脱盐水站设计.doc

天津工业大学环境工程课程设计题目:脱盐水站设计 姓 名 甘愿 胡继旋 顾亚然 韩冰 学 院 环化学院 专 业 环境工程 指导教师 赵学辉 职 称 副教授 2013 年 10 月 23 日目 录第一章 脱盐水站设计任务和要求概述1 1.1编制依据1 1.2技术规范和要求1 1.3案例介绍2 1.4深井水水质指标2 1.5水质分析3第2章 脱盐技术工艺比选及分析4 2.1脱盐概述4 2.2蒸馏法4 2.3离子交换法4 2.4反渗透法5 2.5简单工艺流程图5 2.6工艺介绍 6第3章 设计计算8 3.1取水设备有关计算8 3.2预处理设备有关计算8 3.3结垢倾向计算8 3.4反渗透装置设计有关计算8 3.5反渗透清洗装置有关计算9第四章 设计图纸11 4.1脱盐水站水量平衡设计图11参考文献12附件1脱盐水站工艺管道仪表流程图12附件2脱盐水站平面设置图12附件3脱盐水站设备清单12谢辞14天津工业大学环境工程课程设计第一章 脱盐水站设计任务和要求1.1编制依据表1-1序号项目内容规定1工程名称脱盐水站设计2建设规模500m2 3质量标准合格 1.2技术规范和要求1.2.1设计原则 根据脱盐水站的产水水量和产水水质的要求，本着工艺设备先进、可靠、最大限度地提高系统的性能价格比的原则进行设计。1.2.2标准和规范 表1-2国家法律法规 序号名称备注1中华人民共和国合同法2中华人民共和国建筑法3其他相关法律表1-3工程规范及标准序号名称备注1给排水手册2海德能膜产品技术手册1.3案例介绍某国际花卉养殖基地主要养殖国际名贵花卉，其市场主要分布在东南亚，日本以及韩国，所养花卉比较娇贵，每天需要用超纯水配置营养液进行浇灌，要求超纯水中的tds不大于10s/cm，硼不得大于1mg/l，该养殖场每天需要超纯水150m3/h，原水为地下井水，其水质指标见下表：1.4深井水水质指标表1-4 深井水水质指标分析项目指标分析项目指标阳离子k+0.6 mg/lph8.21na+221.3 mg/lsio215.9 mg/lca2+13.5 mg/l总矿化度830.7 mg/lmg2+5.5 mg/l固形物605 mg/lnh4+0.05 mg/l总硬度56.1 mg/l总计240.9mg/l永久硬度0阴离子cl-86.9mg/l暂时硬度56.1 mg/lso42-35.5 mg/l负硬度314.2 mg/lhco3-451.5 mg/l总碱度370.3 mg/lco32-0.0 mg/l总酸度2.5 mg/lno-30.74 mg/l游离co22.2 mg/l总计573.9 mg/lcodmn1.19 mg/lfe2+色度5度fe3+浊度1ntual0.01 mg/l肉眼可见物无zn0.02mg/l嗅、味无cu0.02 mg/lhg0.0001 mg/lmn0.07 mg/ltcr0.002 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水质分析 由表1-1可知原水cod较低，总硬度较低，总碱度较低，浊度色度较低，总矿化度高，水质较为良好。第2章 脱盐技术工艺比选及分析2.1脱盐概述 脱盐简单地说就是去除水中的阴阳离子。脱盐的方法有电渗析、蒸馏、离子交换、反渗透等。下面将介绍对比几种方法，以确定我们所要选的工艺。2.2蒸馏法2.2.1简单介绍 将盐水在一定压力下加热到某一温度(此温度低于该压力下水的饱和温度，因此盐水尚未沸腾)，然后引入一个压力较低的容器(称之为第一级蒸发器)中，这时由于盐水温度明显高于此压力下水的饱和温度，故在该容器中盐水剧烈沸腾，急速汽化变成蒸汽，这就是闪蒸。2.2.2工艺特点 蒸馏除盐法具有以下特点：(1)水与盐分离的推动力为热能。(2)适合于利用工业余热制水，例如利用化工厂中需要冷却的高温工艺介质、地热水、汽轮的低压抽汽加热盐水，往往可以获得较好的经济效益(3)容易制造成简易的小型蒸馏设备，只要有电即可生产除盐水，因此，该技术常用于实验室。 (4)设备的操作弹性小，是设计值的80%110%，不适应于造水量要求可变的场合；当其传热管腐蚀穿孔将污染水质。(5)除盐的彻底性不如离子交换法，不适合除盐水的精制。(6)对于含盐量高的水源(如海水、苦咸水)，经济性不如反渗透法;对于含盐量低的水源(如江河水、大多数水库水)，经济性不如离子交换法。因此，在许多情况下蒸发除盐法不是人们的首选方法。(7)用蒸馏法淡化海水的水利用率为25%。40%。2.3离子交换法2.3.1简单介绍 离子交换法是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。2.3.2工艺特点 离子交换法技术成熟，使用经验多，出水水质好；但工艺系统和运行管理较复杂，不能连续出水，再生废液会造成二次污染。此法用于原水含盐量小于500mg/l时比较经济。2.4反渗透法2.4.1简单介绍 反渗透法可同时有效的去除水中的无机盐、低分子有机物、病毒和细菌，与电渗析法相比，其优点是产品水的回收率、脱盐率以及产品水的纯度均较高；缺点是操作压力高，对进水预处理要求高，浓水若不能适当处理将会造成二次污染。反渗透适用的原水含盐量范围为300035000mg/l，是目前应用较多的一种除盐技术。2.4.2工艺特点 反渗透较其他除盐方法：1、是在室温条件下，采用无相变的物理方法使水淡化，纯化；2、依靠水的压力作为动力，能耗在众多的方法中最低；3、化学药剂少，无需酸、碱再生处理；4、无化学废液及废酸碱排放，无酸碱中和处理过程，无环境污染；5、系统简单，处理方便，产水水质稳定，两级反渗透可取得高质量的纯水；6、使用于较大范围的原水水质，既适用于苦咸水、海水及污水的处理，也适用于低盐度的淡水处理；7、设备占地面积少，需要的空间小；8、运行维护和设备维修工作量小。2.5简单工艺流程图 根据以上分析设定初步流程为：原水预处理+反渗透工艺 图2-1为简易的脱盐水站工艺流程图2.6工艺介绍2.6.1取水系统 由于原水为深井水，采用低压泵抽取。2.6.2预处理系统预处理部分由预过滤器，超滤装置，水箱，反洗泵，自动投药设备以及保安过滤器组成。1) 预过滤器：在超滤组件前安装150m的预处理，以防中空丝堵塞。使用hayward fluid engineering制造的可自动反洗的筛网。设置压降达到设定值(约5psi)时，其进行自动反洗，2) 超滤装置：使用3套24支60组装的hydrabloc3) 反洗系统：反洗压力35psi，反洗频率30min一次，反洗时间30s每次；加药反洗(ceb)频率每天3次；加药反洗(ceb)时间每次5分钟，加药反洗所用药剂：使用15ppm的次氯酸钠或30ppm的过氧化氢除菌杀毒；化学清洗每一个半月一次，使用柠檬酸。4) 水箱：暂时的储水容器，进水箱前投加杀菌剂dbnpa（2,2-二溴-3-氰基丙酰胺），除去水箱及在进入反渗透装置前滋生的细菌、微生物，减小对膜的污染。5) 保安过滤器：精密过滤器又称保安过滤器，一般设置在压力容器之前，其作用为阻挡大于5m颗粒杂质进入反渗透系统，来满足后续工序对进水的要求；有时也设置在整个水处理系统的末端，防止细小微粒进入成品水。6) 自动投药设备：浓水在进入保安过滤器之前加入阻垢剂与还原剂nahso3，调节透系统进水为酸性,从而保护高压泵和反渗透膜。2.6.3反渗透系统：反渗透系统由低压泵、高压泵、二级反渗透装置、纯水箱及反冲洗装置组成。ro清洗装置包括清洗箱、保安过滤器和清洗泵等，阀门的开启状态可反馈到监控计算机。监控计算机根据累计的运行流量决定反洗时间，一台反洗时另一台工作，保证连续供水。图2-1简易的脱盐水站工艺流程图 第3章 设计计算3.1取水设备有关计算： 给水压力由水温、hydrabloc膜堆高度及其它参数决定，一般小于35psi。下面的公式可以计算所需给水泵最大输出压力： p feed=202.72-0.019(t-20)+ p filter+p filtrate+h memb /2.30 p feed :进水需要压力(psi) t :进水最低温度() p filter:预过滤的最大压力损失(psi) p filtrate :过滤所需压力(psi) h memb :平均膜组件高度(ft)取进水压力30psi，即为0.21mpa，则扬程h=0.21102+7=11m3.2预处理设备计算：超滤反洗水流量：324600.22711/60=16.35m3/h超滤产水流量：379=237m3/h反洗泵扬程：102350.006895=24.6m 取25m3.3结垢倾向计算：表3-2 常见难溶盐在一定温度下的溶度积物质分子式温度/c溶度积物质分子式温度/c溶度积碳酸钙caco4258.710-9硫酸锶srso417.42.8110-7硫酸钙caso4254.910-5氟化钙caf2253.44510-11硫酸钡baso4 251.0810-10caso4 =ca2+so42-=（13.54/40000）（35.54/98000）=1.9410-6baso4 =ba2+so42-=2.610-9srso4 =sr2+so42-=1.0910-83.4反渗透装置计算：一级高压泵：操作压力为1.07mpa，则扬程h=1.07102m=110m，流量q=240 m3/h保安过滤器：精度5m滤芯中间水箱：按20min停留时间，v=176.5（20/60）m3=58.9 m360 m3加药泵（调ph=10、hy-710）：药剂浓度按标液稀释后111g/l计，投加量按10mg/l q=（176.510）/111 l/h=15.9 l/h二级高压泵：操作压力为0.7mpa，则扬程h=0.7102m=72m，流量q=180 m3/h纯水箱：按30min停留时间，v=2000.5 m3=75m3第一级反渗透装置：1) 选用海德能espa2-8040低压膜元件2) 查找设计导则，膜设计通量30l/(m2h),膜面积37m2 单支膜元件产水量为3037=1110 l/(m2h)=1.11 m3/h3) 进水流量237m3/h 需膜元件数量ne=237/1.11214， 则用6芯膜壳时，共需压力容器数为nv=214/6=36，采用6/2+6/1（二段）排列，即24：12。此时，实际平均膜通量为237/216=1.1 l/(m2h)4) 回收率为80%，产水产量为q2=23780%=189.6m3/h第二级反渗透装置：1) 选用 海德能espab-8040高脱硼极超低压膜元件2) 膜设计通量39l/(m2h)，膜面积37m33) 单支膜元件产水量为3937=1443 l/(m2h)=1.443 m3/h4) 系统需膜元件数量为ne=189.6/1.443131，采用5芯压力容器，共需压力容器数为nv=131/5=26.326，采用3:1，即21:7。此时，实际平均膜通量为189.6/（285）=1.35l/(m2h)5) 系统回收率为90%，则出水流量为189.690%=170m3/h，满足出水150m3/h以及超滤反洗用水16.35m3/h综上，一级ro按脱盐率96%计算：产水tds=605（1-0.96）/l=24.2/l二级ro按脱盐率85%计算：产水tds=24.2（1-0.85）/l=3.63/l，符合要求。脱硼率按96%计算，二级ro产水量：q=2（1-0.96）/l=0.08/l，符合要求。 3.5反渗透清洗装置计算：当跨膜压差达到增加到初始值1.5倍时，反洗，反洗时间30min。清洗水箱：由每支8 in.膜元件50l知，v=36650+28550 l= 17.8m3加药泵（hy-410清洗剂）：药剂浓度按标液稀释后20g/l计，投加量按10mg/l q=（38410）/20 l/h=0.192m3/h高压泵：由每支8 in.压力容器6 m3/h得， q= (36+28)6m3/h= 384m3/h 由跨膜压差约0.2mpa，管道和压力容器压力下降约0.05mpa，清洗保安过滤器约0.05mpa，则扬程h=102（0.2+0.05+0.05）m=30.6m取32m。则低压泵扬程h=0.05102m=5.1m。第4章 设计图纸 4.1水量平衡设计图 根据计算得出水量平衡图，如图4-13图4-1 脱盐水站水平衡设计图参考文献1 周正立反渗透水处理应用技术及膜水处理剂北京：化学工业出版,2005.2 靖大为. 反渗透系统优化设计. 北京：化