脫鹽水站計劃書

1、天津工業(yè)大學環(huán)境工程課程設計題目:脫鹽水站設計 姓 名 甘愿 胡繼旋 顧亞然 韓冰 學 院 環(huán)化學院 專 業(yè) 環(huán)境工程 指導教師 趙學輝 職 稱 副教授 2013 年 10 月 23 日目 錄第一章 脫鹽水站設計任務和要求概述1 1.1編制依據(jù)1 1.2技術(shù)規(guī)范和要求1 1.3案例介紹2 1.4深井水水質(zhì)指標2 1.5水質(zhì)分析3第2章 脫鹽技術(shù)工藝比選及分析4 2.1脫鹽概述4 2.2蒸餾法4 2.3離子交換法4 2.4反滲透法5 2.5簡單工藝流程圖5 2.6工藝介紹 6第3章 設計計算8 3.1取水設備有關(guān)計算8 3.2預處理設備有關(guān)計算8 3.3結(jié)垢傾向計算8 3.4反滲透裝置設計有關(guān)計

2、算8 3.5反滲透清洗裝置有關(guān)計算9第四章 設計圖紙11 4.1脫鹽水站水量平衡設計圖11參考文獻12附件1脫鹽水站工藝管道儀表流程圖12附件2脫鹽水站平面設置圖12附件3脫鹽水站設備清單12謝辭14天津工業(yè)大學環(huán)境工程課程設計第一章 脫鹽水站設計任務和要求1.1編制依據(jù)表1-1序號項目內(nèi)容規(guī)定1工程名稱脫鹽水站設計2建設規(guī)模500m2 3質(zhì)量標準合格 1.2技術(shù)規(guī)范和要求1.2.1設計原則 根據(jù)脫鹽水站的產(chǎn)水水量和產(chǎn)水水質(zhì)的要求，本著工藝設備先進、可靠、最大限度地提高系統(tǒng)的性能價格比的原則進行設計。1.2.2標準和規(guī)范 表1-2國家法律法規(guī) 序號名稱備注1中華人民共和國合同法2中華人民共和國

3、建筑法3其他相關(guān)法律表1-3工程規(guī)范及標準序號名稱備注1給排水手冊2海德能膜產(chǎn)品技術(shù)手冊1.3案例介紹某國際花卉養(yǎng)殖基地主要養(yǎng)殖國際名貴花卉，其市場主要分布在東南亞，日本以及韓國，所養(yǎng)花卉比較嬌貴，每天需要用超純水配置營養(yǎng)液進行澆灌，要求超純水中的TDS不大于10s/cm，硼不得大于1mg/l，該養(yǎng)殖場每天需要超純水150m3/h，原水為地下井水，其水質(zhì)指標見下表：1.4深井水水質(zhì)指標表1-4 深井水水質(zhì)指標分析項目指標分析項目指標陽離子K+0.6 mg/lPH8.21Na+221.3 mg/lSiO215.9 mg/lCa2+13.5 mg/l總礦化度830.7 mg/lMg2+5.5 mg

4、/l固形物605 mg/lNH4+0.05 mg/l總硬度56.1 mg/l總計240.9mg/l永久硬度0陰離子Cl-86.9mg/l暫時硬度56.1 mg/lSO42-35.5 mg/l負硬度314.2 mg/lHCO3-451.5 mg/l總堿度370.3 mg/lCO32-0.0 mg/l總酸度2.5 mg/lNO-30.74 mg/l游離CO22.2 mg/l總計573.9 mg/lCODMn1.19 mg/lFe2+色度5度Fe3+濁度1NTUAl0.01 mg/l肉眼可見物無Zn0.02mg/l嗅、味無Cu0.02 mg/lHg0.0001 mg/lMn0.07 mg/lTCr0

5、.002 mg/lTFe0.03 mg/lCr6+0.004 mg/lLi0.01 mg/lAs0.008 mg/lSr0.17 mg/lPb0.005 mg/lBa0.061 mg/lCd0.001 mg/lNi0.01 mg/lCN-0.001 mg/lNO-20.002 mg/l酚0.002 mg/lF-5.58 mg/lI-0.05 mg/lBr-0.1 mg/lPO43-0.47mg/lH3BO32.01 mg/lAg0.005 mg/lCoMoSe0.001 mg/lH2SiO320.7 mg/l1.5水質(zhì)分析 由表1-1可知原水COD較低，總硬度較低，總堿度較低，濁度色度較低，總

6、礦化度高，水質(zhì)較為良好。第2章 脫鹽技術(shù)工藝比選及分析2.1脫鹽概述 脫鹽簡單地說就是去除水中的陰陽離子。脫鹽的方法有電滲析、蒸餾、離子交換、反滲透等。下面將介紹對比幾種方法，以確定我們所要選的工藝。2.2蒸餾法2.2.1簡單介紹 將鹽水在一定壓力下加熱到某一溫度(此溫度低于該壓力下水的飽和溫度，因此鹽水尚未沸騰)，然后引入一個壓力較低的容器(稱之為第一級蒸發(fā)器)中，這時由于鹽水溫度明顯高于此壓力下水的飽和溫度，故在該容器中鹽水劇烈沸騰，急速汽化變成蒸汽，這就是閃蒸。2.2.2工藝特點 蒸餾除鹽法具有以下特點：(1)水與鹽分離的推動力為熱能。(2)適合于利用工業(yè)余熱制水，例如利用化工廠中需要冷

7、卻的高溫工藝介質(zhì)、地熱水、汽輪的低壓抽汽加熱鹽水，往往可以獲得較好的經(jīng)濟效益(3)容易制造成簡易的小型蒸餾設備，只要有電即可生產(chǎn)除鹽水，因此，該技術(shù)常用于實驗室。 (4)設備的操作彈性小，是設計值的80%110%，不適應于造水量要求可變的場合；當其傳熱管腐蝕穿孔將污染水質(zhì)。(5)除鹽的徹底性不如離子交換法，不適合除鹽水的精制。(6)對于含鹽量高的水源(如海水、苦咸水)，經(jīng)濟性不如反滲透法;對于含鹽量低的水源(如江河水、大多數(shù)水庫水)，經(jīng)濟性不如離子交換法。因此，在許多情況下蒸發(fā)除鹽法不是人們的首選方法。(7)用蒸餾法淡化海水的水利用率為25%。40%。2.3離子交換法2.3.1簡單介紹 離子交

8、換法是液相中的離子和固相中離子間所進行的一種可逆性化學反應，當液相中的某些離子較為離子交換固體所喜好時，便會被離子交換固體吸附，為維持水溶液的電中性，所以離子交換固體必須釋出等價離子回溶液中。常見的兩種離子交換方法分別是硬水軟化和去離子法。硬水軟化主要是用在反滲透處理之前，先將水質(zhì)硬度降低的一種前處理程序。軟化機里面的球狀樹脂，以兩個鈉離子交換一個鈣離子或鎂離子的方式來軟化水質(zhì)。2.3.2工藝特點 離子交換法技術(shù)成熟，使用經(jīng)驗多，出水水質(zhì)好；但工藝系統(tǒng)和運行管理較復雜，不能連續(xù)出水，再生廢液會造成二次污染。此法用于原水含鹽量小于500mg/L時比較經(jīng)濟。2.4反滲透法2.4.1簡單介紹 反滲透

9、法可同時有效的去除水中的無機鹽、低分子有機物、病毒和細菌，與電滲析法相比，其優(yōu)點是產(chǎn)品水的回收率、脫鹽率以及產(chǎn)品水的純度均較高；缺點是操作壓力高，對進水預處理要求高，濃水若不能適當處理將會造成二次污染。反滲透適用的原水含鹽量范圍為300035000mg/L，是目前應用較多的一種除鹽技術(shù)。2.4.2工藝特點 反滲透較其他除鹽方法：1、是在室溫條件下，采用無相變的物理方法使水淡化，純化；2、依靠水的壓力作為動力，能耗在眾多的方法中最低；3、化學藥劑少，無需酸、堿再生處理；4、無化學廢液及廢酸堿排放，無酸堿中和處理過程，無環(huán)境污染；5、系統(tǒng)簡單，處理方便，產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，兩級反滲透可取得高質(zhì)量的純水；

10、6、使用于較大范圍的原水水質(zhì)，既適用于苦咸水、海水及污水的處理，也適用于低鹽度的淡水處理；7、設備占地面積少，需要的空間小；8、運行維護和設備維修工作量小。2.5簡單工藝流程圖 根據(jù)以上分析設定初步流程為：原水預處理+反滲透工藝 圖2-1為簡易的脫鹽水站工藝流程圖2.6工藝介紹2.6.1取水系統(tǒng) 由于原水為深井水，采用低壓泵抽取。2.6.2預處理系統(tǒng)預處理部分由預過濾器，超濾裝置，水箱，反洗泵，自動投藥設備以及保安過濾器組成。1) 預過濾器：在超濾組件前安裝150m的預處理，以防中空絲堵塞。使用Hayward Fluid Engineering制造的可自動反洗的篩網(wǎng)。設置壓降達到設定值(約5p

11、si)時，其進行自動反洗，2) 超濾裝置：使用3套24支60"組裝的HYDRABLOC3) 反洗系統(tǒng)：反洗壓力35psi，反洗頻率30min一次，反洗時間30s每次；加藥反洗(CEB)頻率每天3次；加藥反洗(CEB)時間每次5分鐘，加藥反洗所用藥劑：使用15ppm的次氯酸鈉或30ppm的過氧化氫除菌殺毒；化學清洗每一個半月一次，使用檸檬酸。4) 水箱：暫時的儲水容器，進水箱前投加殺菌劑DBNPA（2,2-二溴-3-氰基丙酰胺），除去水箱及在進入反滲透裝置前滋生的細菌、微生物，減小對膜的污染。5) 保安過濾器：精密過濾器又稱保安過濾器，一般設置在壓力容器之前，其作用為阻擋大于5

12、1;m顆粒雜質(zhì)進入反滲透系統(tǒng)，來滿足后續(xù)工序?qū)M水的要求；有時也設置在整個水處理系統(tǒng)的末端，防止細小微粒進入成品水。6) 自動投藥設備：濃水在進入保安過濾器之前加入阻垢劑與還原劑NaHSO3，調(diào)節(jié)透系統(tǒng)進水為酸性,從而保護高壓泵和反滲透膜。2.6.3反滲透系統(tǒng)：反滲透系統(tǒng)由低壓泵、高壓泵、二級反滲透裝置、純水箱及反沖洗裝置組成。RO清洗裝置包括清洗箱、保安過濾器和清洗泵等，閥門的開啟狀態(tài)可反饋到監(jiān)控計算機。監(jiān)控計算機根據(jù)累計的運行流量決定反洗時間，一臺反洗時另一臺工作，保證連續(xù)供水。圖2-1簡易的脫鹽水站工藝流程圖 第3章 設計計算3.1取水設備有關(guān)計算： 給水壓力由水溫、HYDRABLOC膜

13、堆高度及其它參數(shù)決定，一般小于35psi。下面的公式可以計算所需給水泵最大輸出壓力： P feed=20×2.72-0.019(T-20) +  P filter+P filtrate+H memb /2.30 P feed :進水需要壓力(psi) T :進水最低溫度()  P filter:預過濾的最大壓力損失(psi) P filtrate :過濾所需壓力(psi) H memb :平均膜組件高度(ft)取進水壓力30psi，即為0.21Mpa，則揚程H=0.21×102+7=11m3.2預處理設備計算：超濾反洗水流量：3×24

14、×60×0.2271×1/60=16.35m3/h超濾產(chǎn)水流量：3×79=237m3/h反洗泵揚程：102×35×0.006895=24.6m 取25m3.3結(jié)垢傾向計算：表3-2 常見難溶鹽在一定溫度下的溶度積物質(zhì)分子式溫度/°C溶度積物質(zhì)分子式溫度/°C溶度積碳酸鈣CaCO4258.7×10-9硫酸鍶SrSO417.42.81×10-7硫酸鈣CaSO4254.9×10-5氟化鈣CaF2253.445×10-11硫酸鋇BaSO4 251.08×10-10CaSO4

15、 =Ca2+×SO42-=（13.5×4/40000）×（35.5×4/98000）=1.94×10-6BaSO4 =Ba2+×SO42-=2.6×10-9SrSO4 =Sr2+×SO42-=1.09×10-83.4反滲透裝置計算：一級高壓泵：操作壓力為1.07MPa，則揚程H=1.07×102m=110m，流量Q=240 m3/h保安過濾器：精度5µm濾芯中間水箱：按20min停留時間，V=176.5×（20/60）m3=58.9 m360 m3加藥泵（調(diào)PH=10、HY-

16、710）：藥劑濃度按標液稀釋后111g/L計，投加量按10mg/L Q=（176.5×10）/111 L/h=15.9 L/h二級高壓泵：操作壓力為0.7MPa，則揚程H=0.7×102m=72m，流量Q=180 m3/h純水箱：按30min停留時間，V=200×0.5 m3=75m3第一級反滲透裝置：1) 選用海德能ESPA2-8040低壓膜元件2) 查找設計導則，膜設計通量30L/(m2·h),膜面積37m2 單支膜元件產(chǎn)水量為30×37=1110 L/(m2·h)=1.11 m3/h3) 進水流量237m3/h 需膜元件數(shù)量Ne

17、=237/1.11214， 則用6芯膜殼時，共需壓力容器數(shù)為Nv=214/6=36，采用6/2+6/1（二段）排列，即24：12。此時，實際平均膜通量為237/216=1.1 L/(m2·h)4) 回收率為80%，產(chǎn)水產(chǎn)量為Q2=237×80%=189.6m3/h第二級反滲透裝置：1) 選用 海德能ESPAB-8040高脫硼極超低壓膜元件2) 膜設計通量39L/(m2·h)，膜面積37m33) 單支膜元件產(chǎn)水量為39×37=1443 L/(m2·h)=1.443 m3/h4) 系統(tǒng)需膜元件數(shù)量為Ne=189.6/1.443131，采用5芯壓力容

18、器，共需壓力容器數(shù)為Nv=131/5=26.326，采用3:1，即21:7。此時，實際平均膜通量為189.6/（28×5）=1.35L/(m2·h)5) 系統(tǒng)回收率為90%，則出水流量為189.6×90%=170m3/h，滿足出水150m3/h以及超濾反洗用水16.35m3/h綜上，一級RO按脫鹽率96%計算：產(chǎn)水TDS=605×（1-0.96）/L=24.2/L二級RO按脫鹽率85%計算：產(chǎn)水TDS=24.2×（1-0.85）/L=3.63/L，符合要求。脫硼率按96%計算，二級RO產(chǎn)水量：Q=2×（1-0.96）/L=0.08/L

19、，符合要求。 3.5反滲透清洗裝置計算：當跨膜壓差達到增加到初始值1.5倍時，反洗，反洗時間30min。清洗水箱：由每支8 in.膜元件50L知，V=36×6×50+28×5×50 L= 17.8m3加藥泵（HY-410清洗劑）：藥劑濃度按標液稀釋后20g/L計，投加量按10mg/L Q=（384×10）/20 L/h=0.192m3/h高壓泵：由每支8 in.壓力容器6 m3/h得， Q= (36+28)×6m3/h= 384m3/h 由跨膜壓差約0.2MPa，管道和壓力容器壓力下降約0.05MPa，清洗保安過濾器約0.05MPa，則揚程H=102×（0.2+0.05+0.05）m=30.6m取32m。則低壓泵揚程H=0.05×102m=5.1m。第4章 設計圖紙 4.1水量平衡設計圖 根據(jù)計算得出水量平衡圖，如圖4-13圖4-1 脫鹽水站水平衡設計圖參考文獻1 周正立反滲透水處理應用技術(shù)及膜水處理劑北京：