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不锈钢冷轧生产中超纯水的制备新工艺

来源:未知 编辑:admin 时间:2017-08-02
本文介绍了太钢超纯水制备中EDI和混床的应用,从运行情况看,EDI处理工艺具有连续运行周期长,出水水质稳定,且具有自动化程度高、不需酸碱再生、无酸碱液排放、绿色环保等特点,是一种性价比更优的超纯水制备工艺。大家在相关论文写作时,可以参考这篇题目为“不锈钢冷轧生产中超纯水的制备新工艺”的冶金工程论文。
  
不锈钢冷轧生产中超纯水的制备新工艺

  原标题:EDI和混床在超纯水制备中的应用
  
  摘要:介绍了太钢超纯水制备中EDI和混床的应用,从运行情况看,EDI处理工艺具有连续运行周期长,出水水质稳定,且具有自动化程度高、不需酸碱再生、无酸碱液排放、绿色环保等特点,是一种性价比更优的超纯水制备工艺。
  
  关键词:电除盐;混床;超纯水
  
  1概述
  
  近年来,随着亚临界、超临界、超超临界发电机组投入运行,对于锅炉补给水水质要求越来越高,需要补水的电阻率达到16 MΩ以上;另外,在不锈钢冷轧生产过程中需要用超纯水冲淋钢坯表面。
  
  常用的超纯水制备方法有【1】:离子交换法、一次蒸馏冷凝法、电渗析法、超滤+反渗透+混床、超滤+反渗透+EDI等,随着双膜法的快速发展和新技术的应用,目前阳床+阴床+混床的离子交换法处理工艺已经逐渐被淘汰,超滤+反渗透+混床和超滤+反渗透+EDI的处理技术越来越多的在超纯水制备中得到广泛应用。
  
  2系统工艺流程
  
  太钢能源动力总厂自备电厂的亚临界锅炉和炼钢焦化的高压锅炉补给水是采用超滤+反渗透+EDI的处理工艺,轧线的超纯水是采用超滤+反渗透+混床的处理工艺。
  
  工艺流程见图1.
  
  工艺流程图
  
  2.1原水水质
  
  两套系统的进水水质不一样,作为电厂锅炉补水的系统进水为地表水和地下水,水质较好;作为轧线用水的系统进水为处理后的冶炼废水,水质差。进水水质见表1.
  
  进水水质指标
  
  2.2超滤和反渗透膜
  
  预处理阶段,两套系统都是采用双膜法处理工艺。超滤膜为外压式中空纤维膜,回收率为90%;一级反渗透膜和二级反渗透膜都使用的是卷式聚酰胺芳香复合膜,一级二段,一级回收率为75%,二级回收率为90%.超滤和反渗透膜均为进口膜元件。
  
  为了脱除一级反渗透产水中的CO2,进入二级反渗透膜的水都要经过除碳塔和加碱调节p H值处理。
  
  2.3 EDI电除盐系统
  
  电除盐(EDI)是将电渗析技术和离子交换技术融为一体,通过阴、阳离子膜对阴、阳离子的选择透过作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用,在电场的作用下实现水中离子的定向迁移,从而达到水的深度净化除盐,并通过水电解产生的氢离子和氢氧根离子对装填树脂进行连续再生,因此EDI制水过程不需酸、碱化学药品再生即可连续制取高品质超纯水。
  
  EDI的工作原理如图2所示【2】,在电渗析器中的淡水室、浓水室和极水室装填了阴、阳混合树脂,在运行过程中能同时进行三个主要过程:
  
  ①在外电场作用下,水中电解质离子通过离子交换树脂进行选择性迁移;
  
  ②阴阳混合离子交换树脂上的OH-和H+对水中电解质离子的离子交换;
  
  ③离子交换树脂界面的极化过程产生的H+和OH-及交换剂本身的水解作用对交换树脂进行的电化学再生。
  
  EDI的工作原理图
2.3.1 EDI装置技术参数【3】:
  
  产水量:100 m3/h ×6
  
  系统回收率:≥90%
  
  EDI膜块型号:LXM30
  
  单只模块设计产水量:3.03 m3/h
  
  单套装置模块总数:33只
  
  电压:0~600 V
  
  电流:0~10 A
  
  标称压降:1.4~2.1 bar
  
  生产商:Ionpure公司
  
  2.3.2 EDI装置
  
  EDI装置由EDI模块、控制系统、流量计、压力表、测量仪表(电导率仪、硅表)、阀门管件组成。
  
  EDI膜堆采用的是全填充式膜堆,在浓水与极水室中也填充了树脂,所以不需要往浓水室加盐和浓水循环操作,便能得到稳定的产水品质和较高的回收率。EDI装置能单独运行,也可同时运行。产品水管和浓水管设有取样点,能有效的诊断并确定系统的缺陷。各套装置均设有浓水、产品水流量计和产品水电导率仪和硅表,进口前和产水管均设有不合格水排放阀,浓水排放到一级反渗透膜产水水箱。
  
  EDI装置见图3.
  
  EDI装置
  
  2.3.3 EDI进水水质条件
  
  EDI对于进水水质指标要求如下:
  
  温度: 5~45 ℃;
  
  硬度(以Ca CO3计):<1 mg/L;
  
  游离余氯(Cl2):≤0.05 mg/L;
  
  Fe,Mn:≤0.01 mg/L;
  
  p H:4~11;
  
  二氧化硅(以Si O2计)≤1 mg/L;
  
  给水电导率:<40 μS/cm;
  
  TOC:≤0.5 mg/L.
  
  2.4混床
  
  混床是混合离子交换柱的简称,就是把一定比例的阴、阳离子交换树脂混合装填于同一交换装置中,对流体中的离子进行交换、脱除。
  
  混床技术参数:
  
  产水量:100 m3/h ×3
  
  工作压力:≤0.6 MPa
  
  工作温度:5~45 ℃
  
  运行流速:40~60 m/h
  
  水反洗强度:8~12 m/h
  
  再生流速:4~6 m/h
  
  再生液浓度:3~5%
  
  再生形式:体内同步再生
  
  填料高度:阳树脂001×7 600mm,阴树脂201×71200mm
  
  3运行情况
3.1产水情况
  
  各阶段产水水质情况见表2.
  
  产水水质指标
  
  EDI处理系统的一级和二级反渗透膜从2009年投入使用至今,已经连续运行了7年时间,期间未进行过膜组更换,当反渗透膜出现膜污堵的情况时,主要是通过化学清洗来恢复,所以目前整体的脱盐率偏低,只有85%~92%,但是二级反渗透膜产水水质能够满足EDI装置运行要求。
  
  混床处理系统虽然进水水质条件很差,但是一级和二级反渗透膜的整体脱盐率较高,达到94%~96%,所以产水水质也能满足混床运行需要。
  
  从最终产水电导率和二氧化硅含量数据看,E-DI处理系统要好于混床处理系统。
  
  3.2混床再生情况
  
  当混床出现出水电导率≥0.2 μS/cm或是二氧化硅≥20μg/L的情况时,就需要进行再生处理。
  
  混床再生步骤:
  
  反洗分层1120 s →沉降480 s →排水180 s→预喷射180 s →酸碱再生1500 s(酸再生液浓度5%,碱再生液浓度4%,酸碱喷射流量25 m3/h)→碱再生1200 s →置换2800 s →灌水120 s→阴树脂冲洗600 s →正洗600 s →排水185 s→混合树脂300 s →快速排水65 s →灌水120 s→正洗60 s
  
  目前混床累积产水量达到5200~6700 t时,也就是连续运行52~67 h左右就需要再生一次,每次再生需要消耗近1.8 t的浓盐酸和2.7 t的31%液碱,而且存在再生步骤多、操作繁琐、再生效果有反复等问题。
  
  3.3 EDI化学清洗情况
  
  一般情况,每运行1~2年需要对EDI进行化学清洗。另外,当EDI出现出水电导率≥0.2 μS/cm或是二氧化硅≥20 μg/L的情况时,也需要进行化学清洗。
  
  EDI化学清洗步骤:
  
  ①配制5%(质量百分比)的Na Cl溶液,冲洗E-DI膜堆,边冲洗边排放,持续最少5 min,淡水流量取正常推荐流量的一半(50 m3/h),浓水流量为淡水流量的一半(25 m3/h)。
  
  ②用RO或EDI产 水 冲 洗EDI膜 堆 最 少5min,淡水流量50 m3/h,浓水流量25 m3/h.
  
  ③配制5%的Na Cl和2%Na OH(质量百分比)混合液,循环EDI膜堆,淡水流量100 m3/h,浓水流量50 m3/h,这个循环最少持续1~2 h,最好用40~45℃的水配制此溶液,效果更好,但别超过45 ℃。
  
  ④停止循环,用上步配制的溶液浸泡膜堆一晚。
  
  ⑤用盐/碱混合液浸泡一晚后,溶液再循环30min左右,然后将清洗罐排尽。
  
  ⑥重复②步和①步置换出膜堆中的碱,准备低p H清洗。
  
  用RO或EDI产水冲洗EDI膜堆最少5 min,淡水流量50 m3/h,浓水流量25 m3/h.
  
  配制5%的Na Cl溶液,冲洗EDI膜堆,边冲洗边排放,持续最少5 min,淡水流量50 m3/h,浓水流量25 m3/h.
  
  ⑦配制2%的HCl(质量百分比)溶液,在膜堆中循环,通过加酸保持清洗液的p H值在0.5~1.0,持续循环1 h,不要加热清洗液。如果怀疑结垢严重时,也可以进行整晚浸泡。
  
  ⑧排尽酸洗液后,在电源关闭的情况下冲洗。
  
  ⑨打开电源,进行冲洗和再生。
  
  EDI清洗药品纯度要求高【4】,最好为分析级,如采用杂质较高的药品或不明来源的药品,会对纯水系统及EDI装置造成污染,影响水质。
  
  该套EDI装置已经满负荷连续运行7年时间,期间更换了10个EDI膜堆,产水量和产水品质非常稳定,不会因再生而停机,不需要酸碱再生,没有废液排放。
3.4两种处理工艺对比
  
  两种处理工艺情况对比见表4.
  
  两种处理工艺对比
  
  4结语
  
  ⑴在超纯水制备中,预处理采用超滤和二级反渗透膜处理,精处理采用混床或EDI处理工艺能得到产水水质稳定和合格的超纯水;
  
  ⑵混床在制备超纯水过程中需要频繁酸碱再生,酸碱量消耗大,而且存在再生步骤多、操作繁琐、再生效果多反复等问题,连续运行周期短;
  
  ⑶同样的进水条件下,EDI处理技术由于不需要酸碱再生、不污染环境、模块化设计安装调试方便、运行操作简单劳动强度低、产水量和品质稳定、连续运行周期长等特点,比混床处理具有更大的优势和性价比;
  
  ⑷当EDI受到污染或性能衰减时,通过及时的、合理的化学清洗能使其恢复处理性能。
  
  参考文献:
  [1]尤璐,一级RO-EDI工艺在制药纯化水制备中的应用[J],工业用水与废水,2016,47(1):80-83
  [2]房海阔,魏洪军,电去离子(EDI)技术在热电厂水处理中的应用[J],净水技术,2002,21(2):17-19
  [3]王瑞红,武淑薇,韩兴国,EDI电除盐系统在自备电厂锅炉补给水处理系统中的应用[M],2010年全国钢铁企业供排水专业年会论文集,58-60
  [4]郭银明,李为,段宏锋,等,超纯水系统EDI装置化学清洗及灭菌方法[J],工业水处理,2014,34(5):93-96


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