一、工程概况
铁路系统应用电渗析有三方面，即蒸汽机车锅炉给水、内燃机车冷却用水和电气机车蓄电池的电解液用水。三种类型机车用水的水质均有特殊要求，从1978年开始，铁路系统已相继在全国十几个给水站用上电渗析。如郑州、武汉、沈阳、北京及兰州铁路局均有工程实例，全国铁路系统推广较快，工艺不断完善，取得了明显的经济效益、环境效益和社会效益，发展前景极好。
二、设计原始资料
全国各地铁路系统原水水质不尽相同，而且有的地方差别很大，通常含盐量一般不超过2000mg/L，硬度一般不超过15mmol/L。
铁路系统用水水质标准如表所示。
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项 目
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水质指标
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蒸汽机车锅炉供水
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内燃机车冷却用水
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蓄电池电解液用水
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电导率/（ms/cm）
TDS/（mg/L）
总硬度/（meq/L）
非碳酸盐硬度/（meq/L）
钠、钾碱度/（meq/L）
氯离子/（mg/L）
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≤400
≤4.0
≤1.0
≤2.0
≤100
|
≤0.05
≤5
|
≤1～2
100
≤5
|
|
三、工艺流程及主要设备
根据不同原水水质采用电渗析（ED）和离子交换（IX）联合制水工艺，主要有以下几种形式。
1．电渗析-钠床软化除盐系统
适用于处理含盐量400mg/L，Cl-≤80mg/L的原水。
2．电渗析-复床除盐系统
适用于含盐量200～5000mg/L的原水，Cl-≤40mg/L，硬度较低的原水。
3．电渗析-混床除盐系统
适用于含盐量＜1000mg/L的原水，出水电导率＜1ms/cm。
4．电渗析-复床-混床除盐系统
其除氯、除硬率分别达到99％和10％，出水水质好，对原水适应性大，但制水成本较高，混床再生较麻烦。
四、运行情况
现介绍郑州铁路局和北京铁路局两个工程实例。
1．郑州铁路局机务北段
采用钠床-电渗析-混床联合脱盐工艺，其电渗析工艺流程如图6-4所示。
该水站使用的原水系自来水和深井水的混合水，原水水质如表所示。
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项目
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TDS
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硬度
/meq/L
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碱度
/meq/L
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Ca2+
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Mg2+
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Na++K+
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|
|
Cl-
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指标
|
570
|
5.12
（max6.5）
|
3.75
|
59.3
|
26. 3
|
74.5
|
100.9
|
227.5
|
71.0
（max100）
|
10.2
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产水能力为2m3/h，已于1987年投产运行。出水水质如表所示。
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原水水质
|
钠床出水
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电渗析出水
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混床出水
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温度/℃
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硬度/
（meq/L）
|
氯根/
（mg/L）
|
pH值
|
流量/
（m3/h）
|
硬度/
（meq/L）
|
电导率/
（ms/cm）
|
流量/
（m3/h）
|
氯根/
（mg/L）
|
电导率/
（-/cm）
|
pH值
|
除盐率/
％
|
流量/
（m3/h）
|
电导率/
（ms/cm）
|
pH值
|
|
15
15
15
15
15
14
14
|
5.36
5.36
5.36
5.36
5.36
5.44
5.44
|
76
76
76
76
76
81
81
|
8.2
8.12
8.12
8.07
8.10
8.0
8.11
|
4
4
4
4
4
4
4
|
0
0
0
0
0
0
0
|
620
620
620
620
620
650
650
|
2
2
2
2
2
2
2
|
4
4
4
4
4
4
4
|
60
70
80
74
76
68
76
|
5.66
5.84
5.70
5.94
5.90
6.12
6.5
|
90.3
88.7
87.1
88.1
87.7
89.5
88.3
|
2
2
2
1.5
1.5
1.5
1.5
|
0.5
0.8
0.6
0.44
0.5
0.7
0.52
|
7.62
6.42
7.14
7.10
6.76
7.11
7.02
|
|
注：钠床进水浊度一般为3mg/L，出水浊度一般为1mg/L。混床出水二氧化硅经抽查为0.04mg/L。
（1）钠离子交换器钠离子交换器设于ED之前，起到截留水中细小悬浮物作用，因此交换器中的树脂要经常进行反洗，以排除树脂层中的杂质。工程中自行设计了一种直径500mm，树脂工作层高2.0m，交换器内的树脂可分层进行反洗，运行流速高达20～30m/h。
经钠离子交换器，水的浊度由3mg/L左右降至1mg/L。
（2）电渗析器 选用四级四段400mm×800mm×0.9mm隔板360对网式电渗析器，卧式安装，产水量2m3/h，隔板流速为2.1cm/s，采用钛涂钌电极。
ED采用浓水直接排放。为使原水利用率提高到60％以上，除了将极水回收到软水箱重复使用外，并将排出的40％浓水作空压机循环用水、再生剂配制用水及洗涤用水。这样制备1m3淡水，约需要1.65m3原水。
由于进入ED的是软水，内部不会结垢，故电渗析倒极时间延长到4h。膜的工作电压为1.56～2.0V/对，除盐率达到87％～90％。自1987年9月投产，运行了7个多月，ED未进行酸洗，水流阻力未见增长，ED解体检查，各部分均未发现结垢，充分说明软水进入ED，可使膜对电压达到2V左右，相应提高了脱盐率。
（3）IX混合床 选用阴离子树脂外移再生式混合床，包括混合罐和再生罐，直径均为500mm，再生罐在再生时仅装入阴离子树脂。
混合罐内树脂层高1.8m，阳、阴离子树脂混合比为1∶2，其运行方式与顺流再生固定床基本相同。树脂失效后，从混合罐底部进水，反洗树脂层，利用水力使阳、阴离子树脂分层后，再供水力将阴离子树脂送到再生罐，然后分别在混合罐及再生罐进行酸、碱再生处理。再生后进行清洗，采用原水或电渗析浓水清洗阳树脂，采用电渗析淡水清洗阴树脂。清洗后再将阴离子树脂用水力送回到混合罐。阴、阳离子树脂混合前，先将罐内积水排至树脂层面以上100～150mm处，使树脂层有充分的活动空间，阴、阳离子树脂采用抽真空混合法，由上部抽真空下部进空气，混合5～10min。树脂混合好后，进行正洗，进水与运行条件相同。
（4）技术经济比较 钠床-ED-IX混床（新法）比阳床-阴床-混床（旧法）节省酸、碱用量78.2％，同时减少了再生废液的排放，减轻了环境污染。
按1987年的市场价格新法制水成本为0.955元/m3，而旧法制水成本为1.428元/m3，新法降低成本33.1％。
2．北京铁路局丰台机务段内燃机车冷却用水
1990年将原阳床-阴床-混床制水工艺改为电渗析-阳床-阴床-阴床制水新工艺。
原水水质：TDS 1450mg/L，EC 1800ms/cm，硬度1154mg/L，氯根196mg/L。
产水水质达到铁道部规定的内燃机车冷却用水水质标准。
产水能力10m3/d。
改造方案采取以下措施。
（1）在IX前设置ED作为预脱盐设备，ED脱盐率90％时，预计降低IX负荷90％，运行周期可延长10倍，周期产水量增加10倍，再生次数和酸、碱用量分别降低9/10。
（2）将顺流再生改为逆流再生，可提高树脂的工作交换容量10％～15％。
（3）将阳床-阴床-混床制水工艺改为ED-阳床-阴床-阴床制水工艺，阴床串联运行可提高树脂的饱和度，增加周期产水量。
（4）交换树脂再生用洗涤水，以ED淡水代替原水，降低了洗涤水的含盐量，减少了树脂交换容量的损失。
（5）经济效益原工艺制水能力10m3/d时，耗酸（30％HCl）4t/月，单耗13.33kg/m3，耗碱（固体NaOH）2t/月，单耗6.66kg/cm3。而改造后发生显著变化，技术经济比较如表6-10所示。表6-10新旧制水工艺技术经济比较
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项 目
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旧 工 艺
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新 工 艺
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EDε=90％
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EDε=95％
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原水含盐量/（mg/L）
产水量/（m3/周期）
运行时间/（h/周期）
再生频率/（次/月）
耗酸量/（kg/m3纯水）
耗碱量/（kg/m3纯水）
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1450
7.5
7.5
40
13.33
6.66
|
145
75
75
4
06
0.2
|
73
150
150
2
0.33
0.13
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改造后节酸45t/a，约合1.57万元，节碱23t/a，约合5.7万元，酸、碱节约合计7.2万元。而系统改造费ED设备等共计为7-5万元，当年即可回收全部设备投资，其经济效益十分显著。
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