水处理工艺与水质净化设计方案.doc

水处理工艺与水质净化设计方案第一章 工艺流程的确定电子超纯水主要用于光电子元器件、半导体及集成电路生产和清洗。如果纯水水质达不到生产工艺用水的要求或者水质不稳定的话，会影响到后续工艺的处理效果和使用寿命。此外，晶元清洗和机械碾磨过程中都会产生废水，造成对环境的污染。在半导体及集成电路制作工艺中，都直接或间接与超纯水有关。在半导体制作工艺中，80%以上的工序需要用超纯水；集成电路的生产，几乎每道工序需要超纯水进行清洗，工件与水直接接触，而一方面芯片在加工过程中的微量玷污得到清洗，而另一方面纯水中的微量杂质又可能使芯片再污染，无疑对产品有着极大的影响。 随着集成电路程度的进一步提高，对水中污染物要求亦将更为严格。根据水源水质检测报告，在对水质进行分析的前提下，并以出水水质要求为依据，确定一套适合该原水水质处理的水系统。1.1设计要求1 .终端出水水量为：30m3/h2 .终端水质达到电子级超纯水中国国家标准GB/T11446.1-1997之EW-规定。3 .设计内容须包括： 3.1系统工艺路线的确定并绘制工艺流程简图 3.2水量平衡计算并绘制水量平衡图 3.3系统各设备技术参数的设计计算4 .整个设计要求工艺先进，质量可靠，可扩展性强，结构合理占地小，水利用率高，能耗低，全自动化运行，操作维护简单。5.原水水质报告及出水标准，见下表1-1-1 原水水质报告（四）、1-1-2电子级超纯水中国国家标准GB/T11446.1-1997之EW-规定。表1-1-1原水水质报告水质检测报告（四）离子mg/lmmol/l%项目mg/lK+1.80.051.4总硬度155.1Na+7.00.308.7永久硬度25Ca2+42.082.1060.9暂时硬度130.1Mg2+12.161.0029负硬度0.00Fe3+0.05总碱度130.1Fe2+PH值7.5NH4+0.02气味无总计633.45100.0色度Cl-4.960.144.0浑浊度3NTUSO42-35.840.7521.2水温25HCO3-158.62.6073.4气温CO32-0.00可溶性总固体191.9NO3-2.880.051.4游离CO212.78NO2-0.004CODMn2.16HPO42-0.10H2SiO37.66总计202.33.54100.0F0.10Al0.021-1-2电子级超纯水中国国家标准GB/T11446.1-1997之EW-规定。指标级别EWEW EWEW-电阻率 M，cm(25)18以上，（95时间）不低于1715，（95时间）不低于1312.00.5全硅，最大值,g/L2105010001m微粒数，最大值，个/mL0.1510500细菌个数，最大值，个/mL0.010.110100铜，最大值，g/L0.212500锌，最大值，g/L0.215500镍，最大值，g/L0.112500钠，最大值，g/L0.5251000钾，最大值，g/L0.525500氯，最大值，g/L11101000硝酸根，最大值，g/L115500磷酸根，最大值，g/L115500硫酸根，最大值，g/L115500总有机酸，最大值，g/L201002001000水质分析：结合出水水质要求和原水水质报告表分析原水含盐量高 ；这其中钾离子、 钠离子量、钙离子、镁离子、氯离子、硫酸根、硝酸根、碳酸氢根含量较高，含有少量的三价铁离子、氨根离子、亚硝酸根离子、磷酸氢根离子。硬度较高，有机物含量低。水质呈中性 。无色、无味、浊度不高。可溶性总固体较高。含有游离性CO2含有少量F、Al根据水质检测报告，要达到终端水质达到电子级超纯水中国国家标准GB/T11446.1-1997之EW-规定；必须进行除盐处理等。对须达到电子级超纯水EW-II标准及以上的，一般会采用RO-EDI结合工艺等，具体会采用哪一种主处理工艺，还跟原水水质、现场情况等等因素有关。电子超纯水的制备通常包括：预处理、主处理、后（终端）处理，这其中主处理工艺的确定尤其重要，终端水质要达到要求的水质标准，主处理工艺起到决定性的作用预处理、主除盐工序、后处理三大部分组成。预处理是为了满足主主除盐工序进水要求；后处理工艺作为主主除盐工序的补充，其出水满足终端出水要求。最终使出水达到国家超纯水的标准。目前制备超电子纯水的主除盐工序有：电渗析、反渗透、离子交换、超滤、连续电除盐等或将它们组合运用，以达到出水要求。下面就分别介绍它们的特点，通过比较选择出适合本工艺的除盐工序。1.2对比选择除盐工艺1.2.1电渗析电渗析是一种利用电能来进行的膜分离技术。它在外加直流电场作用下，利用阴离子交换膜（简称阴膜，它只允许阴离子通过而阻挡阳离子）和阳离子交换膜（简称阳膜，它只允许阳离子透过而阻挡阴离子）的选择透过性，使一部分离子透过离子交换膜迁移到另一部分水中去，从而使一部分水纯化，另一部分水浓缩。应用范围目前电渗析器应用范围广泛，它在水的淡化除盐、海水浓缩制盐精制乳制品，果汁脱酸精和提纯，制取化工产品等方面,还可以用于食品，轻工等行业制取纯水、电子、医药等工业制取高纯水的前处理。锅炉给水的初级软化脱盐，将苦咸水淡化为饮用水。 电渗析器适用于电子、医药、化工、火力发电、食品、啤酒、饮料、印染及涂装等行业的给水处理。也可用于物料的浓缩、提纯、分离等物理化学过程。 电渗析还可以用于废水、废液的处理与贵重金属的回收，如从电镀废液中回收镍。电渗析的优点：1.电渗析无相变过程。因此电渗析器耗能低，一般将电渗析作为离子交换法的前级处理工序。这样比单独用离子交换法可节约50%90%。并且电渗析出水稳定、运行周期长。2.电渗析器组装灵活。电渗析器既可以并联组装增加产水量，也可以串联以提高脱盐率。3.电渗析器操作简便，污染环境少。电渗析的缺点：清洗拆卸麻烦，脱盐效果不如反渗透，在没有实现浓水回收，极水循环的时候，水回用率低，仅50%，而反渗透回收能到75%。1.2.2反渗透反渗透是一种以压力作为推动力，利用选择性膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从水体中提取淡水的膜分离过程。基本原理：把相同体积的稀溶液（如淡水）和浓液（如海水或盐水）分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压渗透压的大小决定于浓液的种类，浓度和温度与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。应用范围：太空水、纯净水、蒸馏水等制备； 酒类制造及降度用水； 医药、电子等行业用水的前期制备； 化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备； 锅炉补给水除盐软水;； 海水、苦咸水淡化； 造纸、电镀、印染等行业用水级废水处理。1.2.3反渗透-膜应用现状在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。估计自1995年以来，反渗透膜的使用量每年平均递增20；据保守的统计，1999年工业反渗透膜元件的市场供应量为8英寸膜6000支，4英寸膜26000支。2000年和2001年的市场更为强劲，膜用量一年比一年有较大幅度的提高。据估算，反渗透技术的应用已创造水处理行业全年10亿人民币以上的产值。国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水、各种工业纯水，饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保等行业的应用也形成了一定规模。在现在高纯水的制备中，广泛采用反渗透作为预脱盐的主要工序，它的优点为：1.由于反渗透装置的脱盐率一般可稳定在90%以上，因而使离子交 换树脂的负荷减轻到10%，从而减少了树脂再生的成本，这相当于使树脂的产水量增加10倍，这样可以使相应的设备小型化，并使再生频率减少10倍以上。2.减少了因树脂再生所消耗的化学药品如NaOH，HCl等的费用、人工费，以及由于再生而造成的废水处理等项费用。并减少了环境污染。3.减缓了由于源水水质波动而造成的产水水质的变化，从而有利于生产中水质的稳定，这对电子工业中成品质量的稳定有积极的作用。4. 由于反渗透能有效地去除细菌等微生物、有机物，以及铁、锰、硅等无机物，从而可以减轻因有机物和无机物而引起的树脂污染，延长离子交换树脂的寿命。5.设置反渗透器后，大大减轻了终端微孔膜过滤器的负担，从而延长终端微孔膜过滤器的寿命。但是作为脱盐主要手段的反渗透，也存在一些不足，主要是：1.由于反渗透装置要在高压下运转，因此必须配制相应的高压泵和高压管路。2. 由于回收率的限制，源水只有50%75%左右被利用。而对于超纯水制备来说，进入反渗透器以前，源水已经过相应的预处理，水质比较好，如果对浓水不进行有效地利用，将会造成浪费。1.2.5离子交换基本原理：离子交换是一种特殊的固体吸附过程，它是由离子交换剂在电解质溶液中进行的。一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，即离子交换树脂。它能够从电解质溶液中吸取某种阳离子或者阴离子，而把自身所含的另外一种带相同电荷符号的离子等量地交换出来，并释放到溶液中去，这就是所谓的离子交换。应用范围：水的软化、高纯水的制备、环境废水的净化。溶液和物质的纯化，如铀的提取和纯化。金属离子的分离、痕量离子的富集及干扰离子的除去。抗菌素的提取和纯化等离子交换树脂是一种高分子的聚合物，它与其他离子交换剂相比具有以下优点：化学稳定性好机械强度高交换容量高外形大多为球状颗粒，水流阻力小。1.2.6超滤超滤的分离原理是用半透膜作选择障碍层，允许某些组分透过，而保留混合物中其他组分，从而达到分离、分级、纯化、浓缩目的的一种新型膜分离技术。超滤装置的使用领域：1.反渗透给水的预处理，高效、紧凑的超滤因过滤精度很高，可以为反渗透膜提供最大限度的保护 2.大中型饮用水厂的深度处理 3.市政及工业废水处理：超滤可比传统处理工艺提供更好的处理效果，实现中水、废水回用 4.循环排污水回用净化处理 5.污水中有用物质的回收 6.矿泉水的制备、饮用水、井水的脱菌处理，去除水中各种悬浮物、胶体杂质，特别是去除隐孢子、鞭毛虫、大肠杆菌等致病微生物 7.口服液、生物制品的除菌、澄清、纯化分离 8.高纯水终端处理 9果汁、蛋白质、酶制剂的浓缩分离 超滤的优点：具有设备简单、操作方便、无相变、无化学变化、处理效率高和节能。1.2.7连续电除盐工作原理：电去离子（electronization，简称EDI）技术在我国又叫填充床电渗析，是一种新型的膜分离技术。是将电渗析技术和混和离子交换技术相结合起来的水处理方法，集中了两者的优点，克服了它们的缺点而形成的一种新技术。电渗析是通过通电后，阴阳离子会跑向不同的两极，而在电渗析室内又被阴阳膜所分隔成一间间小室，阴膜和阳膜间隔排放，而阳膜只能通过阳离子，阴膜只能通过阴离子。从而，形成了淡水室和浓水室间隔排列的布局。在最两端的叫做极水室。浓水和极水排放，淡水收集。连续电除盐的应用：EDI主要是用在反渗透之后，代替混床进行深度除盐。在20世纪末，世界各国已有约1000多套EDI系统在电业（核电站或一般发电厂）、电子、医药及一些要求用超纯水的工业用水行业和研究单位中运行。国外对它的发展是持乐观态度，认为前景看好。我国近几年也发展起来，现全国各地已有百多套EDI系统在运行。一般来说，如进水仅通过一级反渗透，EDI产品水的电阻率在15M.cm以上；如通过两级反渗透，则EDI产品水可达1618M.cm。优点：EDI可以用来代替混床来作为纯水的深度处理，并且出水比混床要好很多，他可以达到出水电阻率18.2Mcm，在水处理工艺上，这被称为超纯水，而一般混床出水在10Mcm已经算是很高的了。 所以在水质要求高的行业，如电子行业、制药行业等，都在使用EDI来代替混床，制出含盐量更少，更纯的水。1.3主除盐工序的确定电子用纯水不同于一般的纯水制备，它对水质具有更为严格的规定，属于高纯水范畴。一般来说，高纯水制备主要包括预脱盐与精处理脱盐两大部分，如何进行工艺的选择和组合成为高纯水制备的关键。根据水质检测情况和出水要求。要达到终端水质达到电子级超纯水中国国家标准GB/T11446.1-1997之EW-规定；目前，预脱盐处理常常采用的主要是离子交换工艺和反渗透工艺。离子交换已被广泛使用许多年，我国八、九十年代初的纯水制备工艺基本上都采用离子交换法，该工艺技术成熟，工艺可靠，而且可根据目标水质的要求进行多种离子交换方式的组合。随着科技和自动化技术的发展，离子交换再生频繁、操作复杂、维护麻烦、运行费用高等缺陷就越来越突出，九十年代逐渐被新的反渗透技术代替，特别是预脱盐目前基本上都采用反渗透技术。和离子交换相比，反渗透具有运行稳定、占地少、操作维护简单、可实现高度自控，处理水量越大，其优势就越明显。 预脱盐后续的精脱盐处理工艺则根据目标水质的要求而有所不同，对超高纯水（电阻率大于16 Mcm），目前一般采用更先进的EDI技术。 鉴于以上的分析，结合进水水质报告和出水水质要求及现实情况，在综合技术因素、经济因素的前提下，确定电子超纯水设计工艺采用以反渗透为主体工艺，EDI作为精处理工艺。1.4 RO与EDI结合工艺的特点：1.作为一种可以连续工作的深度除盐手段，EDI无需化学再生剂，因而不需要化学再生药剂储存罐及相应的中和池，而且无需对有害化学废水进行收集、储存及处理，大大简化了工艺系统。2.EDI排出的浓水仅含有进水中的杂质成分，通常这种水的水质比预处理系统进水（原水）水质要好，故浓水可以直接地排至RO的入口，这样就有效地减少了对废水的排放。水回收率高达90%-95% 。3.RO-EDI的运行是连续的，其生产的水质稳定，它不像混床在每一个再生周期的开始及结束阶段因离子的泄露而影响出水水质。这种连续运行的方式也简化了操作，无需设置与循环的再生工作相关的操作人员及操作程序。4.原水进入RO-EDI之前为了防止污染树脂和膜，以及膜面结垢，保护膜性能，应先经过过滤、吸附、软化等预处理。特别是EDI进水要求非常严格，必须是RO的出水或与RO出水水质相当的水。确定工艺流程图如下图：图1-9-1原水箱锰砂过滤器活性碳过滤器5微米保安过滤器RO设备EDI设备纯水箱增压泵絮凝剂废水回流1微米保安过滤器用水点阻垢剂紫外线杀菌器增压泵增压泵 图 1-9-1 工艺流程图第二章 工艺流程单元设备介绍 前面一章确定了整个系统的工艺流程，下面将分别对流程的各个部分进行简单的介绍与说明。2.1 预处理单元设备介绍2.1.1 原水箱用于进水缓冲，储存原水，为后续设备用水提供稳定的充足的水源。在不配备原水水箱下，原水供水管网的供水压力和流量波动较大，会影响后续设备运行的稳定性。水箱配备液位控制器，通过水箱液位的高低控制进水电磁阀和原水泵的起停。如：当水箱水位较低时进水电磁阀自动补水；水箱处于高水位时进水电磁阀自动停止补水；当水箱水位较低时原水泵自动停止工作。2.1.2 增压泵从原水水箱中抽水，用于提升原水供水压力，满足后续处理设备（锰砂过滤器、活性炭过滤器等）正常运行需要的进水压力和流量。原水泵与原水水箱上的低水位联动，当原水水箱处于低水位时，原水泵停止输送，避免原水泵在无水状态下工作而损坏。使用具有恒转速电机的泵时，常在泵的出口管线上设置节流阀控制出口流量和压力。对于进水水温变化显著的反渗透系统，可使用变频调节电机转速泵，以减少不必要的能量消耗。原水泵系统配置2台原水泵，一用一备，以防一台泵坏了系统还可以运行，此外，过滤器冲洗时，提供高流量进行正洗。2.1.3 锰砂过滤器锰砂过滤器是利用锰砂滤料去除并控制原水中的颗粒性杂质、悬浮物和接触催化除铁等，属于压力式快滤设备。含有悬浮物及颗粒的水流过滤料层时，滤料缝隙对悬浮物起筛滤作用使悬浮物易于吸附在滤料表面。当在滤料表层截留了一定量的污物形成滤膜，随时间推移过滤器的前后压差将会很快升高，直至失效。此时需要利用逆向水流反洗滤料，使过滤器内滤料悬浮松动，从而使粘附于滤料表面的截留物剥离并被水流带走，恢复过滤功能。锰砂滤料是采用优质天然锰矿石加工而成，锰砂特点：外观呈不规则状、褐色，具有足够的机械强度、足够的化学稳定性、不含有毒物质、对除铁水质无不良影响，有良好的除铁、除锰性能。晶粒致密。硬度高、耐腐蚀、损失少、使用寿命长（即更换时间长）在水中浸泡不溶解，过滤水中含锰量不增加。锰砂的技术指标：MnO2含量 3546%，密度为 3.2g/cm33.6g/cm3，Fe 含量20%左右，容重2.3g/cm3，SiO2含量1720% MnL2含量12-22%，盐酸可溶率小于3.5%、破碎率+磨损率小于3%、含泥量小于2.5%。过滤器装置结构是由钢制压力式容器（内涂防腐材料），挡板，人孔，粒状滤料，支撑滤料的结构以及滤头，进水、出水与反洗水的分布和收集装置，辅助的清洗设备以及必要的流量、水位和压力控制装置等组成。设计流速1020m/h，反冲洗强度8-20L/m2.s，反洗排水接入地沟。2.1.4 活性炭过滤器活性炭过滤器的工作是通过炭床来完成的。组成炭床的活性炭颗粒有非常多的微孔和巨大的比表面积，具有很强的物理吸附能力。利用活性炭的吸附特性将水中的有机污染物、微生物及溶解氧等吸附于炭的表面，增加微生物降解有机污染物的机率，延长有机物的停留时间，强化生物降解作用，将炭表面吸附的有机物去除；还可去除水中的异臭异味，去色度，合成洗涤剂以及脱氯等，此外活性炭的选择吸附性，不但可吸附电解质离子，还可使高锰酸钾耗氧量（COD）得到很好的控制和降低。过滤器装置结构与锰砂过滤器一样。设计流速815m/h，反冲洗强度4-12L/m2.s，活性炭层高1.2-2m,反洗排水接入地沟。采用椰子果壳材料做成的活性炭，其特性：比表面积大于等于500m2/g，总孔容积大于0.9cm3/g，粒度10-28目占90%，强度大于等于90%，充填密度0.40-0.50g/cm3，干燥减量小于等于10%，PH值大于等于7。如果吸附能力降低，可使用强制放电再生，经过干燥、焙烧、活化使吸附能力恢复90%以上。2.1.5 阻垢加药装置为了提高反渗透（RO）装置的回收率，并防止反渗透膜浓水端（特别是反渗透压力容器中最后一组膜元件）的浓水侧出现碳酸盐、硫酸盐和其它形式的化学结垢，从而影响膜元件的性能，对反渗透处理前的进水必须进行必要的阻垢处理。阻垢剂的作用机理分为: 络和增溶作用、晶格畸变作用、静电斥力作用。1.络和增溶作用是共聚物溶于水后发生电离,生成带负电性的分子链,它与Ca2+形成可溶于水的络合物或螯合物,从而使无机盐溶解度增加,起到阻垢作用。2.晶格畸变作用是由分子中的部分官能团在无机盐晶核或微晶上,占据了一定位置,阻碍和破坏了无机盐晶体的正常生长,减慢了晶体的增长速率,从而减少了盐垢的形成;3.静电斥力作用是共聚物溶于水后吸附在无机盐的微晶上,使微粒间斥力增加,阻碍它们的聚结,使它们处于良好的分散状态,从而防止或减少垢物的形成。 阻垢剂加药装置由计量泵和加药箱组成。与反渗透高压泵实现联动，自动运行。2.1.6 5微米保安过滤器保安过滤器又称精密过滤器。壳体采用优质不锈钢制作而成，滤芯采用成型的滤材（聚丙烯纤维熔喷或线绕蜂房），在压力的作用下，使原液通过滤材，滤渣留在滤材上，滤液透过滤材流出，能有效去除水中杂质、沉淀物和悬浮物、细菌，从而达到过滤的目的。其目的是滤去由于预处理工序可能带来的大于5m的颗粒、杂质。在预处理工序后由于这些颗粒经反渗透（RO）主机的高压泵后可能会击穿反渗透膜组件，从而造成大量盐漏和串水现象，影响出水水质，同时也可能会划伤高压泵的叶轮。精密过滤器特点：过滤精度高，滤芯孔径均匀；过滤阻力小、通量大、截污能力强、使用寿命长；滤芯材料洁净度高，对过滤介质无污染；耐酸、碱等化学溶剂；强度大、耐高温，滤芯不易变形；操作简便，运行费用低，易于清洗，滤芯可更换。主要技术参数：1、工作压力：0.05MPa0.6MPa2、工作温度：5403、滤芯接口：平压式、插入式4、筒体与底座联接方式：快开型、法兰型5、过滤精度：1m100m保安过滤器当运行一段时间后，由于水中的颗粒、杂质将滤芯表面堵住，过滤器的进、出口压差将变大。当压差大于设定值（通常为0.05-0.07Mpa）时应当及时更换，避免由于滤芯的堵塞而形成背压对系统造成损坏。2.2 除盐工艺介绍2.2.1RO反渗透反渗透膜的工作原理图如下：将纯水与含有溶质的溶液用一种只能通过水的半透膜隔开，此时，纯水侧的水就自发的透过半透膜，进入溶液一侧，溶液侧的水面升高，这种现象就是渗透。当液面升高至一定高度时，膜两侧压力达到平衡，溶液侧的液面不再升高，这时，膜两侧有一个压力差，称为渗透压 。如果给溶液侧加上一个大于渗透压的压力，溶液中的水分子就会被挤压到纯水一侧，这个过程正好与渗透相反，我们称之为反渗透。我们可以从反渗透的过程看到，由于压力的作用，溶液中的水分子进入纯水中，纯水量增加，而溶液本身被浓缩。反渗透膜分离技术就是利用反渗透原理进行溶质与溶剂的分离。反渗透膜按材料可分为醋酸纤维素膜、芳香聚酰胺膜、复合膜，装置分中空膜、管式膜、板式膜、卷式膜。就反渗透膜的结构形式而言，中空膜、管式膜、板式膜的市场相对狭窄，致使美国杜邦公司(Du Pont)已经停止其中空膜的生产，日本东洋纺(Toyobo)的中空膜在国内的销量也极其有限，而因卷式膜的预处理要求低、处理水源范围宽、应用范围广泛、市场巨大，使卷式膜几成反渗透膜的代名词。在膜材料方面，由于醋酸纤维膜的工作压力高、脱盐率低等缺陷，已基本退出市场，低压与超低压芳香聚酰胺复合膜已成为市场的绝对主流。经过预处理净化后的原水，在满足反渗透膜进水水质条件下，进入RO反渗透装置，进行初步的脱盐处理。反渗透装置主要由高压泵、反渗透膜和控制部分组成。高压泵对进水加压，除水分子可以透过RO膜外，水中的其它物质（矿物质、有机物、微生物等） 几乎都被拒于膜外，无法透过RO膜而被高压浓水冲走。反渗透膜过滤工艺利用RO膜的高脱盐性能能彻底除去过去纯水制造工艺中较难去除的TOC，SiO2、微粒子及细菌。同时，又彻底省掉离子交换再生酸碱消耗、免除酸碱排污污染及避免离子交换层中细菌、有机物的二次污染。经反渗透处理后的水，能去除99%以上的溶解性固体，99%以上的有机物及胶体，几乎100%的细菌。RO膜剖面图如下：当反渗透运行一段时间后，会产生产水量下降、工作压力升高、产水电导率升高等现象，这时候需要根据反渗透膜元件受到污染的情况有针对性的进行例行清洗维护。清洗方式一般有：物理清洗（冲洗）和化学清洗（药品清洗）。为了提高化学清洗效果，清洗前应对污染状况进行分析，确定污染种类，选择合适的清洗剂。物理清洗是采用低压大流量的进水冲洗膜元件，冲洗掉附着在膜表面的污染物和堆积物。装置运行时，颗粒污染物逐渐堆积在膜表面，如果冲洗时的流速和制水时的流速相等或略低，则很难把污染物从膜元件中冲洗出来。因此，冲洗时要使用比正常运行时更高的流速，通常，单支压力容器（8英寸的膜）内的冲洗流速为：7.2-12m/h。正常高压运行时，污染物被压向膜表面造成污染。所以在冲洗时，如果采用同样的高压，污染物仍会被压在膜表面上，清洗的效果不会太理想。因此在冲洗时，应尽可能的通过低压、高流速的方式，增加水平方向的剪切力，把污染物冲出膜元件。压力通常控制在0.3MPa以下。如果在0.3MPa以下，很难达到一定的流量时，应尽可能控制进水压力，以不出产水或少出产水为标准。一般进水压力不能大于0.4MPa.冲洗的频度：应经常对系统进行冲洗。增加清洗的次数比进行一次化学清洗更有效果。冲洗的频度一天一次为好。 发生以下情况，需进行化学清洗： 1、标准化条件下的产水量下降10-15% 2、进水和浓水之间的系统压差升高到初始值的1.5倍 3、产水水质明显下降化学清洗的频度：一般可以考虑每6个月清洗一次因离线清洗相对于在线清洗有以下优点，所以该系统采用离线清洗： 1、对系统中出现问题的膜元件进行有针对性的检测 2、对大系统进行清洗前，检验单支模元件的清洗效果试验 3、用于小系统的清洗，单支膜元件的清洗方式可以增加清洗的效果离线化学清洗：从大系统中取出一支膜元件，用特定的清洗装置进行化学清洗。 一般化学清洗系统由清洗泵、清洗箱、5微米保安过滤器、所需的管道、阀门、清洗软管、控制仪表（PH计、温度计、流量表）等组成，清洗过程为循环清洗，周期一般为12小时。清洗箱：要求防腐，材料可选择玻璃钢、聚氯乙烯塑料、钢罐内衬胶等，确定清洗箱的体积时，应考虑压力容器的体积、保安过滤器的体积、有关流通管道的体积等。清洗泵：选用的清洗泵应耐腐蚀，如不锈钢泵、塑料泵。清洗泵压力应能克服保安过滤器的压降、膜组件的压降、管道阻力损失等。一般选用压力0.30.5MPa。2.2.2 EDI 设备EDI设备概述：EDI设备又称连续电除盐技术，它科学地将电渗析技术和离子交换技术融为一体，通过阳、阴离子膜对阳、阴离子的选择透过作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用，在电场的作用下实现水中离子的定向迁移，从而达到水的深度净化除盐，并通过水电解产生的氢离子和氢氧根离子对装填树脂进行连续再生，因此EDI制水过程不需酸、碱化学药品再生即可连续制取高品质超纯水，它具有技术先进、结构紧凑、操作简便的优点，可广泛应用于电力、电子、医药、化工、食品和实验室领域，是水处理技术的绿色革命。这一新技术可以代替传统的离子交换装置，生产出电阻率高达16-18MCM的超纯水。 EDI设备工作原理：高纯度水对许多工商业工程非常重要，比如：半导体制造业和制药业。以前这些工业用的纯净水是用离子交换获得的。然而，膜系统和膜处理过程作为预处理过程或离子交换系统的替代品越来越流行。如电除盐过程（EDI）之类的膜系统可以很干净地去除矿物质并可以连续工作。而且，膜处理过程在机械上比离子交换系统简单得多，并不需要酸、碱再生及废水中和。EDI处理过程是膜处理过程中增长最快的业务之一。EDI带有特殊水槽，水槽里的液流通道中填充了混床离子交换树脂。EDI主要用于把总固体溶解量（TDS）为1-20mg/L的水源制成8-17兆欧纯净水。 EDI装置将离子交换树脂充夹在阴/阳离子交换膜之间形成EDI单元。EDI工作原理如图2所示。 EDI组件中将一定数量的EDI单元间用网状物隔开，形成浓水室。又在单元组两端设置阴/阳电极。在直流电的推动下，通过淡水室水流中的阴阳离子分别穿过阴阳离子交换膜进入到浓水室而在淡水室中去除。而通过浓水室的水将离子带出系统，成为浓水. EDI设备一般以反渗透（RO）纯水作为EDI给水。RO纯水电阻率一般是40-2S/cm（25)。EDI纯水电阻率可以高达18 M.cm(25)，但是根据去离子水用途和系统配置设置，EDI纯水适用于制备电阻率要求在1-18.2M.cm(25)的纯水。 EDI特点EDI不需要化学再生,可连续运行,进而不需要传统水处理工艺的混合离子交换设备再生所需的酸碱液,以及再生所排放的废水。 EDI设备模块结构特点：1、淡水隔板采用卫生级PE材料 2、EDI膜片采用进口均相膜和国产异相离子交换膜 3、采用进口EDI专用均粒树脂和国产EDI专用均粒树脂 4、EDI电极板采用钛镀钌技术 5、压紧板采用具有硬性的合金铝轧铸而成。 6、固定螺丝采用国标标准件 7、膜堆出厂最高试压7bar不漏水 8、膜堆电阻低、功耗小 9、外观装饰板造型美观结实 10、最大膜堆处理水量3T/H，最小模堆处理水量75L/H 11、纯水、浓水、极水通道设计合理，不易堵塞，水流分布均匀、无死角。EDI设备进水指标要求：通常为单级反渗透或二级反渗透的渗透水 TEA（总可交换阴离子，以CaCO3计）：25ppm。 电导率：40S/cm H：6.09.0。当总硬度低于0.1ppm时，EDI最佳工作的pH范围为8.09.0。 温度： 535。 进水压力：4bar（60psi）。 硬度：（以CaCO3计）：1.0ppm。 有机物（ TOC）：0.5ppm。 氧化剂：Cl20.05ppm，O30.02ppm。 变价金属： Fe0.01ppm，Mn0.02ppm。 H2S：0.01ppm。 二氧化硅：0.5ppm。 色度：5APHA。 二氧化碳的总量：10ppm SDI 15min：1.0。EDI外观图如下：图1 图1 EDI中离子的迁移和交换如下：图2 图22.3 后处理工艺介绍2.3.1 纯水箱储存产水，为后续设备用水提供稳定的充足的水源。2.3.2 纯水泵选用2台，一备一用，以防一台泵坏了系统还可以运行。 2.3.3 紫外线杀菌器为能有效的控制产品水中的微生物指标、TOC指标、细菌指标，达到终端使用要求，在将纯化水水箱中的水输送到用水点之前配备过流式紫外线（UV）杀菌装置。紫外消毒法是一种物理的消毒法。紫外线消毒设备是用加压汞蒸气的石英灯管装置而成。当紫外线设备产生的足够剂量的强紫外光照射到水、液体或空气上时，其中的各种细菌、病毒、微生物、寄生虫或其它病原体在紫外光UV-C的辐射下，细胞组织中的DNA-RNA被破坏，从而阻止了细胞的再生。科学试验证明，波长在240-280nm的紫外线具有高效杀菌功能。水中的有机污染物在紫外光的作用下能够逐步氧化成低分子的中间产物，最终生成CO2和H2O。紫外消毒的优点：接触时间短，杀菌能力强，设备简单，操作管理方便，能自动化进行，而且对水不会有副作用，无中毒的危害，水不会有气味。但因没有持续杀菌效果，因而消毒后的水要加强管理，防止再污染。2.3.4微米保安过滤器为确保产水满足要求，设置终端微滤，用于清除产品水中残留的细菌尸体、消除内毒素、热源等。因对产水要求很高，所以采用1微米保安过滤器，其原理、特性与5微米保安过滤器相同，在此不再叙述。2.4 系统其他配置介绍2.4.1管路要求管路要求：管路要求选择耐腐蚀性强，可以承受阀门关闭时系统压力的材料。管路的设计压力阀门关闭时系统压力操作压力。低压反渗透系统使用SUS304规格的不锈钢。产水等低压管路使用PVC材质。管径：其直径大小的选择一定要避免在系统流量范围内产生过大压力损失。尤其是产水的管路直径大小更重要，产水管路过细，容易产生产水背压损坏膜元件。2.4.2药剂注入点一般选择在泵的入口等混合效果较好的地方。需投加多种药剂时，注入点最小间隔应在1米以外，为了加强药剂的混合，可以设置混合器。2.4.3计量仪表 压力表：进水、段间、浓水、产水侧分别配置压力表 流量计：产水、浓水处设置流量计，可计算进水流量 温度计：进出压力容器入口处 进水PH计： 进水电导仪 进水ORP表（氧化-还原电位表）2.5 控制系统2.5.1预处理控制多介质过滤器和活性炭过滤器都为自动操作。通过判断时间参数,自动控制设备的运行、备用、正洗和反洗状态的切换。2.5.2高压泵的保护系统每套反渗透装置的高压泵进出口都装有低压保护开关和高压保护开关。当供水量不足时高压泵入口的水压低于某一设定值，会自动发出信号停止高压泵，保护高压泵不在空转情况下工作。当因其它的原因误操作，使高压泵的出口压力超过某设定值时，高压泵出口高压保护开关会自动切断高压泵供电，保护系统不在高压下运行。2.5.3 反渗透系统控制此套系统采用PLC来完成控制。反渗透装置的投运或备用主要是通过控制高压泵的起动或停止来实现，而高压泵的起、停是通过反渗透后的水箱的液位变化来决定的。在本系统反渗透后的水箱的液位通过三点来控制反渗透装置的运行。1、当一级RO水箱水位处于低液位和中液位时，一级高压泵运行。2、当一级RO水箱的水位继续升至高液位时，一级反渗透将停止。3、相反，当一级RO水箱的液位由高至低反过程时，一级反渗透的投运顺序同时以相反的顺序进行。采用该控制方式，不仅可以节约回水，又可以节省费用，因为反渗透本身的运行成本主要来自高压泵的耗电。4、当预处理系统故障停机时，一级反渗透系统自动停止工作。5、当二级EDI水箱水位处于低液位和中液位时，二级级高压泵运行。6、当二级EDI水箱的水位继续升至高液位时，二级反渗透将停止。7、相反，当二级EDI水箱的液位由高至低反过程时，二级反渗透的投运顺序同时以相反的顺序进行。采用该控制方式，不仅可以节约回水，又可以节省费用，因为反渗透本身的运行成本主要来自高压泵的耗电。8、当一级RO水箱水位处于低液位时，二级EDI系统自动停止工作。注意事项：1、启动和停止时，流量和压力会有波动。过大流量和压力波动可能会导致膜元件破裂。故在启动和停止操作时需要缓慢增加和降低流量2、产水侧压力（背压）：产水侧压力高于原水侧压力0.05mpa以上时，膜片会受到物理性损伤。背压通常发生在反渗透设备阀门开闭的瞬间。充分确认阀门的开和关及压力的变动，保证运行过程杜绝背压现象发生。产水管道若高于膜堆中最下部膜壳5米以上时，系统停止时产水侧的静压头(0.05mpa）会从产水侧施力给原水侧，即发生背压现象，导致膜受到伤害。因此务必注意原水管道是否高于产水管道，同时要注意产水管道在膜壳上部的高度。第三章 系统的设计与计算在设计系统时，要正确掌握原水水质和对产水的要求。对各个装置的设计进行优化组合，保证系统的正常运行。本章将对整个系统进行设计。在系统的设计中，反渗透的膜元件型号的选择，水通量选择（单位膜面积的产水量，GFD 或LMH）；以及回收率都是重要的事项。一般尽可能设计高的回收率，这样可以降低供给水的量，减少预处理的成本。但是，反渗透的回收率设计高时会有以下的不利因素需要考虑。 （1）结垢的风险增大，需要添加阻垢剂； （2） 产水的水质下降； （3）运行操作压力增高，泵和相关设备的费用增加。 所以产水量和回收率的设计一定要符合安全的标准。一般建议要有一定的设计弹性。3.1 反渗透装置的设计与计算 3.1.1 反渗透膜元件型号的选择根据原水的含盐量、进水水质的情况和对产水水质的要求，一般将膜元件分为五大类。苦咸水脱盐、超低压、低污染、纳滤和海水淡化。因原水含盐量较高，对产水水质要求高，以及考虑经济性，在此选用美国海德能的CPA系列低压高脱盐反渗透膜元件。CPA系列是低压高脱盐苦咸水淡化膜，材质为芳香聚酰胺，可在较低的操作压力下获得高水通量和脱盐率，耐久性很好，对二氧化硅的去除也相当有效。常用于包括井水、地表水除盐、饮用水净化、离子交换系统前的预脱盐、电厂锅炉补给水的制取以及半导体制造厂中所需要的超纯水制备等。该系列膜元件主要包括8英寸膜元件（CPA2、CPA3、CPA3-LD和CPA4）和一种4英寸的膜元件（CPA2-4040）.各种规格的膜元件除了能实现低压高产水量外，还可以满足客户对产水水质日益严格的要求。此外，CPA3-LD采用了LD技术，改变了膜元件的进水隔网的形状和尺寸，使得CPA3-LD的运行压力及压力损失均大幅降低，同时由于进水隔网的改变，CPA3-LD膜元件的耐污染程度也大幅提高，降低了反渗透系统的清洗频率，延长了膜元件的使用寿命。所以相比之下，在此选用CPA3-LD膜元件作为系统的反渗透膜元件。CPA系列膜元件的规格参数表3-1-1名称型 号有效膜面积操作压力量Psi脱盐率%产水GPD（T/D） CPA2-4040 85/7.9 225/15.5kg 99.5 2250(8.5)低压膜 CPA2-8040 365/33.9 225/15.5kg 99.5 10000(37.9) CPA3-8040 400/37.2 225/15.5kg 99.5 11000(41 .6)增强型 低污染膜 PROC10 400/37.2 225/15.5kg 99.75 10500(39.7)超低压膜元件YQS4040 77/7.2 150/10.5kg 98 3000/11.4 ESPA1-4040 85/7.9 150/10.5kg 99 2600(9.8) ESPA2-4040 85/7.9 150/10.5kg 99.5 1900(7.2) ESPA4-4040 85/7.9 100/7.0kg 99.2 2500(9.5) ESPA1-8040 400/37.2 150/10.5kg 99 12000(45.4) ESPA2-8040 400/37.2 150/10.5kg 99.6 9000(34.1) ESPA4-8040 400/37.2 100/7.0kg 99 12000(45.4) ESPA2 8040 440/40 150/10.5kg 99.6 12000(45.4)抗污染膜 LFC1-4040 85/7.9 150/10.5kg 99 1900(7.2) LFC3-LD 400/37.2 225/15.5kg 99.5 11000(41.6)海水淡化膜 SWC1-4040 85/7.9 800/55.2kg 99.6 1200(4.5) SWC5 400/37.2 800/55.2kg 99.6 6000(22.7纳滤膜 ESNA1-4040 85/7.9 75/5.3kg 90 1950(7.4) ESNA1-8040 400/37.2 75/5.3kg 90 10000(37.9) 不同给水对应不同膜原件水通量 表3-1-2 RO给水类型市政废水河水井水RO渗透水水通量8121014172020303.1.2 平均水通量和回收率的确定通常，单位面积的产水量和回收率设计的过高，发生膜污染的可能性会大大增加，造成产水量下降，清洗膜系统的频率增加，维护系统正常运行的费用增加。所以在设计系统时，在能的条件下，最好采用有余量的产水通量和回收率。由上表3-1-1和3-1-2确定单位面积的产水通量J取保守值23.8LMH。因我们采用的是RO-EDI，设反渗透的回收率Rec为75%，EDI的回收率Rec为90%。因EDI产生的极水的浓度远远小于原水的浓度，所以EDI设备产生的极水全部回收。系统最终产水为30m3/h，则EDI的进水即RO产水为33.33，RO进水为44.44。3.2 反渗透装置排列设计3.2.1反渗透理论膜元件数量已知产水通量J=23.8LMH，产水量=33.33=33333LMH，膜元件面积S=37.2（CPA3-8040），所需理论膜元件数可按如下公式计算： 3.2.2 反渗透第一级渗透压力容器的数量一般每支压力容器的膜元件数为4-6支，设每支压力容器内装膜元件的数量=5，则所需压力容器的数量按下面公式计算： 则实际需要膜元件数量为 3.2.3 反渗透渗透膜元件的排列理论段数设采用4：3：1排列。则，以4：3：1的方式排列。每个压力容器5支8英寸膜元件，总数量为40支。3.3 EDI的设计计算目前EDI设备主要以国外产品为主，国内也有研究机构推出新产品。EDI产品从其早期走向市场就是模块化生产，因而设计非常简单。一般每个模块产水1.70-3.41 m3/h，用户可根据实际水量随意进行数量组合，设计时主要选择某型号的EDI数量。大多数EDI操作电压100-600V，单台电流2-5A，浓水流量一般为产水量的10%左右。浓水集中了淡水室中的离子。浓水的进出压力必须小于淡水压力，故不固定浓水的流量而只规定其压力。在运行过程中，浓水循环经过模块以增加浓水的导电性，同时有助于浓水室的流速更高以避免产生结垢。MK-2模块的浓水流量最小不能低于0.34 m3/h。低于该流量运行时，浓水室容易结垢，也可