——干净纯水洗——阴极电泳——干净超滤液洗——循环超滤液洗——循环超滤液洗——干净纯水洗—烘干。从以上工艺过程可以看出,在阴极电泳前后都有干净纯水清洗,同时,在生产过程中,阳极液循环系统、后水洗系统和调漆系统,也要用大量的纯水,因此纯水设备是必不可少的。在初始进行工艺设计时纯水设备是选用离子交换设备,这套设备的主要工艺过程为;原水—---预滤——阳离子交换——阴离子交换——混合离子交换——贮水箱——用水点,这套设备虽然也能生产出阴极电泳所需质量的纯水(电导率小于10μs/cm),但该套设备占地面积大,操作复杂,再生次数频繁(正用时1—2天就要再生一次),再生剂(Na0H、HCL等)耗量大,工人劳动强度大,同时再生剂是种强酸强碱类化学药品,使用过程中容易引发安全事故,另一方面,再生时需要用大量的冲洗水,既浪费水资源,又造成环境污染。因此制水成本一直居高不下,后来经过仔细调研,我们获知一种新的技术出现了:用反渗透技术(R0)生产纯水具有设备结构紧凑,占地面积小,单位体积产水量高,基本无环境污染等优点。近年来杭州及沙市等一些单位正在加快开发,为了推广应用新技术,我公司决定采用此项新技术:

2反渗透技术简介

2.1反渗透技术应用现状
  在国外,早在40年代就已经开始了反渗透技术的研究,从试验到生产,主要用于海水谈化、纯水制备等领域,到80年代随着阴极电泳技术的应用,反渗透技术在涂装领域得到广泛应用。在国内,由于起步较晚,因而使得反渗透技术在涂装生产中的应用受到限制,目前涂装生产所用的纯水绝大多数都还是离子交换法生产的。

2.2反渗透基本原理及特点
  将淡水和盐水用一种只能透过水而不能透过溶质的半透膜隔开,淡水会自然地透过半透膜至盐水一侧(见图la),这种现象称为渗透。当渗透进行到盐水一侧的液面达到某一高度而产生压力H,从而抑制了淡水进一步向盐水一侧渗透,渗透的自然趋势被压力H所抵消而达到平衡,这一平衡压力H称为渗透压,在这种情况下,如果在盐水一侧例加上一个大于渗透压的压力,盐水中的水份就会从盐水一侧透过半透膜至淡水一侧(盐水一侧浓度就增大,即浓缩),这一现象称为反渗透(见图1b)。
  
  反渗透是用足够的压力使溶液中溶剂(一般常指水)通过反渗透膜而分离出来,它和自然渗透方向相反。根据各种物料的不同渗透压,就可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩。
  反渗透膜的主要分离对象是分离溶液中的离子范围。反渗透法分离过程不需加热,没有相变,具有耗能少,设备体积小,操作简单,适应性强,应用范围广等优点,已成为重要的水处理手段之一。
  反渗透膜分离技术(简称R0技术)是一种时新又实用的水处理技术,反渗透是目前最微细的过滤系统,RO膜可阻挡所有溶质与无机分子及任何分子量大于lOO的有机物,水分子可自由通过R0膜而纯化,溶盐之脱盐率可达95%,甚至达99%。因而反渗透的应用相当广泛,海水及苦咸水谈化,家庭饮用水及工业用纯水之制造,都逐步采用了反渗透。

2.3结构
  
反渗透装置是由卷式膜组件组成的,卷式膜组件是由卷式膜元件组成的,卷式膜元件是根据反渗透法原理,将反渗透膜、导流层、隔网按一定排列粘合及卷制在有排孔的中心管上,形成元件。原水从元件一端进入隔网层,在经过隔网层时,在外界压力下,一部分水通过膜的孔,渗透到导流层内,再顺导流层水道,流到中心管的排孔,经中心管流出,剩余部分(浓水)从隔网另一端排出。而将一个或数个反渗透元件装在耐压容器中即形成组件。工作时,原水从一端流人组件,依次逐个流经各个元件。原水全部进入第一个元件,第一个元件的出水作为第二个元件的进水,第二个元件的出水作为第三个元件的进水……,直至最后浓水排出组件:将数个组件串、并联组合,配以必要的管线和仪表即形成装置。

3设备选型、安装调试及试生产
3.1设备选型

3.1.1R0系统设计思路
  制取电泳涂装用纯水的R0系统,主要由预处理系统和R0脱盐装置两大部分组成:根据我国现有设备及质量技术水平,结合我公司实际情况,须处理部分采用国产设备,反渗透元件及高压泵、监测仪表等采用进口、国内组装,在设备上以RO单元为主,将工艺、机械、电器控制合成一体,电器仪表以手动控制为主,配有适当的自动保护装置。

3.1.2颈处理系统
  R0膜要保持良好的工作性能和可靠长期的运行,对原水进行适当的须处理是必要的。尽管城市自来水在人们眼中似乎是干净纯洁的,但不经处理,远远达不到R0的进水指标。不论肋膜本身如何完美;如果没有预处理或预处理不合适,就会严重影响设备的运行。
  针对我公司R0系统,沙市水处理设备制造厂选用了美国DOW化学公司Filmetec膜,型号BW30—365,其进水要求如下:
进水温度:≤45℃;PH值:2—11;游离氯:<0.1mg/L;污染指数:SDl≤4;浊度:<1NTV。
  预处理的目的是将原水处理成符合RO单元进水要求的水,否则RO膜会快速衰退或损坏。
  本套系统采用如下颈处理系统:
  原水——机械过滤器——活性炭过滤器——保安过滤器——进入R0。 ·
  为保障RO系统正常运行,采用过滤和吸附相结合,配以辅助加药系统及5μm保安过滤器的三级过滤系统。
  一级过滤为机械过滤器,颈处理量为8t/h,滤速为3m/s,滤器内填有精制石英砂,过滤层为:2O-40目,支撑层分别为20-10目等,6-8目等,尽管滤器选用了比较细的滤料,但由于给水中原有的颗粒 (包括粘土、细菌、腐植酸胶残余有机物等),粒径在4μm以下,很容易穿过滤层。为能有效地阻止它们穿过滤层,我们来用了注人特效ST絮凝剂来达此目的。通过电子计量泵注人ST后,一些小颗粒的物质就凝聚成大颗粒,进入过滤器时被掳掉,因而通机械机械过滤器的出水保证SDI值在4以下。‘
  二级过滤为活性炭过滤器,主要起吸附余氯、色素及残余物,使进人RO的水中余氯含量和化学耗氧量(COD)达到膜的允许进水指标。
  三级过滤器为保安过滤器,它实际上是一个5μm的微孔过滤器,是进入RO的最后一道屏障。它既是R0的保安器,也是预处理的晴雨表。至今为止,我公司的保安过滤器还未更换,压差正常说明配置的机械过滤器、活性炭过滤器作用明显,也减轻了保安过滤器的负荷。如果保安过滤器进出口压差超过O.1-0.15MPa,就要更换滤芯,如果滤芯更换频繁,就说明前端过滤效果不佳。
  该RO装置投入运行至今,脱盐宰、回收率气一直保持在良好的状态,同时末更换滤芯,也末清洗膜,说明预处理系统是成功的、可靠的。

3.1.3RO装置的设计
  产水水质、水量的要求取决于R0元件规格、RO组件的排列及水的利用串。水的回收率一般为60%~75%。
  车轮阴极电泳生产线需要的纯水电导率为小于10μs/cm,这是为了保证槽液电导率在工艺范围内。根据十堰地区水质情况和产水量要求,沙市水处理设备制造厂研制并提供的设备型号为SR082—5,三套组件串联安装。要求该设备:脱盐李为95%似上回收率为75%以上。

3.1.4制纯水工艺
  自来水—----原水泵—----输送泵--------砂滤-------活性炭滤——---精滤(微孔过滤)——高压泵-------反渗透装置——---贮水罐——----转移泵—---用水点

3.2设备安装、调试、生产 
  去年4月15号开始安装设备,包括设备安装,泵、管路、阀门安装,电气控制安装,仅用了一周的时间就顺利完成了设备安装,4月22号生产出了合格纯水,电导率为2.01μs/cm。 
  经过半年多的生产使用,设备运行正常,己生产合格纯水3000多吨,电导率值均在6μs/cm以下,浓水流量为1.6m3/hr,纯水流量为6m3/hr,测 原水电导率为200μs/cm,则: 
  脱盐率R=(Cf-Cp)/Cfx100%=97% 
  回收率Y=Qp/(Qp十Qm)×100%=79% 
  达到设计要求,该设备元器件可靠性高。 

3.3使用反渗透膜注意事项 
  在生产过程中,发现影响该设备反渗透性能的因素主要有以下方面。 

3.3.1进水水质 
  进水水质的好坏直接影响反渗透性能,必须十分重税原水的须处理。在生产中,对砂滤柱活性炭滤柱每周反清洗一次,以保证反渗透膜进行水质达标; 

3.3.2操作压力 
  在操作过程中,透水速度随操作压力的提高而增加,但压力提高会使膜受到压密实的影响而导致透水速变下降,因此操作压力应在0.8-1.5MPa为最佳。
3.3.3温度膜的透水速度随原水温度的提高而增加一般℃温度每提高l℃,透水量约增加2.5%--3.0%, 假定25℃时的透水量为l,但温度加高,膜会逐渐变软,使膜受压密实程度增加,为兼顾二者,使膜能高效率地运行,宜把进水温度控制在15--35℃。 

3.3.4膜的清洗 
  由于进水中会有微量的悬浮物、胶体、某些 难溶性盐和金属氧化物及细茵等杂质,并由于浓差极化的影响,反渗透装置经长期使用后,膜易一层沉淀物覆盖而结垢,因此必须清洗膜面,除去积蓄在膜面上的金属氧化物和有机物等污垢 以恢复膜的性能。 

4 反渗透技术制纯水与离子交换法制纯; 
  a.产水水质好:反渗透技术是膜分离技术的一种,它不仅可以脱盐,使电导率达到使用要求,而且可以除去水中的微量有机物及Si02等微粒,而离子交换法对上述微粒去除率很低,因此反渗透法出水水质优于离子交换法出水水质。
  b.制水成本低:反渗透法制纯水成本约为离子交换法制纯水成本的三分之二。
  c.操作简便,工人劳动强度小,清洗周期长,基本无环境污染:工人每天操作反渗透纯水设备很轻松,克服了离子交换法生产纯水需要大量的酸、碱溶液,保护了工人的身体健康,避免了大量的环境污染。本公司该套设备已顺利运行半年多的时间,情况良好,膜管一直没有清洗。
  d.出水水质稳定:反渗透法制纯水基本是物理过程,离子交换法制纯水是化学过程。当离子换树脂中的有效官能团接近枯萎时,水质迅速变差,就需要再生了。而反渗透不存在这个问题,即使运行时间很长,只是产水量下降,水质并无大的变化。当原水电导率升高内,离子交换很快就要再生,但反渗透仍可运行,水质达到标准。如表l,
随时间不同,纯水电导宰与原水电导率的变化。

表1

生产天数  原水电导串(μs/cm)  纯水电导率
2 198   2.01
4  199  2.01
6 200 2.02
8 201  2.05
10 201 2.10
12  210  2.14
14 220   2.52
16  218 2.52
18 208 2.53
20  205  2.54
22 200  3.OO
24 199 3.02
26 198   3.05
28 198  3.20
30 199   3.25


5结论
反渗透技术制纯水具有产水水质好,制水成本低,操作简便,工人劳动强度小,清洗周期长,基本无环境污染和出水水质稳定的优点,该技术我公司车轮涂装线上的成功应用,填补了东风公司涂装行业无反渗透系统制纯水的空白,该技术已经成熟,值得在涂装行业推广应用。

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