1、20噸/時二級反滲透+EDI超純水設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)
1.1原水：自來水
1.2產(chǎn)水用途：生產(chǎn)用水
1.3產(chǎn)水量：20 m3/h
1.4出水水質(zhì)：電阻率≥18 MΩ.cm
1.5出水水溫：常溫
2、工藝流程示意圖

3、工藝流程說明
3.1 系統(tǒng)組成

3.2 系統(tǒng)布局
預(yù)處理部分、二級反滲透部分、EDI部分、18M供水部分集中放置在*水站。為保證高純水的水質(zhì)和水量，將整個水處理系統(tǒng)置于PLC控制下運行，并適時監(jiān)控。
3.3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)采用分散控制，集中監(jiān)視的控制系統(tǒng)。操作站選用PLC控制器控制，組成一個高可靠性的自動運行和監(jiān)視控制的控制系統(tǒng)。       
3.4工藝流程簡圖
原水箱→原水泵→機械濾器→活性碳濾器→阻垢加藥裝置→保安過濾器→一級高壓泵→一級反滲透裝置→PH調(diào)節(jié)裝置→二級高壓泵→二級反滲透裝置→純水箱→純水泵→UV裝置→精密濾器→EDI設(shè)備→超純水箱→變頻水泵→除TOC裝置→精混床→精密濾器→用水點
4.0 工藝說明
4.1  預(yù)處理部分  目的：為反滲透裝置提供合格的進水。
4.1.1原水預(yù)處理的目的和組成
A.反滲透設(shè)備系統(tǒng)進水要求：
（1）污染指數(shù)：          SDI≤4；
（2）余氯：              <0.1 ppm
（3）濁度                <1NTU
（4）供水Fe3+             ≤0.01ppm。
（5）供水水溫適宜范圍    10～30℃。
（6）碳酸鈣飽和指數(shù)      LSI：<0
B.預(yù)處理系統(tǒng)就是通過過濾、吸附等方法使反滲透進水達到以上要求，以實現(xiàn)以下目的：
（1）防止反滲透裝置膜面結(jié)垢（包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、鐵鋁氧化 物等）；
（2）防止膠體物質(zhì)及懸浮固體微粒對反滲透的污堵；
（3）防止有機物質(zhì)的對反滲透的污堵和降解；
（4）防止微生物對反滲透的污堵；
（5）防止氧化性物質(zhì)對反滲透膜的氧化破壞；
C.預(yù)處理系統(tǒng)的組成：包括機械濾器、活性炭濾器。
4.1.2機械濾器  機械濾器中的濾料包括多種規(guī)格的石英砂，用于除去原水中的懸浮物及及脫穩(wěn)后的膠體,以使出水的污染指數(shù)SDI<4達到RO進水要求。
4.1.3活性炭濾器  活性炭被廣泛應(yīng)用于生活用水及食品工業(yè)、化工等工業(yè)用水的凈化，由于活性炭的比表面積很大，其表面又布滿了平均為20—30埃的微孔，因此，活性炭具有很高的吸附能力。此外，活性炭的表面有大量的羥基和羧基等官能團，可以對各種性質(zhì)的有機物質(zhì)進行化學(xué)吸附，以及靜電引力作用，因此，活性炭還能去除水中對陰離子交換劑有害的腐殖酸、富維酸、木質(zhì)磺酸等有機物質(zhì)，還可去除象余氯一類對陰離子交換劑有害物質(zhì)，從而提高了除鹽水處理能力，防止樹脂被氧化。通常能夠去除63%—86%膠印體物質(zhì)，50%左右的鐵，以及47—60%的有機物質(zhì)。
4.1.4阻垢加藥裝置  自來水中含有一部分鈣、鎂離子等容易結(jié)垢性的物質(zhì)，此類離子在水中的溶解性相對比較小，而反滲透部分對離子的攔截比較充分，必然會加大濃水側(cè)離子的濃度；從而導(dǎo)致影響整個反滲透膜的進水通道。阻垢劑是一種增大難溶解性離子溶解度的一種化學(xué)藥品，通常對鈣、鎂離子的溶解度能增加3倍左右；能很好的調(diào)節(jié)由于濃縮而引起的結(jié)垢總問題。阻垢劑的投加量一般在2-5ppm左右。根據(jù)原水水質(zhì)的總硬試值調(diào)節(jié)加藥量。
4.2  二級反滲透部分
滲透是水從稀溶液一側(cè)通過半透膜向濃溶液一側(cè)自發(fā)流動的過程。半透膜只允許水通過，而阻止溶解固形物(鹽)的通過，見圖 (a)。 濃溶液隨著水的流人而不斷被稀釋。當(dāng)水向濃溶液流動而產(chǎn)生的壓力足夠用于阻止水繼續(xù)凈流入時，滲透處于平衡狀態(tài)，見圖 (b)。平衡時，水從任一邊通過半透膜向另一邊流入的數(shù)量相等，即處于動態(tài)平衡狀態(tài)，而此時壓力p稱為溶液的滲透壓(注意：半透膜一邊是純水，另一邊是鹽溶液)?！　‘?dāng)在濃溶液上有外加壓力，且該壓力大于滲透壓時，濃溶液中的水就會通過半透膜流向稀溶液，使得濃溶液的濃度更大，這一過程就是滲透的相反過程，稱為反滲透，見圖 (c)?！　B透是自發(fā)過程，而反滲透則是非自發(fā)過程。反滲透系統(tǒng)正是利用反滲透的原理，將需要處理的高含鹽水用高壓泵加壓，迫使水透過反滲透膜，以達到脫除鹽份的目的。二級反滲透是對一級反滲透產(chǎn)水的進一步提純。
4.2.1保安濾器  為防止水中及管道中的微粒進入高壓泵和RO膜組件，特設(shè)置保安濾器作為后置的預(yù)處理手段。作為保險措施，即使多介質(zhì)機械濾器過濾不*，也能夠保證反滲透膜不會受到嚴重污染。保安濾器內(nèi)裝5um的聚丙稀微孔濾器。當(dāng)濾器進出囗壓差大于0.05-0.1Mpa時需更換濾芯（由于被過濾的介質(zhì)直接進入到微孔濾膜的空隙中，因此很難通過酸堿清洗恢復(fù)通量）。濾器結(jié)構(gòu)能滿足快速更換濾芯的要求。
4.2.2高壓泵  反滲透膜分離推動力是壓力差，因此設(shè)置高壓泵使反滲透的進水達到一定的壓力，讓反滲透過程得以進行。即克服滲透壓使水分子透過反滲透膜到淡水層。高壓泵采用變頻器設(shè)置加、減速時間減緩高壓泵啟動時膜的沖擊，變頻器還能進一步起到節(jié)約能量的作用；新系統(tǒng)剛運行的時候?qū)M水的壓力要求比使用一段時間之后對進水的壓力要求要低。采用變頻裝置能更好的控制高壓泵的壓力與進水流量之前的變化。本系統(tǒng)設(shè)置了進水低壓保護和出水高壓保護。
4.2.3反滲透本體裝置  反滲透裝置是該項目預(yù)脫鹽的心臟部分，經(jīng)反滲透處理的水能去除絕大部分無機鹽、有機物、微生物及細菌等。
4.2.3.1系統(tǒng)設(shè)備選型  膜組件選用美國陶氏公司BW30-400卷式組件。該組件由三層的薄膜復(fù)合，分別是zui上面的超薄脫鹽層（厚度約為0.2µm聚銑胺材質(zhì)）、中間的聚楓內(nèi)夾層和zui下面的聚酯支撐網(wǎng)層。該組件膜面積400平方英尺，產(chǎn)水通量大，對無機鹽具有99.5℅的脫除率。壓力膜管選用加拿大海德信公司于卷式RO組件的WAVE 300P-6型壓力膜管，該壓力膜管是增強FRP材質(zhì)，具有抗腐蝕性，耐壓300psi,管內(nèi)壁光滑裝卸方便等特點。每個壓力膜管可安裝6支膜組件。
4.2.3.2反滲透裝置工藝設(shè)計  整套系統(tǒng)反滲透膜裝置安置在一個機架上，并配置控制系統(tǒng)，在進水水溫25℃時二級反滲透產(chǎn)水量28.0T/H，每根膜組件zui大的回收率15℅計算，一級反滲透裝置需配膜組件36根， WAVE 300P-6壓力膜管6根；二級反滲透裝置需配膜組件30根，WAVE 300P-6壓力膜管5根；一級反滲透組合排列形式為3-2-1排列，二級反滲透組合排列形式為3-2。反滲透每支壓力膜管產(chǎn)水側(cè)設(shè)有取樣囗，方便取樣。
4.2.3.3自動低壓沖洗裝置  反滲透在運行的過程中，濃縮過程和濃差極化將導(dǎo)致膜表面所接觸原水的固含量濃度遠遠大于原水的本體濃度。因此配備自動低壓沖洗裝置在停機后、開機前對反滲透膜進行定時的低壓沖洗，將附于膜表面的少量污染物沖走。沖洗完成后，系統(tǒng)自動恢復(fù)到?jīng)_洗啟動前的狀態(tài)。
4.2.3.4就地儀表配置  反滲透裝置設(shè)置二次儀表顯示裝置，就地顯示產(chǎn)水量、電導(dǎo)率等重要參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)置高、低壓保護開關(guān)，保證反滲透系統(tǒng)安全可靠運行。
4.2.4反滲透純水箱  反滲透產(chǎn)品水送入PE材質(zhì)的水箱。該水箱設(shè)置高低液位控制裝置能控制泵的聯(lián)鎖，同時配備空氣呼吸器防止大氣中塵埃顆粒和細菌進入水箱。
4.2.5反滲透化學(xué)清洗裝置  無論預(yù)處理過程多么完善，在長期運行過程中，反滲透膜面上總會日積月累水中存在的各種污染物。從而使裝置的性能下降，如組件進出囗壓差升高、脫鹽率下降、產(chǎn)水量下降，當(dāng)這些變化超過原始值的15%時，就要用化學(xué)藥品進行清洗。為此，除日常運行中進行的低壓沖洗外，還需進行定期化學(xué)清洗，有時還需進行殺菌處理。
本系統(tǒng)配置的化學(xué)清洗裝置，其組成和流程如下：清洗液水箱——泵——精密濾器——流量計——反滲透裝置
化學(xué)清洗準(zhǔn)則
          A、裝置的產(chǎn)水量比初次或上一次清洗后下降5～10℅時；
          B、裝置的鹽透過率比初次或上一次清洗后提高一倍時；
          C、裝置各段的壓力差或壓力差的差值為初次或上一次清洗后的1～1.5倍時；
          D、裝置運行3-4個月時；
          E、裝置在長期停止運行前用NaHSO3溶液保護。
膜污染特征與化學(xué)清潔劑的選擇
表一：污染物類型與裝置性能的變化

表二  污染物種類與化學(xué)清潔劑配方

4.3  EDI部分
4.3.1 UV裝置  紫外光是電磁波譜的一部分，其波長位于100nm到400nm之間。滅菌波長位于200nm到310nm之間的波譜區(qū)。微生物被紫外光滅活是由于光化學(xué)反應(yīng)破壞了其體內(nèi)的核酸物質(zhì)的結(jié)果。這一過程有效的阻止了細胞和病毒的繁殖從而導(dǎo)致細胞的死亡。紫外光通過改變細菌、病毒和其它微生物細胞的遺傳物質(zhì)（DNA），使其不再繁殖而達到對水與廢水進行消毒的目的。浸沒于水下的燈管產(chǎn)生紫外光，當(dāng)水流流經(jīng)紫外燈管時，其中的微生物受到某一致死劑量紫外能的輻射。紫外劑量為所受UV輻射光強與曝光時間的乘積。
4.3.2 EDI裝置
EDI是連續(xù)電再生除鹽裝置的英文縮寫，是電解、滲析及離子交換相結(jié)合的深度脫鹽裝置，由給水室、濃水室和電極室組成。給水室內(nèi)裝填常規(guī)混合離子交換樹脂，給水室和濃水室之間裝有陽離子交換膜和陰離子交換膜。給水室中的陰（陽）離子在兩端電極作用下不斷通過裝置里的陰（陽）離子膜進入濃水室；H2O在直流電能的作用下可分解成H+和OH-，使給水室中的混合離子交換樹脂經(jīng)常處于再生狀態(tài)，因而有深度除鹽能力。因此EDI在通電狀態(tài)下可以不斷地制出純水，其內(nèi)填的離子交換樹脂不用酸堿再生。
運用EDI技術(shù)使酸堿污染降低為零，且可降低成本及勞動強度。反滲透產(chǎn)水經(jīng)過EDI裝置深度脫鹽處理后出水電阻率在16.0MΩ.cm（25℃）左右 。          
本系統(tǒng)配置德國西門子公司型號為IP-LMX-45Z處理量為7.5T/H的膜塊共4塊，每個膜塊設(shè)置單獨的電源。
正常情況下4塊同時工作，每個模塊處理水量為5T/H。為了保障用水安全，每個模塊可以單獨關(guān)閉。
本系統(tǒng)設(shè)置了水流保護開關(guān)，防止干燒導(dǎo)致EDI損壞。
4.3.3超純水箱  EDI產(chǎn)品水送入水箱。該水箱設(shè)置高低液位控制裝置能控制泵的聯(lián)鎖，同時配備氮封裝置防止大氣中塵埃顆粒和細菌進入水箱。
4.4  18M供水部分  EDI產(chǎn)水電阻率zui高在17 MΩ.cm左右，為達到用水標(biāo)準(zhǔn)，在終端增加了精混床用以提升水質(zhì)。
4.4.1 TOC脫除器  TOC脫除器采用的是185nm的紫外光，它能夠打開將有機物分子結(jié)合在一起的化合鍵。因此，這一波長的紫外光能夠破壞水中的有機化合物、臭氧、氯和氯胺。破壞產(chǎn)生后產(chǎn)生的物質(zhì)用后續(xù)的精混床脫除。同時，它也具有一定的殺菌作用。
4.4.2精混床  精混床是以陽、陰兩種離子交換樹脂按一定比例混合后裝填于同一交換器中，相當(dāng)于一個多級的除鹽系統(tǒng)。其中經(jīng)H型強酸性陽樹脂與水中陽離子交換后形成的H+，和經(jīng)OH型強堿性陰樹脂與水中陰離子交換后形成的OH-相結(jié)合，形成電離度很小的水，使交換過程中形成的H+和OH-不能積累，從而消除了反離子對交換過程的干擾，使離子交換反應(yīng)*,因此，混床出水水質(zhì)好。
（一）、氫型陽離子交換樹脂的交換反應(yīng)：
A、與碳酸鹽硬度的交換反應(yīng)：
Ca(HCO3)2 + 2RH → R2Ca + 2HO2 + 2CO2↑
Mg(HCO3)2 + 2RH → R2Mg + 2HO2 + 2CO2↑
 B、與非碳酸鹽硬度的交換反應(yīng)：
CaSO 4 + 2RH → R2Ca + H2SO4
CaCl2 + 2RH→ R2Ca + 2HCl
MgSO 4 + 2RH → R2Mg + H2SO4
MgCl2 + 2RH → R2Mg + 2HCl
C、與鈉鹽的交換反應(yīng)：
NaHCO 3 + 2RH → RNa + H2O + CO2↑
NaCl + RH → RNa + HCl
NaSO 4 + 2RH → RNa + H2SO4
Na2SiO 3 + 2RH → 2RNa + H2SiO3
（二）、氫氧型陰離子交換樹脂的交換反應(yīng)：
Cl- + ROH → RCl + OH-
HSO 4- + ROH → RHSO 4 + OH-
SO4- + ROH → R2SO4 + 2OH-
HCO3- + ROH → RHCO3 + OH-
HSiO3- + ROH → RHSiO3 + OH-
精混床樹脂不同于普通混床的樹脂，陽離子交換樹脂氫化率及陰離子交換樹脂氫氧化率幾乎達到了，并按比例充分混合。因此該樹脂無法再生，不過由于進水含鹽量低，一般可用1年左右時間。
4.4.3  終端膜濾器  0.22μ過濾器是用于阻擋純水中微小顆粒特，以滿足使用點對產(chǎn)品水中微粒的要求。設(shè)置0.22μ精密濾器進行深度處理，除去水中固體顆粒物，濾芯過濾精度（孔徑）0.22μm，可有效除去水中懸浮顆粒，使用的濾芯具有大量固定不規(guī)則孔徑（公稱孔徑0.22μm），屬微孔膜過濾，因膜孔徑固定，可保證過濾的精度和可靠性。濾器內(nèi)裝20支40英寸長，0.22μm的聚丙稀微孔濾芯，出力為25 T/H。濾器結(jié)構(gòu)能滿足快速更換濾芯的要求。
5.  工藝控制設(shè)計說明
5.1 控制系統(tǒng)概述
根據(jù)本系統(tǒng)的規(guī)模及設(shè)備分布的具體情況，決定采用目前工業(yè)過程控制中zui常用的集中分散型控制系統(tǒng)。它又稱分級控制系統(tǒng)，是一種分布式控制系統(tǒng)，具有控制分散，信息集中管理的特點。本系統(tǒng)分上位操作站，下位控制站兩級。上位操作站由一臺主控制箱作為監(jiān)控站。下位控制站的設(shè)置是根據(jù)優(yōu)化控制，合理布局的原則視具體情況而定的，同時為方便系統(tǒng)在實施階段或運行階段進行必須的調(diào)整及擴展，控制站考慮了一定的余量。
5.2 控制系統(tǒng)功能簡介
5.2.1 上位操作站 主要完成系統(tǒng)中各操作站的監(jiān)視參數(shù)設(shè)置,設(shè)備運行等操作功能，具有清晰的生產(chǎn)設(shè)備運行情況，可在流程圖上對現(xiàn)場設(shè)備進行遠方手動操作，實現(xiàn)遠程控制。生產(chǎn)過程的電阻率及電導(dǎo)率可以在線顯示。
5.2.2  可編程控制器PLC 各控制站都采用以微處理器為基礎(chǔ)的可編程控制器PLC，它具有高可靠性，編程方便，易于使用，與其它裝置配置方便等特點，各生產(chǎn)過程的程序、數(shù)據(jù)都存儲PLC的CPU里獨立運行，工作人員可通過計算機操作站來監(jiān)視其運行。PLC具有很強的運算功能，能完成復(fù)雜的操作，可配合操作員通過對整個生產(chǎn)過程的運行參數(shù)和狀態(tài)進行集中監(jiān)控，以實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的程控，運行，遠操等過程。各控制執(zhí)行機構(gòu)均配制行程開關(guān)。
5.2.3 電導(dǎo)率、電阻率等顯示  現(xiàn)場配備電導(dǎo)率儀表，電阻率儀表，以便重要電導(dǎo)率、電阻率等指標(biāo)能夠在水處理車間和控制室同時顯示。
5.3系統(tǒng)水處理控制介紹  依據(jù)水處理的工藝過程，本控制系統(tǒng)對各個工藝單元進行直接協(xié)調(diào)、管理、控制。系統(tǒng)監(jiān)控對象由以下單元組成：
5.3.1 預(yù)處理部分控制  預(yù)處理部分以原水箱為連續(xù)運行控制點。當(dāng)原水箱液位處于較低限位置,低液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)信號, PLC即控制原水進水電磁閥開啟；當(dāng)原水箱液位處于低限位置,低液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)信號, PLC即控制預(yù)處理部分停止；當(dāng)水箱液位處于高限位置,高液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)量信號, 原水進水電磁閥關(guān)閉。
5.3.1.1  機械濾器  濾器的運行、反洗步驟由PLC控制的氣動閥門實現(xiàn)，當(dāng)運行時長大于設(shè)定值，由PLC控制氣動閥門按順序進行自動反洗操作，反洗結(jié)束后投入運行。過濾器各閥門的運行狀態(tài)可以在顯示器上顯示。只有在反滲水箱液位達到高位時，濾料清洗才能開始，這樣可以保證后續(xù)反滲透裝置的連續(xù)供水。   
5.3.1.2  活性炭濾器  活性炭濾器設(shè)置運行及反洗步驟由PLC控制的氣動閥門自動操作，根據(jù)運行時間參數(shù)由PLC控制氣動閥門按順序進行自動反洗操作，反洗結(jié)束后投入運行。各活性碳濾器閥門的運行狀態(tài)可以在顯示器上顯示。只有在反滲水箱液位達到高位時，濾料清洗才能開始，這樣可以保證后續(xù)反滲透裝置的連續(xù)供水。
5.3.2 反滲透部分
5.3.2.1.自動運行控制：
反滲透自動運行通過反滲透純水箱的液位來進行。
當(dāng)反滲透中間水箱液位處于較低限位置,較低液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)信號, PLC即控制高壓泵開始運行；當(dāng)水箱液位處于高限位置,高液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)量信號, 反滲透高壓泵停止運行，輸入的信號將在CRT上顯示。
5.3.2.2.反滲透的控制配置
反滲透進水側(cè)設(shè)有電導(dǎo)率檢測儀表，將電導(dǎo)率值的模擬量信號輸入PLC，并在顯示器上顯示參數(shù)。反滲透產(chǎn)水側(cè)設(shè)有電導(dǎo)率檢測儀，將產(chǎn)水電導(dǎo)率值的模擬量信號輸入PLC，并在顯示器上顯示參數(shù)。
反滲透高壓泵進水設(shè)置低壓保護開關(guān)，當(dāng)壓力小于0.1-0.15Mpa時，控制高壓泵停止運行，反滲透裝置進入低壓沖洗狀態(tài)，并在顯示器上顯示報警。當(dāng)壓力大于0.1-0.15時高壓泵即起動，反滲透裝置投入運行。    
反滲透高壓泵出水側(cè)管路設(shè)壓力開關(guān)，當(dāng)壓力大于某一設(shè)定值時，PLC輸出開關(guān)信號，停止高壓泵運行，并在顯示器上顯示、報警。
反滲透濃水側(cè)設(shè)一電動快沖洗閥門，在高壓泵運行前和高壓泵停止后，接受PLC輸出的開關(guān)量信號，自動進入低壓沖洗狀態(tài)。
5.3.4 EDI除鹽系統(tǒng)
EDI連續(xù)脫鹽系統(tǒng)的由PLC控制實現(xiàn)自動運行，當(dāng)?shù)馑湟何坏陀谥虚g液位時，EDI系統(tǒng)啟動。當(dāng)?shù)馑湟何贿_到高液位時，EDI系統(tǒng)停止。
為防止EDI系統(tǒng)干燒，系統(tǒng)設(shè)置了水流保護，當(dāng)無水流通過時，系統(tǒng)自動切斷相應(yīng)電源。
UV裝置的開啟關(guān)閉跟隨相應(yīng)EDI系統(tǒng)。
純水箱內(nèi)裝有壓力微動開關(guān)，當(dāng)水箱內(nèi)出現(xiàn)負壓時，系統(tǒng)會立即開啟安全閥，并報警和提示報警的原因。
5.4 主要控制設(shè)備
1、系統(tǒng)PLC選用德國西門子S7系列可編程控制器，各類I/O包含10%備用點。
2、流量計選用浮子流量計。
3、壓力開關(guān)選用中國臺灣凡宜進口產(chǎn)品或相當(dāng)產(chǎn)品。
4、電導(dǎo)率、電阻率儀選用美國+GF+或相當(dāng)產(chǎn)品。