2T/H超純水設備
18兆歐超純水設備
方
案
設
計
2008年6月
目 錄
一、項目概況
本項目原水自來水。設計通過精密過濾+超濾+反滲透+DI混合床+15兆歐超純水系統+18兆歐超純水系統，使出水達到18兆歐水質標準，系統的產水量為2T/H。
二、設計原則
1、工藝流程具有合理性、先進性和可靠性；
2、工程投資省、工期短、運行維護費用低、操作管理方便；
3、工藝效果好，出水水質穩(wěn)定，處理過程沒有二次污染的產生；
4、設備布置緊湊合理，充分節(jié)約占地面積。
三、進出水水質及設計范圍
1、貴公司提供的原水為經過簡單前處理的自來水，水質資料不詳細。參考同類水質，水中主要的污染物為重金屬Cu（以金屬氫氧化物、絡合物和Cu2+的形式存在）、銅，鋅，氟化物，鉬少量有機物、微生物、懸浮固體、膠體物質以及其他污染成分。
處理后的純水量為2T/H，出水電導率維持在17.8—18兆歐以上，水質達到純水標準，完全滿足工業(yè)用水的要求。
2、系統運行及供水方式：20小時連續(xù)運行。
3、設計范圍：
水處理工程的總體設計，包括工藝流程設計、設備選型和配置等。
本方案提供預處理系統和反滲透系統兩部分。不含廠房土建、照明等有關的工作，不含現場安裝時設備就位、用水、用電和其它相關費用。
4、安裝范圍：
回用水處理設施，即從原水進原水箱到回用水出口的所用設備、管道、閥門和儀表。
四、工藝流程的選擇
根據原水的水質情況以及水處理目標，選擇如下的工藝流程：
原水泵－一級多介質過濾器－二級活性炭過濾器－三級陽樹脂過濾器—精密過濾器－高壓增壓泵—－反滲透系統－反滲透水箱-DI混合床-10兆歐純水水箱+純水水泵+15兆歐超純水系統+超濾系統+殺菌系統+15兆歐超純水水箱+18兆歐超純水系統+18兆歐超純水水箱+精密過濾器+純水水泵+用水點。
設計進水量為5T/H，超濾產水量為4T/H，反滲透系統的產水量為2T/H，18兆歐超純水系統為2T/H。
五、工藝流程圖及說明
1、工藝流程圖
·
反滲透增壓泵
2、工藝流程說明
本工藝流程包括四大部分，即反滲透系統，DI混合床，超濾系統和超純水部分。
（1）原水預處理部分
反滲透系統對原水的預處理有特殊的要求。由于原水為經過前處理的工業(yè)廢水，其成分比較復雜，水中含有少量重金屬離子Cu2+、懸浮固體、膠體物質以及少量有機物質等，同時由于有機物的存在不可避免地會滋長微生物，這些物質會對反滲透系統產生較大的危害。
為了保證反滲透系統的水回收率、透過水質量、透過水流量的穩(wěn)定、運行費用的最低化、膜使用壽命的最佳化等，必須對原水進行完善的預處理。預處理的具體目標為：
防止膜表面發(fā)生污染，即必須盡量去除懸浮固體、微生物、膠體物質及有機物，從而防止這些物質在膜表面沉積或污堵在膜元件水流通道；防止膜表面發(fā)生結垢，即必須盡量抑制難溶鹽、重金屬氫氧化物如Cu(OH)2等化合物在膜表面的沉積；防止膜承受物理和化學損傷，即必須盡量避免高溫、極端的酸性水和堿性水、氧化劑等對膜的影響。
預處理出水水質滿足反滲透系統如下的進水要求：
|
污泥密度指數（SDI） |
余氯 |
濁度 |
濃水朗格利爾指數（LSI） |
水溫范圍 |
|
≤5 |
<0.1ppm |
<1.0NTU |
<0 |
5~35℃ |
1） 原水箱
原水箱的設置是為了調節(jié)原水的水量和均衡水質，設計采用2臺容積為10m3，PE材質的水箱作為原水箱。
在原水箱設置一套pH調節(jié)裝置，通過調整原水的pH值充分促進水體中的重金屬離子生成重金屬難溶鹽；同時配置一套混凝裝置，通過投加混凝劑和助凝劑，促進原水中的金屬沉淀、膠體物質和懸浮顆粒的凝聚和絮凝，從而將其充分的沉降和去除；另外在原水箱設置一套加氯裝置，定時投加NaClO溶液以殺滅微生物，并利用氯化物的持續(xù)殺菌作用防止預處理過程中微生物再次滋生。
2） 原水泵
原水泵為預處理系統提供穩(wěn)定、均衡的流量和適宜的壓力。采用2臺型號為CDLF42-20的南方泵（一用），其流量為4m3/h，揚程為32m。
3） 多介質過濾器
一級多介質過濾器主要是利用石英砂和無煙煤來降低水中濁度，截留除去水中的懸浮物、有機物、膠體顆粒以及部分金屬離子。采用一臺直徑為320mm的立式機械過濾器，應用優(yōu)質石英砂多層過濾的工藝，上層使用1.0～2.0mm砂粒，中層使用2.0～4.0mm砂粒，下層使用4.0～8.0mm的砂粒，正常工作情況下，過流量為4T/h，過濾流速為8m/h。
4） 精密過濾器
為了防止水中的微小粒子進入中空纖維超濾膜，特設保安過濾器，其采用成型的濾材，在壓力的作用下使水通過濾材，濾渣留在管壁上，濾液透過濾材流出，從而確保超濾器的穩(wěn)定運行，延長超濾膜的使用壽命。設置一臺直徑為500mm的精密過濾器，內置5支20’的PP濾芯，精度為5μm，產水量為6T/h。
精密過濾器后設置一套還原加藥裝置，通過向水體中投加過量的NaHSO3溶液，徹底消除余氯以防止其對膜系統的損壞。
5） 超濾器
超濾技術是通過膜表面的微孔結構對物質進行選擇性分離。當液體混合物在一定壓力下流經膜表面時，小分子溶質透過膜（稱為超濾液），而大分子物質則被截留，使原液中大分子濃度逐漸提高（稱為濃縮液），從而實現大、小分子的分離、濃縮、凈化的目的。超濾膜的孔徑在0.002～0.1μm之間，應用超濾作為反滲透的預處理能顯著降低反滲透膜對膠體、有機物和微生物的污染負荷。
設計采用90中空纖維超濾膜6支，其過濾精度高，能有效去除水體中絕大部分的懸浮物質、膠體、有機物和微生物，抗污染和抗氧化能力強，適應的pH值范圍廣。超濾器的水回收率達到80％以上，產水量為4T/h，其工作壓力為0.1~0.4Mpa。
超濾器的出水管道上裝有流量計，可以顯示產水和濃水的流量。
7）中間水箱
中間水箱用來盛裝超濾出水，調節(jié)后續(xù)工序流量。采用2臺容積為5m3，PE材質的水箱作為中間水箱。中間水箱前設置一臺紫外線殺菌器徹底殺滅細菌，防止細菌滋生并進入反滲透系統污堵反滲透膜。
8）精密過濾器
為了防止超濾系統脫出的細微粒子進入反滲透系統堵塞反滲透膜，特設一臺精密過濾器作為反滲透系統的最后一級處理，其直徑為500mm，內置35支40’的PP濾芯，精度為5μm，產水量為2.8T/h。
（2）反滲透系統
反滲透技術是當今最先進、最節(jié)能、效率最高的分離技術。其原理是在高于溶液滲透壓的壓力下，借助于只允許水分子透過的反滲透膜的選擇截留作用，將溶液中的溶質與溶劑分離，從而達到純凈水的目的。反滲透是工藝的核心部分，經反滲透系統處理能去除水體中99%無機鹽類和有機物、微生物、細菌等。RO裝置在水質分離過程中具有無相變，脫鹽率高，設備體積小，自控運行，適應性強，應用范圍廣，無環(huán)境污染等優(yōu)點。
1） 反滲透裝置
考慮到原水為工業(yè)生產廢水，雖然經過了比較嚴格的預處理，但原水中仍然含有有機物等污染物的可能，因此反滲透膜采用日本東麗公司生產的低污染反滲透膜元件，它既具有低壓運行、產水量高、除鹽性能好的特點，同時又具有耐污染性的特點。由于采用了專利技術在復合膜的表面涂加了特殊物質，改善了膜表面的電荷以及光滑度，同時在結構上縮短了膜片的長度，增加了膜袋的頁數，可減少有機物及微生物在膜表面的吸附，大大提高了膜元件在高生物污堵條件下的性能和化學清洗的恢復性能。TML20-370膜元件的標準脫鹽率為99.7%，操作壓力為1.0MPa。
設計系統的回收率為60％以上，反滲透的產水量為4m3/h，需配置TML20-370膜元件8支；壓力容器采用不銹鋼材質4080-4芯型膜殼，每支膜殼裝2支反滲透膜，共需4支膜殼。
2） 高壓泵
反滲透系統需要在較高的反滲透壓下生產純水，因此設置一臺型號為CDLF4-110-2的南方泵為系統提供穩(wěn)定的流量和所需的壓力。其流量為4m3/h，揚程為84m，功率為8KW。
3） 輔助配置
反滲透機組中配備著相關的壓力、流量、電導等儀表，可以反映出膜的工作狀況：在出水管道上流量計，可測出產品水和濃水流量；設有壓力表，顯示膜的工作壓力和產品水壓力；設有電導儀，可以顯示進水和產品水電導率。
機組中設有高低壓保護系統，當高壓泵進口壓力低于限定值或高壓泵出口壓力高于限定值時將自動停止高壓泵的運轉，以確保系統安全運行。此外，在高壓泵出口處裝有止回閥與高壓泵連鎖控制系統的安全穩(wěn)定運行。
采用PLC自動控制器控制整個系統的運行：包括閥門的啟閉，液位、流量、壓力的自動調節(jié)，超濾裝置的穩(wěn)定運行，全自動水質監(jiān)測，加藥和清洗裝置的控制等。
（3）自動沖洗和化學清洗系統
系統在運行過程中，中空纖維超濾膜和反滲透膜的表面將會由于原水中亞細微粒、膠體、有機物、微生物等污染物質的存在及運行過程中對難溶鹽如重金屬氫氧化物的成倍濃縮而產生沉積，形成對超濾膜和反滲透膜的污染。膜被污染后，就會出現系統產水量減少、脫鹽率下降等膜性能方面的變化。因此，裝置啟停和運行每隔一定周期，啟動自動沖洗系統對超濾膜進行順流直沖和反沖洗、對反滲透膜進行低壓正沖洗，將膜壁上截留、吸附的污染物以及堵塞在膜孔中的細小微粒沖走，以維持膜的最佳性能。
此外，需要定期對超濾膜進行化學清洗，以恢復膜的優(yōu)良特性。根據不同的污垢類型選擇不同的化學清洗藥劑。化學清洗系統工藝流程如下：
