20噸/時二級反滲透+EDI超純水設備系統方案

1、20噸/時二級反滲透+EDI超純水設備系統設計依據
1.1原水：自來水
1.2產水用途：生產用水
1.3產水量：20 m3/h
1.4出水水質：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 系統組成

3.2 系統布局
預處理部分、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和水量，將整個水處理系統置于PLC控制下運行，并適時監控。
3.3 控制系統結構
控制系統采用分散控制，集中監視的控制系統。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視控制的控制系統。       
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調節裝置→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原水預處理的目的和組成
A.反滲透設備系統進水要求：
（1）污染指數：          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      LSI：<0
B.預處理系統就是通過過濾、吸附等方法使反滲透進水達到以上要求，以實現以下目的：
（1）防止反滲透裝置膜面結垢（包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、鐵鋁氧化 物等）；
（2）防止膠體物質及懸浮固體微粒對反滲透的污堵；
（3）防止有機物質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）防止氧化性物質對反滲透膜的氧化破壞；
C.預處理系統的組成：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格的石英砂，用于除去原水中的懸浮物及及脫穩后的膠體,以使出水的污染指數SDI<4達到RO進水要求。
4.1.3活性炭濾器  活性炭被廣泛應用于生活用水及食品工業、化工等工業用水的凈化，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，可以對各種性質的有機物質進行化學吸附，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、木質磺酸等有機物質，還可去除象余氯一類對陰離子交換劑有害物質，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，50%左右的鐵，以及47—60%的有機物質。
4.1.4阻垢加藥裝置  自來水中含有一部分鈣、鎂離子等容易結垢性的物質，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，必然會加大濃水側離子的濃度；從而導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；能很好的調節由于濃縮而引起的結垢總問題。阻垢劑的投加量一般在2-5ppm左右。根據原水水質的總硬試值調節加藥量。
4.2  二級反滲透部分
滲透是水從稀溶液一側通過半透膜向濃溶液一側自發流動的過程。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。當水向濃溶液流動而產生的壓力足夠用于阻止水繼續凈流入時，滲透處于平衡狀態，見圖 (b)。平衡時，水從任一邊通過半透膜向另一邊流入的數量相等，即處于動態平衡狀態，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)。　　當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)。　　滲透是自發過程，而反滲透則是非自發過程。反滲透系統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，特設置保安濾器作為后置的預處理手段。作為保險措施，即使多介質機械濾器過濾不*，也能夠保證反滲透膜不會受到嚴重污染。保安濾器內裝5um的聚丙稀微孔濾器。當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通量）。濾器結構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約能量的作用；新系統剛運行的時候對進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。本系統設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脫鹽的心臟部分，經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系統設備選型  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合，分別是zui上面的超薄脫鹽層（厚度約為0.2µm聚銑胺材質）、中間的聚楓內夾層和zui下面的聚酯支撐網層。該組件膜面積400平方英尺，產水通量大，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，具有抗腐蝕性，耐壓300psi,管內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反滲透裝置工藝設計  整套系統反滲透膜裝置安置在一個機架上，并配置控制系統，在進水水溫25℃時二級反滲透產水量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水側設有取樣囗，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，系統自動恢復到沖洗啟動前的狀態。
4.2.3.4就地儀表配置  反滲透裝置設置二次儀表顯示裝置，就地顯示產水量、電導率等重要參數。系統設置高、低壓保護開關，保證反滲透系統安全可靠運行。
4.2.4反滲透純水箱  反滲透產品水送入PE材質的水箱。該水箱設置高低液位控制裝置能控制泵的聯鎖，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反滲透化學清洗裝置  無論預處理過程多么完善，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、產水量下降，當這些變化超過原始值的15%時，就要用化學藥品進行清洗。為此，除日常運行中進行的低壓沖洗外，還需進行定期化學清洗，有時還需進行殺菌處理。
本系統配置的化學清洗裝置，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
化學清洗準則
          A、裝置的產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。微生物被紫外光滅活是由于光化學反應破壞了其體內的核酸物質的結果。這一過程有效的阻止了細胞和病毒的繁殖從而導致細胞的死亡。紫外光通過改變細菌、病毒和其它微生物細胞的遺傳物質（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生紫外光，當水流流經紫外燈管時，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是連續電再生除鹽裝置的英文縮寫，是電解、滲析及離子交換相結合的深度脫鹽裝置，由給水室、濃水室和電極室組成。給水室內裝填常規混合離子交換樹脂，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常處于再生狀態，因而有深度除鹽能力。因此EDI在通電狀態下可以不斷地制出純水，其內填的離子交換樹脂不用酸堿再生。
運用EDI技術使酸堿污染降低為零，且可降低成本及勞動強度。反滲透產水經過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閉。
本系統設置了水流保護開關，防止干燒導致EDI損壞。
4.3.3超純水箱  EDI產品水送入水箱。該水箱設置高低液位控制裝置能控制泵的聯鎖，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產水電阻率zui高在17 MΩ.cm左右，為達到用水標準，在終端增加了精混床用以提升水質。
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。破壞產生后產生的物質用后續的精混床脫除。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，相當于一個多級的除鹽系統。其中經H型強酸性陽樹脂與水中陽離子交換后形成的H+，和經OH型強堿性陰樹脂與水中陰離子交換后形成的OH-相結合，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*,因此，混床出水水質好。
（一）、氫型陽離子交換樹脂的交換反應：
A、與碳酸鹽硬度的交換反應：
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：
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：
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：
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，以滿足使用點對產品水中微粒的要求。設置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。濾器結構能滿足快速更換濾芯的要求。
5.  工藝控制設計說明
5.1 控制系統概述
根據本系統的規模及設備分布的具體情況，決定采用目前工業過程控制中zui常用的集中分散型控制系統。它又稱分級控制系統，是一種分布式控制系統，具有控制分散，信息集中管理的特點。本系統分上位操作站，下位控制站兩級。上位操作站由一臺主控制箱作為監控站。下位控制站的設置是根據優化控制，合理布局的原則視具體情況而定的，同時為方便系統在實施階段或運行階段進行必須的調整及擴展，控制站考慮了一定的余量。
5.2 控制系統功能簡介
5.2.1 上位操作站 主要完成系統中各操作站的監視參數設置,設備運行等操作功能，具有清晰的生產設備運行情況，可在流程圖上對現場設備進行遠方手動操作，實現遠程控制。生產過程的電阻率及電導率可以在線顯示。
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，各生產過程的程序、數據都存儲PLC的CPU里獨立運行，工作人員可通過計算機操作站來監視其運行。PLC具有很強的運算功能，能完成復雜的操作，可配合操作員通過對整個生產過程的運行參數和狀態進行集中監控，以實現對整個系統的程控，運行，遠操等過程。各控制執行機構均配制行程開關。
5.2.3 電導率、電阻率等顯示  現場配備電導率儀表，電阻率儀表，以便重要電導率、電阻率等指標能夠在水處理車間和控制室同時顯示。
5.3系統水處理控制介紹  依據水處理的工藝過程，本控制系統對各個工藝單元進行直接協調、管理、控制。系統監控對象由以下單元組成：
5.3.1 預處理部分控制  預處理部分以原水箱為連續運行控制點。當原水箱液位處于較低限位置,低液位開關向PLC輸入開關信號, PLC即控制原水進水電磁閥開啟；當原水箱液位處于低限位置,低液位開關向PLC輸入開關信號, PLC即控制預處理部分停止；當水箱液位處于高限位置,高液位開關向PLC輸入開關量信號, 原水進水電磁閥關閉。
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，當運行時長大于設定值，由PLC控制氣動閥門按順序進行自動反洗操作，反洗結束后投入運行。過濾器各閥門的運行狀態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，這樣可以保證后續反滲透裝置的連續供水。   
5.3.1.2  活性炭濾器  活性炭濾器設置運行及反洗步驟由PLC控制的氣動閥門自動操作，根據運行時間參數由PLC控制氣動閥門按順序進行自動反洗操作，反洗結束后投入運行。各活性碳濾器閥門的運行狀態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，這樣可以保證后續反滲透裝置的連續供水。
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。
當反滲透中間水箱液位處于較低限位置,較低液位開關向PLC輸入開關信號, PLC即控制高壓泵開始運行；當水箱液位處于高限位置,高液位開關向PLC輸入開關量信號, 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
反滲透進水側設有電導率檢測儀表，將電導率值的模擬量信號輸入PLC，并在顯示器上顯示參數。反滲透產水側設有電導率檢測儀，將產水電導率值的模擬量信號輸入PLC，并在顯示器上顯示參數。
反滲透高壓泵進水設置低壓保護開關，當壓力小于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，并在顯示器上顯示報警。當壓力大于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管路設壓力開關，當壓力大于某一設定值時，PLC輸出開關信號，停止高壓泵運行，并在顯示器上顯示、報警。
反滲透濃水側設一電動快沖洗閥門，在高壓泵運行前和高壓泵停止后，接受PLC輸出的開關量信號，自動進入低壓沖洗狀態。
5.3.4 EDI除鹽系統
EDI連續脫鹽系統的由PLC控制實現自動運行，當氮封水箱液位低于中間液位時，EDI系統啟動。當氮封水箱液位達到高液位時，EDI系統停止。
為防止EDI系統干燒，系統設置了水流保護，當無水流通過時，系統自動切斷相應電源。
UV裝置的開啟關閉跟隨相應EDI系統。
純水箱內裝有壓力微動開關，當水箱內出現負壓時，系統會立即開啟安全閥，并報警和提示報警的原因。
5.4 主要控制設備
1、系統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、壓力開關選用中國臺灣凡宜進口產品或相當產品。
4、電導率、電阻率儀選用美國+GF+或相當產品。