25噸/時(shí)二級(jí)反滲透+EDI+SMB超純水設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)方案  

1．前言 本方案涉及的流程及設(shè)備是為了滿足****科技有限公司生產(chǎn)工藝用高純水項(xiàng)目，要求如下：    

1.1超純水水量  18MΩ.cm    25  m3/h  

1.2、系統(tǒng)制備的主要技術(shù)參數(shù)：  

(1) 前處理產(chǎn)水量 :   ≥45m3/h；  

(2) 反滲透系統(tǒng)  二級(jí)反滲透產(chǎn)水量 :   ≥28m3/h；  

(3)EDI去離子系統(tǒng)產(chǎn)水量 : ≥25m3/h；  

1.3產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)   

            10m3/h  ≥18 MΩ·cm （參照國標(biāo)EW-Ⅱ）           

            供水壓力   0.35Mpa           

            溫度：     常溫；

1.4 系統(tǒng)配置：預(yù)處理、二級(jí)反滲透、EDI電再-生連續(xù)除鹽裝置床。

1.5供水方式：連續(xù)產(chǎn)出（24小時(shí)運(yùn)行）。

2． 設(shè)計(jì)依據(jù) 本電子工業(yè)純水站工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)依據(jù)如下：

(1) 原水水質(zhì)分析資料；

(2) 高純水的品質(zhì)要求（產(chǎn)品水水質(zhì)指標(biāo)），以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

(3)高純水的生產(chǎn)規(guī)模;

(4) 用戶對(duì)系統(tǒng)整體水準(zhǔn)要求。

2.1  原水水質(zhì)資料和技術(shù)指標(biāo)

表1. 原水水樣水質(zhì)分析報(bào)告（供參考）：

檢測(cè)報(bào)告表

原水：市政自來水

檢測(cè)結(jié)果：無

2.2  電子級(jí)水標(biāo)準(zhǔn)

2.3  本方案設(shè)計(jì)指標(biāo)

(1)水量：            ≥25m3/h

(2)電阻率：          ≥18 MΩ·cm

(3)供水壓力           0.35Mpa

(4)供水溫度           常溫

3. 總體設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)組成

序號(hào)     名稱       處理量     數(shù)量     單位     備注

1     預(yù)處理部分     45 T/H     1        套

2    二級(jí)反滲透部分  28 T/H     1        套

3      EDI部分       25 T/H     1        套

4    18M供水部分     25 T/H     1        套    變頻供水

3.2 系統(tǒng)布局

預(yù)處理部分、二級(jí)反滲透部分、EDI部分、18M供水部分集中放置在中間水站。為保證高純水的水質(zhì)和水量，將整個(gè)水處理系統(tǒng)置于PLC控制下運(yùn)行，并適時(shí)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(gè)高可靠性的自動(dòng)運(yùn)行和監(jiān)視控制的控制系統(tǒng)。       

3.4工藝流程簡(jiǎn)圖

原水箱→原水泵→機(jī)械濾器→活性碳濾器→阻垢加藥裝置→保安過濾器→一級(jí)高壓泵→一級(jí)反滲透裝置→PH調(diào)節(jié)裝置→二級(jí)高壓泵→二級(jí)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(diǎn)

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(jìn)水。

4.1.1原水預(yù)處理的目的和組成

A.反滲透系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)水達(dá)到以上要求，以實(shí)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(duì)反滲透的污堵；

（3）防止有機(jī)物質(zhì)的對(duì)反滲透的污堵和降解；

（4）防止微生物對(duì)反滲透的污堵；

（5）防止氧化性物質(zhì)對(duì)反滲透膜的氧化破壞；

C.預(yù)處理系統(tǒng)的組成：包括機(jī)械濾器、活性炭濾器。

4.1.2機(jī)械濾器

機(jī)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(dá)到RO進(jìn)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(tuán)，可以對(duì)各種性質(zhì)的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)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(duì)陰離子交換劑有害的腐殖酸、富維酸、木質(zhì)磺酸等有機(jī)物質(zhì)，還可去除象余氯一類對(duì)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(jī)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(duì)比較小，而反滲透部分對(duì)離子的攔截比較充分，必然會(huì)加大濃水側(cè)離子的濃度；從而導(dǎo)致影響整個(gè)反滲透膜的進(jìn)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(duì)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(jí)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(dòng)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(dòng)而產(chǎn)生的壓力足夠用于阻止水繼續(xù)凈流入時(shí)，滲透處于平衡狀態(tài)，見圖 (b)。平衡時(shí)，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(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，而此時(shí)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)。

當(dāng)在濃溶液上有外加壓力，且該壓力大于滲透壓時(shí)，濃溶液中的水就會(huì)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)。

滲透是自發(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(dá)到脫除鹽份的目的。

二級(jí)反滲透是對(duì)一級(jí)反滲透產(chǎn)水的進(jìn)一步提純。

4.2.1保安濾器

為防止水中及管道中的微粒進(jìn)入高壓泵和RO膜組件，特設(shè)置保安濾器作為的預(yù)處理手段。作為保險(xiǎn)措施，即使多介質(zhì)機(jī)械濾器過濾不徹-底，也能夠保證反滲透膜不會(huì)受到嚴(yán)重污染。

保安濾器內(nèi)裝5um的聚丙稀微孔濾器。當(dāng)濾器進(jìn)出囗壓差大于0.05-0.1Mpa時(shí)需更換濾芯（由于被過濾的介質(zhì)直接進(jìn)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(dòng)力是壓力差，因此設(shè)置高壓泵使反滲透的進(jìn)水達(dá)到的壓力，讓反滲透過程得以進(jìn)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(shí)間減緩高壓泵啟動(dòng)時(shí)膜的沖擊，變頻器還能進(jìn)一步起到節(jié)約能量的作用；新系統(tǒng)剛運(yùn)行的時(shí)候?qū)M(jìn)水的壓力要求比使用一段時(shí)間之后對(duì)進(jìn)水的壓力要求要低。采用變頻裝置能的控制高壓泵的壓力與進(jìn)水流量之前的變化。本系統(tǒng)設(shè)置了進(jìn)水低壓保護(hù)和出水高壓保護(hù)。

4.2.3反滲透本體裝置

反滲透裝置是該項(xiàng)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(jī)鹽、有機(jī)物、微生物及細(xì)菌等。

4.2.3.1系統(tǒng)設(shè)備選型

膜組件選用陶氏公司BW30-400卷式組件。該組件由三層的薄膜復(fù)合，分別是上面的薄脫鹽層（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(duì)無機(jī)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(qiáng)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(diǎn)。每個(gè)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(jì)

整套系統(tǒng)反滲透膜裝置安置在一個(gè)機(jī)架上，并配置控制系統(tǒng)，在進(jìn)水水溫25℃時(shí)二級(jí)反滲透產(chǎn)水量28.0T/H，每根膜組件的回收率15℅計(jì)算，一級(jí)反滲透裝置需配膜組件36根， WAVE 300P-6壓力膜管6根；二級(jí)反滲透裝置需配膜組件30根，WAVE 300P-6壓力膜管5根；一級(jí)反滲透組合排列形式為3-2-1排列，二級(jí)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(dòng)低壓沖洗裝置

反滲透在運(yùn)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于原水的本體濃度。因此配備自動(dòng)低壓沖洗裝置在停機(jī)后、開機(jī)前對(duì)反滲透膜進(jìn)行定時(shí)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(dòng)恢復(fù)到?jīng)_洗啟動(dòng)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(hù)開關(guān)，保證反滲透系統(tǒng)安-全可靠運(yùn)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(shí)配備空氣呼吸器防止大氣中塵埃顆粒和細(xì)菌進(jìn)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*運(yùn)行過程中，反滲透膜面上總會(huì)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(jìn)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(shí)，就要用化學(xué)藥品進(jìn)行清洗。為此，除日常運(yùn)行中進(jìn)行的低壓沖洗外，還需進(jìn)行定期化學(xué)清洗，有時(shí)還需進(jìn)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(jì)——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(shí)；

B、裝置的鹽透過率比初次或上一次清洗后提高一倍時(shí)；

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(shí)；

D、裝置運(yùn)行3-4個(gè)月時(shí)；

E、裝置在*停止運(yùn)行前用NaHSO3溶液保護(hù)。

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

注：“★”表示清洗效果好或較好。

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(zhǎng)位于100nm到400nm之間。殺-菌波長(zhǎng)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(xì)胞和病毒的繁殖從而導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。紫外光通過改變細(xì)菌、病毒和其它微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)（DNA），使其不再繁殖而達(dá)到對(duì)水與廢水進(jìn)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(shí)，其中的微生物受到某*死劑量紫外能的輻射。紫外劑量為所受UV輻射光強(qiáng)與曝光時(shí)間的乘積。

4.3.2 EDI裝置

EDI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(jìn)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(yùn)用EDI技術(shù)使酸堿污染降低為零，且可降低成本及勞動(dòng)強(qiáng)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)配置美國IONPURE型號(hào)為IPLX45Z處理量為6.7 T/H的膜塊共5塊，每個(gè)膜塊設(shè)置單獨(dú)的電源。

正常情況下5塊同時(shí)工作，每個(gè)模塊處理水量為5.0T/H。為了保障用水安全，每個(gè)模塊可以單獨(dú)關(guān)閉。

本系統(tǒng)設(shè)置了水流保護(hù)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(shí)配備氮封裝置防止大氣中塵埃顆粒和細(xì)菌進(jìn)入水箱。

4.4  18M供水部分

EDI產(chǎn)水電阻率高在17 MΩ.cm左右，為達(dá)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(jī)物分子結(jié)合在一起的化合鍵。因此，這一波長(zhǎng)的紫外光能夠破壞水中的有機(jī)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(shí)，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(gè)多級(jí)的除鹽系統(tǒng)。其中經(jīng)H型強(qiáng)酸性陽樹脂與水中陽離子交換后形成的H+，和經(jīng)OH型強(qiáng)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(duì)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。

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(dá)到了*，并按比例充分混合。因此該樹脂無法再生，不過由于進(jìn)水含鹽量低，一般可用1年左右時(shí)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(diǎn)對(duì)產(chǎn)品水中微粒的要求。設(shè)置0.22μ精密濾器進(jìn)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(zhǎng)，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。