水處理工藝與水質(zhì)凈化設(shè)計方案

1 水處理工藝與水質(zhì)凈化設(shè)計方案 第一章 工藝流程的確定 電子超純水主要用于光電子元器件、半導體及集成電路生產(chǎn)和清洗 。如果純水水質(zhì)達不到生產(chǎn)工藝用水的要求或者水質(zhì)不穩(wěn)定的話，會影響到后續(xù)工藝的處理效果和使用壽命。此外，晶元清洗和機械碾磨過程中都會產(chǎn)生廢水，造成對環(huán)境的污染。在 半導體及集成電路 制作工藝中，都直接或間接與超純水有關(guān)。在 半導體 制作工藝中， 80%以上的工序需要用超純水；集成電路的生產(chǎn)，幾乎每道工序需要超純水進行清洗，工件與水直接接觸，而一方面芯片在加工過程中的微量玷污得到清洗，而另一方面純水中的微量 雜質(zhì)又可能使芯片再污染，無疑對產(chǎn)品有著極大的影響。 隨著集成電路程度的進一步提高，對水中污染物要求亦將更為嚴格。 根據(jù)水源水質(zhì)檢測報告，在對水質(zhì)進行分析的前提下，并以出水水質(zhì)要求為依據(jù)，確定一套適合該原水水質(zhì)處理的水系統(tǒng)。 1 30m3/h 2 B/ 定。 3 統(tǒng)工藝路線的確定并繪制工藝流程簡圖 量平衡計算并繪制水量平衡圖 統(tǒng)各設(shè)備技術(shù)參數(shù)的 設(shè)計計算 4 藝先進，質(zhì)量可靠，可擴展性強，結(jié)構(gòu)合理占地小，水利用率高，能耗低，全自動化運行，操作維護簡單。 下表 1水水質(zhì)報告（四）、 1 電子級超純水中國國家標準 定。 3 表 1水水質(zhì)報告水質(zhì)檢測報告（四） 離子 mg/l l % 項目 mg/l K+ 硬度 a+ 久硬度 25 時硬度 9 負硬度 總堿度 氣味 無 總計 63 度 濁度 3溫 25 溫 可溶性總固體 離 計 l 4 1子級超純水中國國家標準 定 。 指標 級別 電阻率 5 ) 18 以上，（ 95時間）不低于 17 15，（ 95時間）不低于 13 全硅，最大值 ,g/L 2 10 50 1000 1大值，個 / 10 500 細菌個數(shù)，最大值，個 /0 100 銅，最大值， g/L 2 500 鋅，最大值， g/L 5 500 鎳，最大值， g/L 2 500 鈉，最大值， g/L 5 1000 鉀，最大值， g/L 5 500 氯，最大值， g/L 1 1 10 1000 硝酸根，最大值，g/L 1 1 5 500 磷酸根，最大值，g/L 1 1 5 500 硫酸根，最大值，g/L 1 1 5 500 總有機酸，最大值， g/L 20 100 200 1000 5 水質(zhì)分析：結(jié)合出水水質(zhì)要求和原水水質(zhì)報告表分析原水 含鹽量高 ；這其中鉀離子、 鈉離子量、鈣離子、鎂離子、氯離子、硫酸根、硝酸根、碳酸氫根含量較高，含有少量的三價鐵離子、氨根離子、亞硝酸根離子、磷酸氫根離子。 硬度較高，有機物含量低。 水質(zhì)呈中性 。 無色、無味、濁度不高。 可 溶性總固體較高。 含有游離性 有少量 F、 據(jù)水質(zhì)檢測報告，要達到終端水質(zhì)達到電子級超純水中國國家標準 定；必須進行除鹽處理等。對須達到電子級超純水 準及以上的，一般會采用 合工藝等，具體會采用哪一種主處理工藝，還跟原水水質(zhì)、現(xiàn)場情況等等因素有關(guān)。 電子超純水的制備通常包括：預處理、主處理、后（終端）處理，這其中主處理工藝的確定尤其重要，終端水質(zhì)要達到要求的水質(zhì)標準，主處理工藝起到?jīng)Q定性的作用預處理、主除鹽工序、后處理三大部分組成。 預處理是為了滿足主主除鹽工序進水要求；后處理工藝作為主主除鹽工序的補充，其出水滿足終端出水要求。最終使出水達到國家超純水的標準。 目前制備超電子純水的主除鹽工序有：電滲析、反滲透、離子交換、超濾、連續(xù)電除鹽等或?qū)⑺鼈兘M合運用，以達到出水要求。下面就分別介紹它們的特點，通過比較選擇出適合本工藝的除鹽工序。 滲析 電滲析是一種利用電能來進行的膜分離技術(shù)。它在外加直流電場作用下，利用陰離子交換膜（簡稱陰膜，它只允許陰離子通過而阻擋陽離子）和陽離子交換膜（簡稱陽膜，它只允許陽離子 透過而阻擋陰離子）的選擇透過性，使一部分離子透過離子交換膜遷移到另一部分水中去，從而使一部分水純化，另一部分水濃 6 縮。 應用范圍 目前電滲析器應用范圍廣泛，它在水的淡化除鹽、海水濃縮制鹽精制乳制品，果汁脫酸精和提純，制取化工產(chǎn)品等方面 ,還可以用于食品，輕工等行業(yè)制取純水、電子、醫(yī)藥等工業(yè)制取高純水的前處理。鍋爐給水的初級軟化脫鹽，將苦咸水淡化為飲用水。 電滲析器適用于電子、醫(yī)藥、化工、火力發(fā)電、食品、啤酒、飲料、印染及涂裝等行業(yè)的給水處理。也可用于物料的濃縮、提純、分離等物理化學過程。 電滲析還可以用于廢 水、廢液的處理與貴重金屬的回收，如從電鍍廢液中回收鎳。 電滲析的優(yōu)點： 此電滲析器耗能低，一般將電滲析作為離子交換法的前級處理工序。這樣比單獨用離子交換法可節(jié)約 50% 90%。并且電滲析出水穩(wěn)定、運行周期長。 滲析器既可以并聯(lián)組裝增加產(chǎn)水量，也可以串聯(lián)以提高脫鹽率。 染環(huán)境少。 電滲析的缺點：清洗拆卸麻煩，脫鹽效果不如反滲透，在沒有實現(xiàn)濃水回收，極水循環(huán)的時候，水回用率低，僅 50%，而反滲透回收能到 75%。 滲透 反滲透是一 種以壓力作為推動力， 利用選擇性膜只能透過水而不能透過溶質(zhì)的選擇透過性，從水體中提取淡水的膜分離過程。 基本原理 ： 把相同體積的稀溶液（如淡水）和濃液（如海水或鹽水）分別置于一容器的兩側(cè)，中間用半透膜阻隔，稀溶液中的溶劑將自然的穿過半透膜，向濃溶液側(cè)流動，濃溶液側(cè)的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，形成一個壓力差，達到滲透平衡狀態(tài)，此種壓力差即為滲透壓滲透壓的大小決定于濃液的種類，濃度和溫度與半透膜的性質(zhì)無關(guān)。若在濃溶液側(cè)施加一個大于滲透壓的壓力時，濃溶液中的溶劑會向稀溶液流動，此種溶劑的流動方向與原來滲透的 方向相反，這一過程 7 稱為反滲透。 應用范圍 ： 太空水、 純凈水 、蒸餾水等制備； 酒類制造及降度用水； 醫(yī)藥、電子等行業(yè)用水的前期制備； 化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備； 鍋爐補給水除鹽 軟水 ;； 海水、 苦咸水淡化 ； 造紙、電鍍、印染等行業(yè)用水 級廢水處理。 滲透 在各種膜分離技術(shù)中，反滲透技術(shù)是近年來國內(nèi)應用最成功、發(fā)展最快、普及最廣的一種。估計自 1995 年以來，反滲透膜的使用量每年平均遞增 20；據(jù)保守的統(tǒng)計， 1999 年工業(yè)反滲透膜元件的市場供應量為 8 英寸膜 6000 支， 4 英寸膜 26000 支。 2000 年和 2001 年的市場更為強勁，膜用量一年比一年有較大幅度的提高。據(jù)估算，反滲透技術(shù)的應用已創(chuàng)造水處理行業(yè)全年 10 億人民幣以上的產(chǎn)值。國內(nèi)反滲透膜工業(yè)應用的最大領(lǐng)域仍為大型鍋爐補給水、各種工業(yè)純水，飲用水的市場規(guī)模次之，電子、半導體、制藥、醫(yī)療、食品、飲料、酒類、化工、環(huán)保等行業(yè)的應用也形成了一定規(guī)模。 在現(xiàn)在高純水的制備中，廣泛采用反滲透作為預脫鹽的主要工序，它的優(yōu)點為： 0%以上，因而使離子交 換樹脂的負荷減輕到 10%，從而減少了樹脂再生的成本，這相 當于使樹脂的產(chǎn)水量增加10 倍，這樣可以使相應的設(shè)備小型化，并使再生頻率減少 10 倍以上。 的費用、人工費，以及由于再生而造成的廢水處理等項費用。并減少了環(huán)境污染。 而有利于生產(chǎn)中水質(zhì)的穩(wěn)定，這對電子工業(yè)中成品質(zhì)量的穩(wěn)定有積極的作用。 4. 由于反滲透能有效地去除細菌等微生物、有機物，以及鐵、錳、硅等無機物，從而可以減輕因有機物和無機物而引起的樹脂污染，延長離子交換樹脂的壽命。 大減 輕了終端微孔膜過濾器的負擔，從而延長終端微孔膜過濾器的壽命。 但是作為脫鹽主要手段的反滲透，也存在一些不足，主要是： 8 此必須配制相應的高壓泵和高壓管路。 2. 由于回收率的限制，源水只有 50% 75%左右被利用。而對于超純水制備來說，進入反滲透器以前，源水已經(jīng)過相應的預處理，水質(zhì)比較好，如果對濃水不進行有效地利用，將會造成浪費。 子交換 基本原理 ：離子交換是一種特殊的固體吸附過程，它是由離子交換劑在電解質(zhì)溶液中進行的。一般的離子交換劑是一種不溶于水的固體顆粒狀 物質(zhì)，即離子交換樹脂。它能夠從電解質(zhì)溶液中吸取某種陽離子或者陰離子，而把自身所含的另外一種帶相同電荷符號的離子等量地交換出來，并釋放到溶液中去，這就是所謂的離子交換。 應用范圍 ： 水的軟化、高純水的制備、環(huán)境廢水的凈化。 溶液和物質(zhì)的純化，如鈾的提取和純化。 金屬離子的分離、痕量離子的富集及干擾離子的除去。 抗菌素的提取和純化等 離子交換樹脂是一種高分子的聚合物，它與其他離子交換劑相比具有以下優(yōu)點： 化學穩(wěn)定性好 機械強度高 交換容量高 外形大多為球狀顆粒，水流阻力小。 濾 超濾的分離原理是用半 透膜作選擇障礙層，允許某些組分透過，而保留混合物中其他組分， 從而達到分離、分級、純化、濃縮目的的一種新型膜分離技術(shù)。 超濾裝置的使用領(lǐng)域 ： 效、緊湊的超濾因過濾精度很高，可以為反滲透膜提供最大限度的保護 9 濾可比傳統(tǒng)處理工藝提供更好的處理效果，實現(xiàn)中水、廢水回用 用水、井水的脫菌處理，去除水中各種懸浮物、膠體雜質(zhì)，特別是去除隱孢子、鞭毛蟲、大腸桿 菌等致病微生物 物制品的除菌、澄清、純化分離 9 果汁、蛋白質(zhì)、酶制劑的濃縮分離 超濾的優(yōu)點：具有設(shè)備簡單、操作方便、無相變、無化學變化、處理效率高和節(jié)能。 續(xù)電除鹽 工作原理 ：電去離子（ 稱 術(shù)在我國又叫填充床電滲析，是一種新型的膜分離技術(shù)。 是將電滲析技術(shù)和混和離子交換技術(shù)相結(jié)合起來的水處理方法 ，集中了兩者的優(yōu)點，克服了它們的缺點而形成的一種新技術(shù)。電滲析是通過通電后，陰陽離子會跑向不同的兩極，而在電滲析室內(nèi)又被陰 陽膜所分隔成一間間小室，陰膜和陽膜間隔排放，而陽膜只能通過陽離子，陰膜只能通過陰離子。從而，形成了淡水室和濃水室間隔排列的布局。在最兩端的叫做極水室。濃水和極水排放，淡水收集。 連續(xù)電除鹽的應用： 要是用在反滲透之后，代替混床進行深度除鹽。在 20 世紀末，世界各國已有約 1000 多套 統(tǒng)在電業(yè)（核電站或一般發(fā)電廠）、電子、醫(yī)藥及一些要求用超純水的工業(yè)用水行業(yè)和研究單位中運行。國外對它的發(fā)展是持樂觀態(tài)度，認為前景看好。我國近幾年也發(fā)展起來，現(xiàn)全國各地已有百多套 統(tǒng)在運行。一般來說，如進水僅通過一 級反滲透， 品水的電阻率在 15上；如通過兩級反滲透，則 品水可達 16 18 優(yōu)點 ： 以用來代替混床來作為純水的深度處理，并且出水比混床要好很多，他可以達到出水電阻率 水處理工藝上，這被稱為超純水，而一 10 般混床出水在 10經(jīng)算是很高的了。 所以在水質(zhì)要求高的行業(yè)，如電子行業(yè)、制藥行業(yè)等，都在使用 代替混床，制出含鹽量更少，更純的水。 電子用純水不同于一般的純水制備，它對水質(zhì)具有更為嚴格的規(guī)定，屬于高純水范疇 。一般來說，高純水制備主要包括預脫鹽與精處理脫鹽兩大部分，如何進行工藝的選擇和組合成為高純水制備的關(guān)鍵。 根據(jù)水質(zhì)檢測情況和出水要求。要達到終端水質(zhì)達到電子級超純水中國國家標準 定； 目前，預脫鹽處理常常采用的主要是離子交換工藝和反滲透工藝。離子交換已被廣泛使用許多年，我國八、九十年代初的純水制備工藝基本上都采用離子交換法，該工藝技術(shù)成熟，工藝可靠，而且可根據(jù)目標水質(zhì)的要求進行多種離子交換方式的組合。隨著科技和自動化技術(shù)的發(fā)展，離子交換再生頻繁、操作復雜、維護麻煩、 運行費用高等缺陷就越來越突出，九十年代逐漸被新的反滲透技術(shù)代替，特別是預脫鹽目前基本上都采用反滲透技術(shù)。和離子交換相比，反滲透具有運行穩(wěn)定、占地少、操作維護簡單、可實現(xiàn)高度自控，處理水量越大，其優(yōu)勢就越明顯。 預脫鹽后續(xù)的精脫鹽處理工藝則根據(jù)目標水質(zhì)的要求而有所不同，對超高純水（電阻率大于 16 M目前一般采用更先進的 術(shù) 。 鑒于以上的分析，結(jié)合 進水水質(zhì)報告和出水水質(zhì)要求及 現(xiàn)實情況，在綜合技術(shù)因素、經(jīng)濟因素的前提下，確定 電子超純水設(shè)計工藝 采用以反滲透為主體工藝，為精處 理工藝。 需化學再生劑，因而不需要化學再生藥劑儲存罐及相應的中和池，而且無需對有害化學廢水進行收集、儲存及處理，大大簡化了工藝系統(tǒng)。 出的濃水僅含有進水中的雜質(zhì)成分，通常這種水的水質(zhì)比預處理系統(tǒng)進水（原水）水質(zhì)要好，故濃水可以直接地排至 入口，這樣就有效地減少了對廢水的排放。水回收率高達 90%。 11 運行是連續(xù)的，其生產(chǎn)的水質(zhì)穩(wěn)定，它不像混床在每一個再生周期的開始及結(jié)束階段因離子的泄 露而影響出水水質(zhì)。這種連續(xù)運行的方式也簡化了操作，無需設(shè)置與循環(huán)的再生工作相關(guān)的操作人員及操作程序。 前為了防止污染樹脂和膜，以及膜面結(jié)垢，保護膜性能，應先經(jīng)過過濾、吸附、軟化等預處理。特別是 水要求非常嚴格，必須是 出水或與 水水質(zhì)相當?shù)乃?確定工藝流程圖如下圖：圖 1 1 工藝流程圖 原水箱 錳砂過濾器 活性碳過濾器 5 微米保安 過濾器 備 備 純水箱 增壓泵 絮凝劑 廢水回流 1 微米保安過濾器 用水點 阻垢劑 紫外線殺菌器 增壓泵 增壓泵 12 第二章 工藝流程單元設(shè)備介紹 前面一章確定了整個系統(tǒng)的工藝流程，下面將分別對流程的各個 部分進行簡單的介紹與說明。 處理單元設(shè)備介紹 原水箱 用于進水緩沖，儲存原水，為后續(xù)設(shè)備用水提供穩(wěn)定的充足的水源。在不配備原水水箱下，原水供水管網(wǎng)的供水壓力和流量波動較大，會影響后續(xù)設(shè)備運行的穩(wěn)定性。 水箱配備液位控制器，通過水箱液位的高低控制進水電磁閥和原水泵的起停。如：當水箱水位較低時進水電磁閥自動補水；水箱處于高水位時進水電磁閥自動停止補水；當水箱水位較低時原水泵自動停止工作。 壓泵 從原水水箱中抽水，用于提升原水供水壓力，滿足后續(xù)處理設(shè)備（錳砂過濾器、活性炭過濾 器等）正常運行需要的進水壓力和流量。 原水泵與原水水箱上的低水位聯(lián)動，當原水水箱處于低水位時，原水泵停止輸送，避免原水泵在無水狀態(tài)下工作而損壞 。 使用具有恒轉(zhuǎn)速電機的泵時，常在泵的出口管線上設(shè)置節(jié)流閥控制出口流量和壓力。對于進水水溫變化顯著的反滲透系統(tǒng)，可使用變頻調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速泵，以減少不必要的能量消耗。 原水泵系統(tǒng)配置 2 臺原水泵，一用一備，以防一臺泵壞了系統(tǒng)還可以運行，此外，過濾器沖洗時，提供高流量進行正洗。 錳砂過濾器 錳砂過濾器是利用錳砂濾料去除并控制原水中的顆粒性雜質(zhì)、懸浮物和接觸催化除 鐵等，屬于壓力式快濾設(shè)備。含有懸浮物及顆粒的水流過濾料層時，濾料縫隙對懸浮物起篩濾作用使懸浮物易于吸附在濾料表面。當在濾料表層截留了一定量的污物形成濾膜，隨時間推移過濾器的前后壓差將會很快升高，直至失效。此時需要利用逆向水流反洗濾料，使過濾器內(nèi)濾料懸浮松動，從而使粘附于濾料表面的截留物剝離并被水流帶走，恢復過濾功能。 13 錳砂濾料是采用優(yōu)質(zhì)天然錳礦石加工而成，錳砂特點：外觀呈不規(guī)則狀、褐色，具有足夠的機械強度、足夠的化學穩(wěn)定性、不含有毒物質(zhì)、對除鐵水質(zhì)無不良影響，有良好的除鐵、除錳性能。晶粒致密。硬度高、耐腐蝕 、損失少、使用壽命長（即更換時間長）在水中浸泡不溶解，過濾水中含錳量不增加。 錳砂的技術(shù)指標： 量 35 46%，密度為 量 20%左右，容重 量 17 20% 量 12鹽酸可溶率小于 破碎率 +磨損率小于 3%、含泥量小于 過濾器裝置結(jié)構(gòu)是由鋼制壓力式容器（內(nèi)涂防腐材料），擋板，人孔，粒狀濾料，支撐濾料的結(jié)構(gòu)以及濾頭，進水、出水與反洗水的分布和收集裝置，輔助的清洗設(shè)備以及必要的流量、水位和壓力控制裝 置等組成。設(shè)計流速 10 20m/h，反沖洗強度 8洗排水接入地溝。 活性炭過濾器 活性炭 過濾器 的工作是通過炭床來完成的。組成炭床的活性炭顆粒有非常多的微孔和巨大的比表面積，具有很強的物理吸附能力。 利用活性炭的吸附特性將水中的有機污染物、微生物及溶解氧等吸附于炭的表面，增加微生物降解有機污染物的機率，延長有機物的停留時間，強化生物降解作用，將炭表面吸附的有機物去除；還可去除水中的異臭異味，去色度，合成洗滌劑以及脫氯等，此外活性炭的選擇吸附性，不但可吸附電解質(zhì)離子，還可使高錳酸 鉀耗氧量（ 到很好的控制和降低。 過濾器裝置結(jié)構(gòu)與錳砂過濾器一樣。設(shè)計流速 8 15m/h，反沖洗強度4性炭層高 洗排水接入地溝。 采用椰子果殼材料做成的活性炭，其特性：比表面積大于等于 500m2/g，總孔容積大于 g，粒度 10占 90%，強度大于等于 90%，燥減量小于等于 10%， 大于等于 7。如果吸附能力降低，可使用強制放電再生，經(jīng)過干燥、焙燒、活化使吸附能力恢復 90%以上。 阻垢加藥裝置 為了提高反滲透（ 置的回收率，并防止反滲透膜濃水端（特別是反滲透壓力容器中最后一組膜元件）的濃水側(cè)出現(xiàn)碳酸鹽、硫酸鹽和其它形式的化 14 學結(jié)垢，從而影響膜元件的性能，對反滲透處理前的進水必須進行必要的阻垢處理。 阻垢劑的作用機理分為 : 絡(luò)和增溶作用、晶格畸變作用、靜電斥力作用。 生成帶負電性的分子鏈 ,它與成可溶于水的絡(luò)合物或螯合物 ,從而使無機鹽溶解度增加 ,起到阻垢作用。 占據(jù)了一定位置 ,阻礙和破 壞了無機鹽晶體的正常生長 ,減慢了晶體的增長速率 ,從而減少了鹽垢的形成 ; 使微粒間斥力增加 ,阻礙它們的聚結(jié) ,使它們處于良好的分散狀態(tài) ,從而防止或減少垢物的形成。 阻垢劑加藥裝置由計量泵和加藥箱組成。與反滲透高壓泵實現(xiàn)聯(lián)動，自動運行。 5 微米保安過濾器 保安過濾器又稱精密過濾器。殼體采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼制作而成，濾芯采用成型的濾材（聚丙烯纖維熔噴或線繞蜂房），在壓力的作用下，使原液通過濾材，濾渣留在濾材上，濾液透過濾材流出，能有效去除水中雜質(zhì)、沉淀 物和懸浮物、細菌，從而達到過濾的目的。 其目的是濾去由于預處理工序可能帶來的大于 5 m 的顆粒、雜質(zhì)。在預處理工序后由于這些顆粒經(jīng)反滲透（ 機的高壓泵后可能會擊穿反滲透膜組件，從而造成大量鹽漏和串水現(xiàn)象，影響出水水質(zhì)，同時也可能會劃傷高壓泵的葉輪。 精密過濾器特點：過濾精度高，濾芯孔徑均勻；過濾阻力小、通量大、截污能力強、使用壽命長；濾芯材料潔凈度高，對過濾介質(zhì)無污染；耐酸、堿等化學溶劑；強度大、耐高溫，濾芯不易變形；操作簡便，運行費用低，易于清洗，濾芯可更換。 主要技術(shù)參數(shù)： 1、工作壓力： 、工作溫度： 5 40 3、濾芯接口：平壓式、插入式 15 4、筒體與底座聯(lián)接方式：快開型、法蘭型 5、過濾精度： 1 m 100 m 保安過濾器當運行一段時間后，由于水中的顆粒、雜質(zhì)將濾芯表面堵住，過濾器的進、出口壓差將變大。當壓差大于設(shè)定值（通常為 應當及時更換，避免由于濾芯的堵塞而形成背壓對系統(tǒng)造成損壞。 鹽工藝介紹 滲透 反滲透膜的工作原理圖如下： 淡水 濃水滲透圖 1滲透壓半透膜 半透膜淡水 濃水反滲透圖 2濃水將純水與含有溶質(zhì)的溶液用一種只能通過水的半透膜隔開，此時，純水側(cè)的水就自發(fā)的透過 半透膜，進入溶液一側(cè)，溶液側(cè)的水面升高，這種現(xiàn)象就是滲透。當液面升高至一定高度時，膜兩側(cè)壓力達到平衡，溶液側(cè)的液面不再升高，這時，膜兩側(cè)有一個壓力差，稱為滲透壓 。如果給溶液側(cè)加上一個大于滲透壓的壓力，溶液中的水分子就會被擠壓到純水一側(cè)，這個過程正好與滲透相反，我們稱之為反滲透。我們可以從反滲透的過程看到，由于壓力的作用，溶液中的水分子進入純水中，純水量增加，而溶液本身被濃縮。反滲透膜分離技術(shù)就是利用反滲透原理進行溶質(zhì)與溶劑的分離。 反滲透膜按材料可分為醋酸纖維素膜、芳香聚酰胺膜、復合膜，裝置分中空膜、管式 膜、板式膜、卷式膜。就反滲透膜的結(jié)構(gòu)形式而言，中空膜、管式膜、板式膜的市場相對狹窄，致使美國杜邦公司 (經(jīng)停止其中空膜的生產(chǎn)，日本東洋紡 (中空膜在國內(nèi)的銷量也極其有限，而因卷式膜的預處理要求低、處理水源范圍寬、應用范圍廣泛、市場巨大，使卷式膜幾成反滲透膜的代 16 名詞。在膜材料方面，由于醋酸纖維膜的工作壓力高、脫鹽率低等缺陷，已基本退出市場，低壓與超低壓芳香聚酰胺復合膜已成為市場的絕對主流。 經(jīng)過預處理凈化后的原水，在滿足反滲透膜進水水質(zhì)條件下，進入 滲透裝置，進行初步的脫鹽處 理。 反滲透裝置主要由高壓泵、反滲透膜和控制部分組成。高壓泵對進水加壓，除水分子可以透過 外，水中的其它物質(zhì)（礦物質(zhì)、有機物、微生物等） 幾乎都被拒于膜外，無法透過 而被高壓濃水沖走。 反滲透膜過濾工藝利用 的高脫鹽性能能徹底除去過去純水制造工藝中較難去除的 粒子及細菌。同時，又徹底省掉離子交換再生酸堿消 耗、免除酸堿排污污染及避免離子交換層中細菌、有機物的二次污染。經(jīng)反滲透處理后的水，能去除 99%以上的溶解性固體， 99%以上的有機物及膠體，幾乎 100%的細菌。 剖面 圖如下： 當反滲透運行一段時間后，會產(chǎn)生產(chǎn)水量下降、工作壓力升高、產(chǎn)水電導率升高等現(xiàn)象，這時候需要根據(jù)反滲透膜元件受到污染的情況有針對性的進行例行清洗維護。清洗方式一般有：物理清洗（沖洗）和化學清洗（藥品清洗）。為了 17 提高化學清洗效果，清洗前應對污染狀況進行分析，確定污染種類，選擇合適的清洗劑。 物理清洗是采用低壓大流量的進水沖洗膜元件，沖洗掉附著在膜表面的污染物和堆積物。裝置運行時，顆粒污染物逐漸堆積在膜表面，如果沖洗時的流速和制水時的流速相等或略低，則很難把污染物從膜元件中沖洗出來。因此，沖洗時要使用比正 常運行時更高的流速，通常，單支壓力容器（ 8 英寸的膜）內(nèi)的沖洗流速為： h。正常高壓運行時，污染物被壓向膜表面造成污染。所以在沖洗時，如果采用同樣的高壓，污染物仍會被壓在膜表面上，清洗的效果不會太理想。因此在沖洗時，應盡可能的通過低壓、高流速的方式，增加水平方向的剪切力，把污染物沖出膜元件。壓力通?？刂圃?下。如果在 下，很難達到一定的流量時，應盡可能控制進水壓力，以不出產(chǎn)水或少出產(chǎn)水為標準。一般進水壓力不能大于 沖洗的頻度：應經(jīng)常對系統(tǒng)進行沖洗。增加清洗的 次數(shù)比進行一次化學清洗更有效果。沖洗的頻度一天一次為好。 發(fā)生以下情況，需進行化學清洗： 1、標準化條件下的產(chǎn)水量下降 102、進水和濃水之間的系統(tǒng)壓差升高到初始值的 3、產(chǎn)水水質(zhì)明顯下降 化學清洗的頻度：一般可以考慮每 6 個月清洗一次 因離線清洗相對于在線清洗有以下優(yōu)點，所以該系統(tǒng)采用離線清洗： 1、對系統(tǒng)中出現(xiàn)問題的膜元件進行有針對性的檢測 2、對大系統(tǒng)進行清洗前，檢驗單支模元件的清洗效果試驗 3、用于小系統(tǒng)的清洗，單支膜元件的清洗 方式可以增加清洗的效果 離線化學清洗：從大系統(tǒng)中取出一支膜元件，用特定的清洗裝置進行化學清洗。 一般化學清洗系統(tǒng)由清洗泵、清洗箱、 5 微米保安過濾器、所需的管道、閥門、清洗軟管、控制儀表（ 、溫度計、流量表）等組成，清洗過程為循環(huán)清洗，周期一般為 1 2 小時。 清洗箱：要求防腐，材料可選擇玻璃鋼、聚氯乙烯塑料、鋼罐內(nèi)襯膠等，確 18 定清洗箱的體積時，應考慮壓力容器的體積、保安過濾器的體積、有關(guān)流通管道的體積等。 清洗泵：選用的清洗泵應耐腐蝕，如不銹鋼泵、塑料泵。清洗泵壓力應能克服保安過濾器的壓降、膜組件的壓降、 管道阻力損失等。一般選用壓力 備 備概述： 備又稱連續(xù)電除鹽技術(shù)，它科學地將電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)融為一體，通過陽、陰離子膜對陽、陰離子的選擇透過作用以及離子交換樹脂對水中離子的交換作用，在電場的作用下實現(xiàn)水中離子的定向遷移，從而達到水的深度凈化除鹽，并通過水電解產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子對裝填樹脂進行連續(xù)再生，因此 水過程不需酸、堿化學藥品再生即可連續(xù)制取高品質(zhì)超純水，它具有技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便的優(yōu)點，可廣泛應用于電力、電子、醫(yī)藥、 化工、食品和實驗室領(lǐng)域，是水處理技術(shù)的綠色革命。這一新技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離子交換裝置，生產(chǎn)出電阻率高達 16M 的超純水。 備工作原理： 高純度水對許多工商業(yè)工程非常重要，比如：半導體制造業(yè)和制藥業(yè)。以前這些工業(yè)用的純凈水是用離子交換獲得的。然而，膜系統(tǒng)和膜處理過程作為預處理過程或離子交換系統(tǒng)的替代品越來越流行。如電除鹽過程（ 類的膜系統(tǒng)可以很干凈地去除礦物質(zhì)并可以連續(xù)工作。而且，膜處理過程在機械上比離子交換系統(tǒng)簡單得多，并不需要酸、堿再生及廢水中和。 理過程是膜處理過程中 增長最快的業(yè)務(wù)之一。 有特殊水槽，水槽里的液流通道中填充了混床離子交換樹脂。 要用于把總固體溶解量（ 1 的水源制成8歐純凈水。 置將離子交換樹脂充夾在陰 /陽離子交換膜之間形成 元。 作原理如圖 2 所示。 件中將一定數(shù)量的 元間用網(wǎng)狀物隔開，形成濃水室。又在單元組兩端設(shè)置陰 /陽電極。在直流電的推動下，通過淡水室水流中的陰陽離子分別穿過陰陽離子交換膜進入到濃水室而在淡水室中去除。而通過濃水室的水將離子帶出系統(tǒng)，成為濃水 . 備一 般以反滲透 19 （ 水作為 水。 水電阻率一般是 4025 )。 水電阻率可以高達 18 5 )，但是根據(jù)去離子水用途和系統(tǒng)配置設(shè)置，水適用于制備電阻率要求在 5 )的純水。 點 需要化學再生 ,可連續(xù)運行 ,進而不需要傳統(tǒng)水處理工藝的混合離子交換設(shè)備再生所需的酸堿液 ,以及再生所排放的廢水。 備模塊結(jié)構(gòu)特點： 1、淡水隔板采用衛(wèi)生級 料 2、 片采用進口均相膜和國產(chǎn)異相離子交換膜 3、采用進口 用均粒樹脂和國產(chǎn) 用均粒樹脂 4、 極板采用鈦鍍釕技術(shù) 5、壓緊板采用具有硬性的合金鋁軋鑄而成。 6、固定螺絲采用國標標準件 7、膜堆出廠最高試壓 7漏水 8、膜堆電阻低、功耗小 9、外觀裝飾板造型美觀結(jié)實 10、最大膜堆處理水量 3T/H，最小模堆處理水量 75L/H 11、純水、濃水、極水通道設(shè)計合理，不易堵塞，水流分布均勻、無死角。 備進水指標要求： 通常為單級反滲透或二級反滲透的滲透水 可交換陰離子，以 ）： 25 電導率 ： 40S/ H： 總硬度低于 ， 佳工作的 圍為 溫度： 5 35 。 進水壓力： 460 硬度：（以 ）： 有機物（ 氧化劑： 變價金屬： 20 二氧化硅： 色度： 5 二氧化碳的總量： 10 5 觀圖如下：圖 1 圖 1 離子的遷移和交換如下：圖 2 圖 2 21 處理工藝介紹 水箱 儲存產(chǎn)水，為后續(xù)設(shè)備用水提供穩(wěn)定的充足的水源。 水泵 選用 2 臺，一備一用，以防一臺泵壞了系統(tǒng)還可以運行。 外線殺菌器 為能有效的控制產(chǎn)品水中的微生物指標、 標、細菌指標，達到終端使用要求 ，在將純化水水箱中的水輸送到用水點之前配備過流式紫外線（ 菌裝置。 紫外消毒法是一種物理的消毒法。紫外線消毒設(shè)備是用加壓汞蒸氣的石英燈管裝置而成。當紫外線設(shè)備產(chǎn)生的足夠劑量的強紫外光照射到水、液體或空氣上時，其中的各種細菌、病毒、微生物、寄生蟲或其它病原體在紫外光 輻射下，細胞組織中的 破壞，從而阻止了細胞的再生。科學試驗證明，波長在 240紫外線具有高效殺菌功能。水中的有機污染物在紫外光的作用下能夠逐步氧化成低分子的中間產(chǎn)物，最終生成 紫外消毒的優(yōu)點 ：接觸時間短，殺菌能力強，設(shè)備簡單，操作管理方便，能自動化進行，而且對水不會有副作用，無中毒的危害，水不會有氣味。但因沒有持續(xù)殺菌效果，因而消毒后的水要加強管理，防止再污染。 米保安過濾器 為確保產(chǎn)水滿足要求，設(shè)置終端微濾，用于清除產(chǎn)品水中殘留的細菌尸體、消除內(nèi)毒素、熱源等。 因?qū)Ξa(chǎn)水要求很高，所以采用 1 微米保安過濾器，其原理、特性與 5 微米保安過濾器相同，在此不再敘述。 統(tǒng)其他配置介紹 路要求 管路要求：管路要求選擇耐腐蝕性強，可以承受閥門關(guān)閉時系統(tǒng)壓力的材料。管路的設(shè)計壓 力 閥門關(guān)閉時系統(tǒng)壓力 操作壓力。低壓反滲透系統(tǒng)使用 2 規(guī)格的不銹鋼。產(chǎn)水等低壓管路使用 質(zhì)。 管徑：其直徑大小的選擇一定要避免在系統(tǒng)流量范圍內(nèi)產(chǎn)生過大壓力損失。尤其是產(chǎn)水的管路直徑大小更重要，產(chǎn)水管路過細，容易產(chǎn)生產(chǎn)水背壓損壞膜元件。 劑注入點 一般選擇在泵的入口等混合效果較好的地方。需投加多種藥劑時，注入點最小間隔應在 1 米以外，為了加強藥劑的混合，可以設(shè)置混合器。 量儀表 壓力表：進水、段間、濃水、產(chǎn)水側(cè)分別配置壓力表 流量計：產(chǎn)水、濃水處設(shè)置流量計 ，可計算進水流量 溫度計：進出壓力容器入口處 進水 ： 進水電導儀 進水 （氧化 制系統(tǒng) 處理控制 多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器都為自動操作。通過判斷時間參數(shù) ,自動控制設(shè)備的運行、備用、正洗和反洗狀態(tài)的切換。 壓泵的保護系統(tǒng) 每套反滲透裝置的高壓泵進出口都裝有低壓保護開關(guān)和高壓保護開關(guān)。當供水量不足時高壓泵入口的水壓低于某一設(shè)定值，會自動發(fā)出信號停止高壓泵，保護高壓泵不在空轉(zhuǎn)情況下工作。當因其它的原因誤操作，使高壓泵的出 口壓力超過某設(shè)定值時，高壓泵出口高壓保護開關(guān)會自動切斷高壓泵供電，保護系統(tǒng)不在高壓下運行。 滲透系統(tǒng)控制 此套系統(tǒng)采用 完成控制。反滲透裝置的投運或備用主要是通過控制高壓泵的起動或停止來實現(xiàn)，而高壓泵的起、停是通過反滲透后的水箱的液位變 23 化來決定的。在本系統(tǒng)反滲透后的水箱的液位通過三點來控制反滲透裝置的運行。 1、當一級 箱水位處于低液位和中液位時，一級高壓泵運行。 2、當一級 箱的水位繼續(xù)升至高液位時，一級反滲透將停止。 3、相反，當一級 箱的液位由高至低反過程時，一級反滲透 的投運順序同時以相反的順序進行。采用該控制方式，不僅可以節(jié)約回水，又可以節(jié)省費用，因為反滲透本身的運行成本主要來自高壓泵的耗電。 4、當預處理系統(tǒng)故障停機時，一級反滲透系統(tǒng)自動停止工作。 5、當二級 箱水位處于低液位和中液位時，二級級高壓泵運行。 6、當二級 箱的水位繼續(xù)升至高液位時，二級反滲透將停止。 7、相反，當二級 箱的液位由高至低反過程時，二級反滲透的投運順序同時以相反的順序進行。采用該控制方式，不僅可以節(jié)約回水，又可以節(jié)省費用，因為反滲透本身的運行成本主要來自高壓泵的耗電。 8、 當一級 箱水位處于低液位時，二級 統(tǒng)自動停止工作。 注意事項： 1、啟動和停止時，流量和壓力會有波動。過大流量和壓力波動可能會導致膜元件破裂。故在啟動和停止操作時需要緩慢增加和降低流量 2、產(chǎn)水側(cè)壓力（背壓）：產(chǎn)水側(cè)壓力高于原水側(cè)壓力 上時，膜片會受到物理性損傷。背壓通常發(fā)生在反滲透設(shè)備閥門開閉的瞬間。充分確認閥門的開和關(guān)及壓力的變動，保證運行過程杜絕背壓現(xiàn)象發(fā)生。產(chǎn)水管道若高于膜堆中最下部膜殼 5 米以上時，系統(tǒng)停止時產(chǎn)水側(cè)的靜壓頭 (從產(chǎn)水側(cè)施力給原水側(cè)，即發(fā)生背壓現(xiàn) 象，導致膜受到傷害。因此務(wù)必注意原水管道是否高于產(chǎn)水管道，同時要注意產(chǎn)水管道在膜殼上部的高度。 第三章 系統(tǒng)的設(shè)計與計算 在設(shè)計系統(tǒng)時，要正確掌握原水水質(zhì)和對產(chǎn)水的要求。對各個裝置的設(shè)計進行優(yōu)化組合，保證系統(tǒng)的正常運行。本章將對整個系統(tǒng)進行設(shè)計。 在系統(tǒng)的設(shè)計中，反滲透的膜元件型號的選擇，水通量選擇（單位膜面積的產(chǎn)水量， 以及回收率都是重要的事項。一般盡可能設(shè)計高的回 24 收率，這樣可以降低供給水的量，減少預處理的成本。但是，反滲透的回收率設(shè)計高時會有以下的不利因素需要考慮。 （ 1）結(jié) 垢的風險增大，需要添加阻垢劑； （ 2） 產(chǎn)水的水質(zhì)下降； （ 3）運行操作壓力增高，泵和相關(guān)設(shè)備的費用增加。 所以產(chǎn)水量和回收率的設(shè)計一定要符合安全的標準。一般建議要有一定的設(shè)計彈性。 滲透裝置的設(shè)計與計算 滲透膜元件型號的選擇 根據(jù)原水的含鹽量、進水水質(zhì)的情況和對產(chǎn)水水質(zhì)的要求，一般將膜元件分為五大類?？嘞趟擕}、超低壓、低污染、納濾和海水淡化。因原水含鹽量較高，對產(chǎn)水水質(zhì)要求高，以及考慮經(jīng)濟性，在此選用美國海德能的 列低壓高脫鹽反滲透膜元件。 列 是低壓高脫鹽苦咸水淡化膜，材質(zhì)為芳香聚酰胺，可在較低的操作壓力下獲得高水通量和脫鹽率，耐久性很好，對二氧化硅的去除也相當有效。常用于包括井水、地表水除鹽、飲用水凈化、離子交換系統(tǒng)前的預脫鹽、電廠鍋爐補給水的制取以及半導體制造廠中所需要的超純水制備等。 該系列膜元件主要包括 8 英寸膜元件（ 一種 4 英寸的膜元件（ 可以滿足客戶對產(chǎn)水水質(zhì)日益嚴格的要求。此外， 用了 變了膜元件的進水 隔網(wǎng)的形狀和尺寸，使得 運行壓力及壓力損失均大幅降低，同時由于進水隔網(wǎng)的改變， 元件的耐污染程度也大幅提高，降低了反滲透系統(tǒng)的清洗頻率，延長了膜元件的使用壽命。所以相比之下，在此選用 元件作為系統(tǒng)的反滲透膜元件。 25 列膜元件的規(guī)格參數(shù)表 3稱 型 號 有效膜面積 )/(/ 2 操作壓 力量 鹽率 % 產(chǎn)水 T/D） 85/ 225/ 2250(低壓膜 365/ 225/ 10000( 400/ 225/ 11000(41 增強型 低污染膜 400/ 225/ 10500(超低壓膜元件 4040 77/ 150/ 98 3000/ 85/ 150/ 99 2600(85/150/ 1900( 85/ 100/ 2500( 400/150/ 99 12000(400/150/ 9000(400/100/ 99 12000(040 440/40 150/ 12000(抗污染膜 85/ 150/ 99 1900( 400/ 225/ 11000(海水淡化膜 85/800/ 1200( 400/ 800/ 6000(濾膜 85/ 75/ 90 1950(400/75/ 90 10000( 26 不同給水對應不同膜原件水通量 表 3水類型 市政廢水 河水 井水 透水 水通量 )/(/ 2 812 1014 1720 2030 均水通量和回收率的確定 通常，單位面積的產(chǎn)水量和回收率設(shè)計的過高，發(fā)生膜污染的可能性會大大增加，造成產(chǎn)水量下降，清洗膜系統(tǒng)的頻率增加，維護系統(tǒng)正常運行的費用增加。所以在設(shè)計系統(tǒng)時，在能的條件下，最好采用有余量