電滲析在鐵路系統(tǒng)的應(yīng)用

一、工程概況

　　鐵路系統(tǒng)應(yīng)用電滲析有三方面，即蒸汽機(jī)車鍋爐給水、內(nèi)燃機(jī)車?yán)鋮s用水和電氣機(jī)車蓄電池的電解液用水。三種類型機(jī)車用水的水質(zhì)均有特殊要求，從1978年開始，鐵路系統(tǒng)已相繼在全國十幾個給水站用上電滲析。如鄭州、武漢、沈陽、北京及蘭州鐵路局均有工程實例，全國鐵路系統(tǒng)推廣較快，工藝不斷完善，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益，發(fā)展前景極好。

　　二、設(shè)計原始資料

　　全國各地鐵路系統(tǒng)原水水質(zhì)不盡相同，而且有的地方差別很大，通常含鹽量一般不超過2000mg/L，硬度一般不超過15mmol/L。

　　鐵路系統(tǒng)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如表所示。

　　三、工藝流程及主要設(shè)備

　　根據(jù)不同原水水質(zhì)采用電滲析（ED）和離子交換（IX）聯(lián)合制水工藝，主要有以下幾種形式。

　　1．電滲析-鈉床軟化除鹽系統(tǒng)

        適用于處理含鹽量400mg/L，Cl-≤80mg/L的原水。

　　2．電滲析-復(fù)床除鹽系統(tǒng)

       適用于含鹽量200～5000mg/L的原水，Cl-≤40mg/L，硬度較低的原水。

　　3．電滲析-混床除鹽系統(tǒng)

        適用于含鹽量＜1000mg/L的原水，出水電導(dǎo)率＜1ms/cm。

　　4．電滲析-復(fù)床-混床除鹽系統(tǒng)

       其除氯、除硬率分別達(dá)到99％和10％，出水水質(zhì)好，對原水適應(yīng)性大，但制水成本較高，混床再生較麻煩。

　　四、運行情況

　　現(xiàn)介紹鄭州鐵路局和北京鐵路局兩個工程實例。

　　1．鄭州鐵路局機(jī)務(wù)北段

　　采用鈉床-電滲析-混床聯(lián)合脫鹽工藝，其電滲析工藝流程如圖6-4所示。

　　該水站使用的原水系自來水和深井水的混合水，原水水質(zhì)如表所示。

　　產(chǎn)水能力為2m3/h，已于1987年投產(chǎn)運行。出水水質(zhì)如表所示。

        注：鈉床進(jìn)水濁度一般為3mg/L，出水濁度一般為1mg/L。混床出水二氧化硅經(jīng)抽查為0.04mg/L。

　　（1）鈉離子交換器鈉離子交換器設(shè)于ED之前，起到截留水中細(xì)小懸浮物作用，因此交換器中的樹脂要經(jīng)常進(jìn)行反洗，以排除樹脂層中的雜質(zhì)。工程中自行設(shè)計了一種直徑500mm，樹脂工作層高2.0m，交換器內(nèi)的樹脂可分層進(jìn)行反洗，運行流速高達(dá)20～30m/h。

　　經(jīng)鈉離子交換器，水的濁度由3mg/L左右降至1mg/L。

　　（2）電滲析器  選用四級四段400mm×800mm×0.9mm隔板360對網(wǎng)式電滲析器，臥式安裝，產(chǎn)水量2m3/h，隔板流速為2.1cm/s，采用鈦涂釕電極。

　　ED采用濃水直接排放。為使原水利用率提高到60％以上，除了將極水回收到軟水箱重復(fù)使用外，并將排出的40％濃水作空壓機(jī)循環(huán)用水、再生劑配制用水及洗滌用水。這樣制備1m3淡水，約需要1.65m3原水。

　　由于進(jìn)入ED的是軟水，內(nèi)部不會結(jié)垢，故電滲析倒極時間延長到4h。膜的工作電壓為1.56～2.0V/對，除鹽率達(dá)到87％～90％。自1987年9月投產(chǎn)，運行了7個多月，ED未進(jìn)行酸洗，水流阻力未見增長，ED解體檢查，各部分均未發(fā)現(xiàn)結(jié)垢，充分說明軟水進(jìn)入ED，可使膜對電壓達(dá)到2V左右，相應(yīng)提高了脫鹽率。

　　（3）IX混合床  選用陰離子樹脂外移再生式混合床，包括混合罐和再生罐，直徑均為500mm，再生罐在再生時僅裝入陰離子樹脂。

　　混合罐內(nèi)樹脂層高1.8m，陽、陰離子樹脂混合比為1∶2，其運行方式與順流再生固定床基本相同。樹脂失效后，從混合罐底部進(jìn)水，反洗樹脂層，利用水力使陽、陰離子樹脂分層后，再供水力將陰離子樹脂送到再生罐，然后分別在混合罐及再生罐進(jìn)行酸、堿再生處理。再生后進(jìn)行清洗，采用原水或電滲析濃水清洗陽樹脂，采用電滲析淡水清洗陰樹脂。清洗后再將陰離子樹脂用水力送回到混合罐。陰、陽離子樹脂混合前，先將罐內(nèi)積水排至樹脂層面以上100～150mm處，使樹脂層有充分的活動空間，陰、陽離子樹脂采用抽真空混合法，由上部抽真空下部進(jìn)空氣，混合5～10min。樹脂混合好后，進(jìn)行正洗，進(jìn)水與運行條件相同。

　　（4）技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較  鈉床-ED-IX混床（新法）比陽床-陰床-混床（舊法）節(jié)省酸、堿用量78.2％，同時減少了再生廢液的排放，減輕了環(huán)境污染。

　　按1987年的市場價格新法制水成本為0.955元/m3，而舊法制水成本為1.428元/m3，新法降低成本33.1％。

　　2．北京鐵路局豐臺機(jī)務(wù)段內(nèi)燃機(jī)車?yán)鋮s用水

　　1990年將原陽床-陰床-混床制水工藝改為電滲析-陽床-陰床-陰床制水新工藝。

　　原水水質(zhì)：TDS 1450mg/L，EC 1800ms/cm，硬度1154mg/L，氯根196mg/L。

　　產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到鐵道部規(guī)定的內(nèi)燃機(jī)車?yán)鋮s用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　產(chǎn)水能力10m3/d。

　　改造方案采取以下措施。

　　（1）在IX前設(shè)置ED作為預(yù)脫鹽設(shè)備，ED脫鹽率90％時，預(yù)計降低IX負(fù)荷90％，運行周期可延長10倍，周期產(chǎn)水量增加10倍，再生次數(shù)和酸、堿用量分別降低9/10。

　　（2）將順流再生改為逆流再生，可提高樹脂的工作交換容量10％～15％。

　　（3）將陽床-陰床-混床制水工藝改為ED-陽床-陰床-陰床制水工藝，陰床串聯(lián)運行可提高樹脂的飽和度，增加周期產(chǎn)水量。

　　（4）交換樹脂再生用洗滌水，以ED淡水代替原水，降低了洗滌水的含鹽量，減少了樹脂交換容量的損失。

　　（5）經(jīng)濟(jì)效益原工藝制水能力10m3/d時，耗酸（30％HCl）4t/月，單耗13.33kg/m3，耗堿（固體NaOH）2t/月，單耗6.66kg/cm3。而改造后發(fā)生顯著變化，技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表6-10所示。表6-10新舊制水工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

　　改造后節(jié)酸45t/a，約合1.57萬元，節(jié)堿23t/a，約合5.7萬元，酸、堿節(jié)約合計7.2萬元。而系統(tǒng)改造費ED設(shè)備等共計為7-5萬元，當(dāng)年即可回收全部設(shè)備投資，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。