2m 3 /h 超纯水生产系统 (MMF ACF SF 2 级 RO 反渗透 EDI 电再生除盐工艺) 方 案 设 计 书 设计人：余艳：13073396006，674831270@qq.com 一、设计基础 1 设计要求 1.1 预处理系统出力和出水水质 1.1.1 出力:≥4m 3 /h 1.1.2 出水水质:SDI≦5COD≦1.5ppm浊度≦0.5NTU余氯≦0.1ppm 1.21 级反渗透系统出力和出水水质 1.2.1 出力:4m 3 /h 1.2.2 回收率：≥65% 1.2.3 出水水质: RO 电导率≦ 15μs/cm 1.32 级反渗透系统出力和出水水质 1.3.1 出力:≥2.3m 3 /h 1.3.2 回收率: ≥75% 1.3.3 出水水质: RO 电导率≦ 5μs/cm 1.4EDI 电再生系统出力和出水水质 1.4.1 出力:≥2m 3 /h 1.4.2 回收率: 90% 1.4.3 出水水质: 产水电阻率≥15MΩ.cm 1.5 运行方式：全自动运行（并具备手动操作功能） 1.6 供水方式：连续产出（24 小时运行） 2 设计依据 2.1 原水水源：苏州市政自来水 2.2 原水设计温度：25℃ 2.3 设计界线：原水箱装置进口至成品水出口（详见工艺流程图）； 2.4 其它涉及的设计基础条件将在技术讨论中确定。 3 系统对外界要求 3.1 进水管：进水管引至原水箱装置入口； 3.2 供电缆：根据设计容量，由用户自己负责； 3.3 出水管：EDI 装置产水出口 5 米范围内（详见工艺流程图）； 3.4 药品：调试过程和一周试运行所用的化学药品由需方提供； 3.5 废水处理：排至厂房内地沟。 二、工艺流程描述 1 流程简述 为保证关键设备的长期可靠稳定运行，则必须设置预处理系统，以满足后续系统的 3 进水指针，我方拟采用更为运行成熟稳定的工艺：预处理系统（MMF ACF SF） 2 级 RO 处理系统 EDI 电再生除盐系统组成。 水处理系统工艺流程如下： 自来水→原水箱→原水泵→石英砂过滤→活性炭吸附→软水器→保安过滤器→ PH 值调节 ↓ 过滤水箱→1 级高压泵→1 级 RO 组件（主机）→2 级高压泵→2 级 RO 组件（主机） →纯水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→0.45μm 微孔膜滤器→EDI 电再生装置→0.22μm 终 端膜滤器→超纯水去用水点 2 系统主要设备功能简述 原水进入反渗透膜后，随着水和少量离子不断的透过反渗透膜进入淡水侧，浓水侧 各类离子、悬浮物及有机物的浓度不断升高，当各类物质的浓度升高后，再加上反渗透 膜表面的浓差极化，就会产生许多问题，反渗透设备在运行过程中 反渗透设备的预处理设备的功能就是去除原水中对反渗透膜有损伤物质，还需要 防止结垢、堵塞等现象发生，尽可能地使原水更有利于反渗透设备的处理，保护反渗透 设施能正常安全地运行。 2.1 预处理 预处理主要是去除水中的有机物、悬浮物、胶体和余氯等，减少 RO 工作时产生垢 物、藻类、微生物污染及氧化剂对膜的损害，以使 RO 膜达到或接近设计使用寿命。预 处理系统包括：原水箱、原水泵、石英砂过滤器、活性碳过滤、软水器、保安过滤器、 过滤水箱。 2.1.1 原水箱 原水首先流入原水箱。原水箱对原水的供给起到缓冲作用，协调原水的供给量与原 4 水泵的输入量。当原水的供应量超过原水泵的输水量时，原水箱水满，通过原水箱的液 位控制使用原水供给停止。当原水供应量小于原水泵的输水量时，原水箱空，原水泵停 止运行，起到保护原水泵的作用。 2.1.2 原水提升泵 主要起到增压的作用，满足后续工艺的用水。 2.1.3 石英砂过滤器 石英砂过滤器主要过滤水中大颗粒和絮状杂质，以减少精滤器的负荷。规格为￠ 750，过滤器内装填石英砂，滤层高度一般为≥1200mm，设计流速 9.0m/h，总产水量为 4m 3 /h。根据运行时间进行手动反冲洗。 2.1.4 活性炭过滤器 活性炭过滤器用于吸附原水中的有机物、氧化剂和有害物质，降低 COD 含量。规格 为￠750，过滤器填精制果壳型活性炭，滤层高度一般为≥1200mm，设计流速 9.0m/h， 总产水量为 4m 3 /hr。 活性炭过滤器放置在石英砂过滤器后面，既可以避免原水中悬浮物和胶体堵塞活性 炭微孔和炭间孔隙，减少反冲洗次数，增加活性炭吸附量。根据运行时间手动反冲洗。 2.1.5 软水器 自动软水器主要采用 Na-型离子交换树脂交换去除水的 Ca 2 、Mg 2 等离子，降低原水 硬度，防止这些离子在膜表面结垢，以延长反渗透膜的使用寿命。本套系统配置一套规 格为￠600 的软水器。过滤器内填软化树脂 350L，装填高度 1200mm，设计流速 14.2m/h， 总产水量为 4m3/h。根据时间设定实现自动再生。 水的硬度主要是钙（Ca 2 ）、镁（Mg 2 ）离子构成的。当含有硬度离子的原水通过软 水器内树脂层时，水中的钙（Ca 2 ）、镁（Mg 2 ）离子被树脂交换吸附，同时等物质量释 放出钠（Na ）离子。从软水器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水。 当树脂吸收一定量的钙（Ca2 ）、镁（Mg2 ）离子之后，就必须进行再生，再生过 程就是用盐箱中的食盐水冲洗树脂层，把树脂上的硬度离子再置换出来，随再生废液排 出罐外，树脂就又恢复了软化交换的能力。 钠型树脂的交换反应如下： 2RNa Ca（HCO3）2→R2Ca 2NaHCO 3 2RNa Mg（HCO3）2→R2Mg 2NaHCO 3 2RNa CaSO4→R2Ca Na2SO 4 2RNa CaSO4→R2Mg 2NaCl 技术参数： 工作压力: 0.6MPa 工作温度: 5-50℃ 填料高度: 装填高度 1200mm 结构形式： 连续运行时间： 系统的连续运行时间通过软水器的累积流量来控制。 再生周期： 再生周期的设定根据原水的硬度进行计算得出。 正洗流量： 正洗流量为正常过滤时流量。 正洗时间： 正洗时间的设定满足出水中不含有残留的再生溶液为准，在理论计算值上，适当延 长，确保系统产水中不含有残留的再生溶液。 5 技术要求： a、床型：无顶压逆流再生固定床。 b、树脂采用知名品牌树脂，规格为钠型阳离子交换树脂。 2.1.6 保安过滤器 在本系统中，精密过滤器是去除悬浮物的最后保障，如悬浮物浓度过高，容易堵塞 反渗透膜，由于反渗透膜的厚度约为 10 微米左右，如悬浮物的粒径过大，在悬浮物高 速经过膜表面时，极易划伤反渗透膜表面的脱盐表皮层。因此必须保证没有大颗粒的悬 浮物进入反渗透膜。本工程采用的微孔膜过滤，其过滤机理是机械拦截，也就是说能保 证拦截大于标称过滤精度粒径的悬浮物，从而能保护反渗透膜不被大颗粒的悬浮物伤 害，同时也降低了反渗透膜被堵塞的可能性，因此该过滤器又被称为保安过滤器。根据 反渗透膜生产厂家的测定，采用过滤精度为 10/1μm 的精密过滤器，就能保证反渗透膜 不被大颗粒的悬浮物伤害。 反渗透装置配置 1 台通过能力为 4m3/h 的 5μm 保安过滤器，以防止大颗粒物进入 高压泵及反渗透膜。保安过滤器的外壳采用不锈钢，内装精度 5μm 的滤芯。在正常工 作情况下，滤芯为 1 个月左右的使用寿命，当大于设定的压差（通常为 0.07-0.1MPa） 时应当更换。 2.1.7 过滤水箱 过滤水箱的作用主要是保证反渗透系统的供水稳定，同时在预处理系统进行反洗操 作和再生时可以保证反渗透系统不停机，对预处理也起到了保护作用。该水箱水满，通 过该水箱的液位控制使预处理系统系统停止。该水箱空时，通过该水箱的液位控制使 RO 系统停止，保护高压泵。 2.2 纯水处理 2.2.1 高压泵 高压泵是反渗透设备的主要动力设备，高压泵应设置过热保护，泵前设有低液位保 护，泵后设有高压保护开关。当高压泵前低液位时，高压泵停运，以保护高压泵，当高 压泵出口压力高于设定值后，高压泵停运，以保护反渗透膜。 2.2.2 反渗透装置 反渗透装置是用足够的压力使溶液中的溶剂（一般是水）通过反渗透膜（或称半透 膜）而分离出来，因为这个过程和自然渗透的方向相反，因此称为反渗透。经过反渗透 处理，使水中杂质的含量降低，提高水质的纯度，其脱盐率可达到 98%以上，并能将水 中的细菌，胶体及大分子量的有机物去除。 在本项目中，RO 装置由 1、2 级高压泵及出力 2.3m3/h 的 2 级 RO 膜组件组成。考虑 到设备的节能、运行压力、膜的透过率、膜的脱盐率、出水的含盐量等因素，我公司推 荐美国海德能公司生产的高脱盐率、大通量、超低压、低能耗高级合成膜 —ESPA-4040型反渗 透膜。 与传统的 RO 膜比较具有特强较高二氧化硅脱盐率等特性， 单根膜脱盐率达 99.5%，二氧化硅脱除率在 99％以上，高于普通 RO 膜 95％二氧化硅脱 除率。当系统设计温度为 25 。 C 时，考虑到原水水质变化以及膜的使用寿命等因素，本 系统采用 4 英寸的复合 RO 膜，安装在 4080 型不锈钢压力容器(2 芯装)内。一级 RO 膜数 量：12 支，成 3:2:1 排列，产水量：3.0m 3 /h，回收率：65%，脱盐率：98%；二级 RO 膜 数量：8 支，成 2:1:1 排列，产水量：2.3m 3 /h，回收率：75%，脱盐率：90%。 6 在 RO 装置停运时，用产品水自动冲洗、挤排膜和不锈钢管道中的高 TDS 残水，使 停运膜完全浸泡在淡水中，可以防止膜的自然渗透造成的膜损伤，去污除垢，使装置和 RO 膜得到有效保养。 反渗透膜脱盐系统须配置一套化学清洗系统。主要用途是在反渗透膜面被污染时， 用来对反渗透系统进行化学清洗的，同时在正常运转时，用来进行冲洗，将膜表面的一 些沉积物冲掉，并使被压密实的膜恢复，恢复膜的性能，提高产水量，并能延长膜的寿 命。RO 装置的化学清洗装置由一个清洗药箱、清洗泵、5u 保安过滤器及连接管阀件组 成，当膜组件受污染时,可以用它进行 RO 系统的化学清洗。 ①反渗透膜在使用过程中，由于各种因素的影响，不可避免地会有结垢现象或受污 染，只不过是程度不同而已。清洗系统的功能就是当反渗透膜出现结垢现象或受污染而 导致性能下降，就必须根据情况采用相应化学药品进行清洗处理。 清洗时，是将药液不断地送入容器内，对反渗透膜进行清洗，清洗后的清洗液又回 到清洗水箱，不断循环，为了防止被清洗下来的以悬浮物形式存在的物质在循环时损伤 反渗透膜，因此增加一台清洗保安过滤器，保护反渗透膜不被损伤。 ②反渗透膜在使用过程中，由于各种因素的影响，不可避免地会有膜表面沉积的现象， 只不过是程度不同而已。同时，由于反渗透膜在正常工作时是处在高压状态下，膜会被压 缩形变。如果长期这样，就会产生塑性形变，即膜被压密实，且不能恢复，导致膜的性能 下降，清洗系统的功能就是定时对反渗透膜进行低压冲洗，将膜表面的沉积冲走，同时充 分利用时间，让被压缩的膜恢复，延长膜的使用期限，并且在系统长时间停止运行时，向 系统内输送保护液。 2.2.3PH 值调节装置 通过调节 2 级 RO 系统进水的 PH 值来使 2 级 RO 的产水符合 EDI 进水中的 CO 2 含量的 进水指标。 2.2.4 纯水箱 2 级 RO 纯水首先流入该水箱。该水箱对 EDI 系统的供水起到缓冲作用，协调 2 级 RO 纯水的供给量与纯水泵的输入量。当 2 级 RO 纯水的供应量超过纯水泵的输水量时， 该水箱水满，通过该水箱的液位元控制使 2 级 RO 系统停止。当 2 级 RO 纯水供应量小于 纯水泵的输水量时，该水箱空，纯水泵停止运行，起到保护纯水泵的作用。 2.3 后级精处理设备 2.3.1 纯水泵 纯水泵的作用是将合格的 2 级 RO 水输送至 EDI 系统。 本系统配置 2 台纯水泵，1 开 1 备。 2.3.2 紫外线杀菌器 紫外线杀菌器的作用是杀死纯水中的细菌和微生物,防止细菌污染。 本系统配置 1 台 UV-2.2T 型紫外线杀菌器，内置进口紫外线灯管，波长 254nmUV 使 用寿命可达 9000 个小时，杀菌效果达 99.9%。 2.3.30.45μm 膜滤器 采用 0.45μm 微孔折叠膜滤芯过滤，以去除 RO 纯水中可能存在的细小微粒。 本系统配置 1 台 MF-2.3T-045 型微孔膜滤器，SUS304 外壳，出力 2.3T/H。 2.3.4 全自动电离子再生除盐器 EDI-2T 采用西门子 Ionpure 膜堆和各种进口仪表组装而成，进一步对 RO 纯水（电导率小 于 5μs/cm）进行脱盐处理。它具有技术先进、操作简便和良好的环保特性，无需酸碱 而能连续制取高品质纯水，出水电阻率稳定在 15MΩ.cm 以上。 本系统由 1 只 IP-LXM-18Z 型 EDI 膜堆和 1 台电源型号为 450VDC/6A 的高频开关电 7 源组成，整机设有缺水保护和漏电保护，安全可靠，产水量 2T/H。 三、 仪表与控制系统 1 系统控制 1.1 概述 该脱盐水系统采用自动化程控的运行方式，幷可由值班人员进行现场操作。采用德 国西门子公司生产的可编程控制器（PLC）构成监控系统。 1.2 控制系统的功能 本控制系统的功能,根据系统控制方式可分为两大类: 第一类是系统的连锁控制 本控制系统中,程序的任务主要是实现电气联锁控制。 第二类是系统参数的采集及数据处理功能 这一功能由 PLC 控制。 本系统中的各运行参数及分析参数，通过各线上仪表发出的 4-20mA 的过程信号， 传输到 PLC 中；PLC 的 A/D 转换功能，把现场模拟信号，转换成数字量信号。 1.3 系统的自诊断功能 系统的自诊断功能是在 PLC 的诊断功能和 PC 机的系统诊断开发功能的基础上，结 合卖方的经验实现的，系统的自诊断功能提供系统的故障信息和维修指导，以及系统易 耗件失效更换的报警，对于系统的维护及维修起了重要的辅助作用。 2 主要控制回路 2.1 阻垢剂加药量控制 化学反应装置中阻垢剂配比药投加量控制是通过对应介质流量按比值控制计量泵 流量控制。 2.2PH 值调节剂投加量控制 化学反应装置中 PH 值调节剂投加量控制是通过 PH 值的监测按比值控制计量泵流 量。 2.3 反渗透系统(RO)控制 RO 系统除程控外还设置一块就地仪表盘和一块就地操作盘，在就地盘上可读出 RO 的有关工艺参数，以及能在就地操作盘上启、停 RO 进水高压泵及相关的自动阀门。用 检测到的工艺参数回馈控制 RO 系统冲洗及化学清洗。 2.4 高压泵的保护系统 RO 装置的高压泵进出口装有低压和高压保护开关。当供水量不足使高压泵入口的水 压低于某一设定值（正常为 0.1Mpa）, 会自动发出信号停止高压泵运行, 保护高压泵不 在空转情况下工作。 当系统因其它的原因或误操作，使高压泵的出口压力超过某设定 值时， 高压泵出口压力保护会自动切断高压泵供电，保护系统设备不受损害。 2.5RO 启停保护 当 RO 投入运行时,为了防止高压泵突然启动升压，产生对 RO 膜组件的高压冲击破 坏反渗透膜，在 RO 装置的高压泵出口至 RO 膜组件间设置一个慢开阀门，使膜组件逐渐 升压至一定的压力。在 RO 停止使用时，打开浓水端排放阀，用 RO 产品水对 RO 膜组件 自动冲洗 2-3min 左右，以避免浓水中的高浓度盐类在 RO 膜表面沉积结垢而影响膜的性 能，然后自动停止冲洗。 2.6EDI 电再生除盐系统的控制 EDI 电再生除盐系统除程控外还设置一块就地仪表盘和一块就地操作盘，在就地仪 表盘上可读出过滤系统的有关工艺参数，在就地操作盘上启、停淡水泵和高频开关电源。 8 用检测到的工艺参数回馈控制 EDI 系统运行。 2.7EDI 系统启停保护 EDI 膜堆的浓水出口装有一个流量开关，当使用中的 EDI 浓水流量低于最小设定值 或纯水箱出现低水位时，高频开关电源会立即停止工作，同时系统发出声光报警幷停止 运行。当使用点开启时，纯水泵首先启动，然后高频开关电源启动；当使用点关闭时， 高频开关电源首先停止运行，然后纯水泵停止运行。当使用中的 EDI 出水电阻率小于 15M Ω cm 时，EDI 系统会发出声光报警。