美之星環(huán)保科技：純水-工藝介紹

美之星環(huán)保科技純水設備的應用范圍：

水一向被稱為工業(yè)系統(tǒng)的“血液”。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)部門對水、氣、化學試劑及環(huán)境這些基礎(chǔ)條件提出了越來越高的要求。這也促進了相應產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的進步，水作為一種應用量最大、面最廣的基本材料，其發(fā)展的速度尤為迅速。當今，純水和超純水已成為現(xiàn)代工業(yè)部門必不可少的基礎(chǔ)材料之一，它們在電子、醫(yī)藥、能源、化工、汽車、機械、電鍍、電池、冶金等幾乎全部的工業(yè)及實驗室領(lǐng)域中已得到了廣泛的應用。

1、純水在能源工業(yè)中的應用

能源工業(yè)如火電廠和核電公司在電能生產(chǎn)的過程中需要用大量的高純水作為鍋爐的供水，因此電力公司也是高純水的主要用戶。電廠鍋爐的補給水有著較嚴格的質(zhì)量標準，不合格的水進入水汽循環(huán)系統(tǒng)，將有可能導致熱力設備結(jié)垢、腐蝕、過熱器和汽輪機的積鹽等各種危害。隨著高參數(shù)、大容量火電機組的迅速發(fā)展，對高壓鍋爐和超高壓鍋爐的補給水水質(zhì)提出了更高的要求。

2、純水在化工工業(yè)中的應用

純水在化學工業(yè)中的應用也十分廣泛。化學工業(yè)中也常常需要涉及鍋爐用水，純水的應用可以保證鍋爐及整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

除了鍋爐補給水以外，化學工業(yè)生產(chǎn)中的工藝用水也需要純水，通常水量較大。在精細化工產(chǎn)品的生產(chǎn)中，反應用水、洗滌用水、結(jié)晶用水等對水質(zhì)要求高，需要大量的純水。

這些工藝用水對水質(zhì)要求通常為1～5MΩ·cm，單機制水能力也較小，通常為1～20t/h。在離子膜法制堿工藝中的許多工序都需用無離子水，如電解工段離子膜堿濃度的調(diào)節(jié)，過濾二精工段樹脂的再生，高純酸工段高純鹽酸的生產(chǎn)等。在化工高純材料，如電子工業(yè)用MOS級試劑高絕緣性能的微粉及納米級化工材料的生產(chǎn)工藝中需要用18MΩ·cm的超純水。

3、純水在其他工業(yè)中的應用

許多鍋爐,特別是諸如油精煉廠、紙漿和造紙廠等化學加工工廠或食品加工系統(tǒng)的鍋爐,用來生產(chǎn)僅供加熱的蒸汽。在這些應用中，所需蒸汽的質(zhì)量不同于電廠所需的蒸汽質(zhì)量。二氧化硅的沉淀和渦輪機葉片的腐蝕不是問題，比較而言，返回管線中冷凝液的酸性腐蝕才是最重要的。這涉及去除水中的碳酸氫鹽和碳酸鹽的堿度，避免這些化合物在鍋爐中的解離，以及產(chǎn)生的二氧化碳進入冷凝管線。在這些工業(yè)過程中，提高鍋爐用水的純度是十分必要的。

純水的分類:

在工業(yè)用水中，根據(jù)對水的不同要求可按其純度進行分類。

● 軟化水 ● 

一般是是指將水中的Ca2+、Mg2+等離子的含量降低或去除至一定程度的水。水在軟化過程中，硬度降低，軟化水一般廣泛用于低壓工業(yè)鍋爐用水。軟化方法通常為離子交換法和藥劑軟化法。
● 純水 ●

又稱去離子水。一般是指用物理、化學的方法將水中易于去除的強電解質(zhì)去除之外，還將水中難以去除的硅酸即二氧化碳等弱電解質(zhì)去除至一定程度的水。25℃時純水中的電導率一般為0.1~1μS/cm，剩余含鹽量一般應在1mg/L以下。純水制備的常用方法有離子交換、滅菌、膜分離等方法。

 ● 高純水 ●

又稱“超純水”。一般是指將水中的導電介質(zhì)幾乎完全去除，又將水中不離解的膠體物質(zhì)、氣體即有機物均去除至極低程度的水。高純水中剩余含鹽量應在0.1mg/L以下，25℃時的電導率在0.1μS/cm以下。

 ● 脫鹽水 ●

脫鹽水（包括一級脫鹽與二級脫鹽） 一般是指用物理、化學等方法將水中易于去除的強電解質(zhì)去除至一定程度的水。在除鹽過程中亦除去了部分機械雜質(zhì)和有機物質(zhì)。脫鹽水中的剩余含鹽量一般應在1~5mg/L，25℃時的電導率為1~10μS/cm。常用的脫鹽方法有蒸餾、膜分離、離子交換或幾種方法的組合使用。

工業(yè)純水的制備技術(shù)及工藝:

反滲透基本原理:

當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側(cè)的水會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數(shù)值時，水通過膜的凈流量等于零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側(cè)的壓力大于滲透壓力時，水的流向就會逆轉(zhuǎn)，此時，鹽水中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。

反滲透RO反滲透膜:

RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)是利用壓力表差為動力的膜分離過濾技術(shù)，源于美國二十世紀六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉(zhuǎn)化為民用，目前已廣泛運用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。   

RO反滲透膜孔徑小至納米級，在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質(zhì)無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區(qū)分開來。

一般性的自來水經(jīng)過RO膜過濾后的純水電導率5μs/cm（RO膜過濾后出水電導=進水電導×除鹽率，一般進口反滲透膜脫鹽率都能達到99%以上，5年內(nèi)運行能保證97%以上。對出水電導要求比較高的，可以采用2級反滲透，再經(jīng)過簡單的處理，水電導能小于1μs/cm）, 符合國家實驗室三級用水標準。再經(jīng)過原子級離子交換柱循環(huán)過濾，出水電阻率可以達到18.2M .cm，超過國家實驗室一級用水標準（GB 6682—92）。

反滲透應用范圍:

太空水、純凈水、蒸餾水等制備； 酒類制造及降度用水； 醫(yī)藥、電子等行業(yè)用水的前期制備； 化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備； 鍋爐補給水除鹽軟水； 海水、苦咸水淡化； 造紙、電鍍、印染等行業(yè)用水及廢水處理。

處理系統(tǒng)工藝流程:
根據(jù)水質(zhì)情況，設計水處理系統(tǒng)工藝流程如下： 

1、主系統(tǒng)  
原水箱→原水泵→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→精密過濾器→二級反滲透→純水箱→增壓泵→混床→實驗水箱  

輔助系統(tǒng)

①絮凝劑注入系統(tǒng)  
絮凝劑溶解計量箱→計量泵→多介質(zhì)過濾器進口母管 

②阻垢劑注入系統(tǒng)  
阻垢劑溶解計量箱→計量泵→精密過濾器進口母管 

③氫氧化鈉注入系統(tǒng)  
氫氧化鈉溶解計量箱→計量泵→二級反滲透進口母管 

④膜清洗系統(tǒng)  
清洗溶液箱→清洗泵→精濾器→膜組件清洗接口

                                                                                   工藝流程圖

根據(jù)水質(zhì)情況，設計水處理系統(tǒng)工藝流程如下： 
1、主系統(tǒng)  
原水箱→原水泵→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→精密過濾器→二級反滲透→純水箱→增壓泵→混床→實驗水箱  
輔助系統(tǒng) 
①絮凝劑注入系統(tǒng)  
絮凝劑溶解計量箱→計量泵→多介質(zhì)過濾器進口母管 
②阻垢劑注入系統(tǒng)  
阻垢劑溶解計量箱→計量泵→精密過濾器進口母管 
③氫氧化鈉注入系統(tǒng)  
氫氧化鈉溶解計量箱→計量泵→二級反滲透進口母管 
④膜清洗系統(tǒng)  
清洗溶液箱→清洗泵→精濾器→膜組件清洗接口

水處理工藝設計概論:

本水處理系統(tǒng)設計由預處理、反滲透脫鹽、終端處理三大部分組成。
A、預處理部分：
原水預處理的主要作用：
防止膠體物質(zhì)污染堵塞；
防止有機物污染堵塞；
防止強氧化劑對反滲透膜的氧化損傷；
前處理系統(tǒng)出水指標：
濁度：                  <0.5NTU
污染指數(shù)（FI）：         <3
朗格利爾指數(shù)  ：         <0.5

（1）原水箱
貯存中轉(zhuǎn)，供后道預處理使用。
（2）原水泵
原水泵的主要作用是對原水增壓到0.3Mpa左右供后道使用，本原水泵選用南方特種泵，葉輪為304不銹鋼材料，該泵外型漂亮，體積小，效率較高，噪音低。
反沖泵可作為多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器反洗時用。
（3）多介質(zhì)過濾器
多介質(zhì)過濾器的設計應充分考慮反洗周期、流量及強度，如反洗不徹底，會導致上層濾層結(jié)塊，影響過濾效果。反洗周期以過濾器進出水壓差來確定，反洗應使濾層膨脹20%左右，強度為18-20升/秒·米2，和壓縮空氣混合反洗效果最佳，并能節(jié)約反洗用水。
本系統(tǒng)配置一臺Φ600的不銹鋼過濾器，內(nèi)裝優(yōu)質(zhì)無煙煤和精致石英砂，運行流速為11m/h，產(chǎn)水量為3.5m3/h。
（4）活性炭過濾器
活性炭過濾器的工作是通過碳床來完成的，組成碳床的活性炭顆粒有非常多微孔和巨大的比表面積，具有很強的物理能力。水通過碳床，水中的有機污染物、余氯被活性炭有效吸附，從而防止反滲透膜被污染及氧化損傷，延長膜的使用壽命。
本系統(tǒng)配置一臺Φ600的不銹鋼過濾器，內(nèi)裝8-12目優(yōu)質(zhì)顆粒果殼活性炭，活性炭濾層高度為1.2米，活性炭過濾器具有大流量反洗功能。
（5）精密過濾器
精濾器的作用主要是攔截有可能從活性炭過濾器漏出的細小顆粒，以防止損傷高壓泵機械密封和劃傷反滲透膜表面。

B、反滲透部分
一級反滲透：
（1）高壓泵
本系統(tǒng)選用1臺南方多級不銹鋼高壓泵，該泵制作精良，外型美觀，體積小，效率較高，噪音低，性價比較高。仿GRUNDFOS泵。
（2）反滲透裝置
a 、反滲透裝置構(gòu)成
一級反滲透裝置的作用是對原水進行脫鹽、能去除水中大部分無機鹽、有機物、微生物等，反滲透裝置由高壓泵、反滲透膜組件、控制監(jiān)測儀表等組成。良好的前處理措施，可以使反滲透膜獲得相對較高的產(chǎn)水量，單支膜元件脫鹽率不小于99.5%。反滲透裝置長期運行的脫鹽率可達98%，反滲透裝置正常運行壓力在1.2MPa左右，裝置回收率為70%。
b、反滲透膜的選型
本系統(tǒng)選用美國海德能公司ESPA2聚酰胺復合膜，單支膜脫鹽率≥99.6%。
該反滲透膜的脫鹽率高，產(chǎn)水量大，性能穩(wěn)定，在國際水處理行業(yè)運用極其廣泛，而且它的耐PH值范圍可從2-10，便于化學清洗處理。
c、反滲透膜外殼
本反滲透裝置的膜壓力容器選用不銹鋼外殼，該外殼內(nèi)外精拋光處理，內(nèi)壁光滑，沒有死角，不易長菌，且拆裝反滲透膜簡易方便。

C、二級反滲透
（1）高壓泵
本系統(tǒng)選用1臺南方多級不銹鋼高壓泵，該泵制作精良，外型美觀，體積小，效率較高，噪音低，性價比較高。仿GRUNDFOS泵。
（2）反滲透裝置
（a）反滲透裝置構(gòu)成
二級反滲透脫鹽裝置的作用是對一級反滲透裝置產(chǎn)水進行二級脫鹽，保證產(chǎn)水達到純凈水技術(shù)指標。反滲透裝置由高壓泵、反滲透膜組件、控制監(jiān)測儀表等組成。經(jīng)一級反滲透脫鹽后，可以使二級反滲透膜獲得相對較高的產(chǎn)水量，單支膜元件脫鹽率不小于99.5%。反滲透裝置長期運行的脫鹽率可達98%，反滲透裝置正常運行壓力在1.0MPa左右，二級反滲透脫鹽裝置產(chǎn)水進入純水箱，濃水水質(zhì)較好不需排放，可回流至一級反滲透脫鹽裝置進水管路，提高水的利用率。該裝置回收率為80%。
（b）反滲透膜的選型
本系統(tǒng)選用美國海德能公司ESPA2聚酰胺復合膜，單支膜脫鹽率≥99.6%。
該反滲透膜的脫鹽率高，產(chǎn)水量大，性能穩(wěn)定，在國際水處理行業(yè)運用極其廣泛，而且它的耐PH值范圍可從2-10，便于化學清洗處理。
（c）反滲透膜外殼
本反滲透裝置的膜壓力容器選用不銹鋼外殼，該外殼內(nèi)外精拋光處理，內(nèi)壁光滑，沒有死角，不易長菌，且拆裝反滲透膜簡易方便。
（3）阻垢劑投加系統(tǒng)
反滲透裝置在長時間運行后，會在膜表面逐漸形成結(jié)垢物，嚴重時對產(chǎn)水量影響較大，為降低反滲透膜結(jié)垢的傾向，減少化學清洗的次數(shù)，固本系統(tǒng)設置了阻垢劑投加系統(tǒng)，選用進口美國阻垢劑MDC系列。
本系統(tǒng)的計量泵選用德國普羅敏特公司（大連）產(chǎn)品，另配50L計量箱1只。
（4）NaOH投加系統(tǒng)
因反滲透膜對CO2截留率低，且一級反滲透脫鹽裝置產(chǎn)水pH值小于6.0，在此條件下，CO2溶解度較高，使一級反滲透裝置產(chǎn)水中含有較高的CO2，經(jīng)二級反滲透裝置處理后，產(chǎn)水pH值和電導率達不到技術(shù)指標，因此二級反滲透裝置進水需要進行pH值調(diào)節(jié)。在二級反滲透進水處注入NaOH溶液，調(diào)節(jié)進水的pH值至7.0左右。這樣，一方面CO2和OH-反應生成HCO3-，反滲透對HCO3-有很高的去除率，使產(chǎn)水電導率指標得到了保證，另一方面，調(diào)整進水pH值在7.0左右，使反滲透處在最佳工作條件，同時使產(chǎn)水的pH值符合要求。
（5）化學清洗系統(tǒng)
無論預處理多么完善。反滲透裝置運行較長時間后，總會出現(xiàn)產(chǎn)水量下降，脫鹽率下降和壓差上升等現(xiàn)象，這是由于水中的污染物在膜面結(jié)垢引起的，需用化學藥劑進行循環(huán)清洗。
在化學清洗箱中配制好一定濃度的化學藥劑，然后切換相應的閥門，就可對某臺需清洗的設備進行化學清洗。
清洗系統(tǒng)由清洗溶液箱、清洗泵、管閥件等組成。
本系統(tǒng)反滲透裝置的給水采用較為合理的預處理，膜的化學清洗的頻率將大大減少。

D、后段處理部分
（1）純水箱
純水箱的主要作用是貯存反滲透的產(chǎn)水，其中一部分水供混床使用生產(chǎn)實驗用水，另一部分通過氣液混合泵沖入臭氧生產(chǎn)純凈水；
（2）氣液混合泵
氣液混合泵的主要作用是把純水箱的水和臭氧完全混合，供后道灌裝使用，該泵選用南方泵業(yè)產(chǎn)品，泵葉輪為304不銹鋼材料，該泵外型漂亮，體積小，效率較高，噪音低。
（3）微濾器
微濾器的主要作用是去除純水中殘留的微小顆粒以及細菌。因微濾器的過濾孔徑為0.22微米，比細菌要小的多。該微濾器外殼采用304不銹鋼制作，濾芯為耐臭氧濾芯。
（4）臭氧發(fā)生器
臭氧發(fā)生器的主要作用是殺菌、保鮮。便于純水的儲存。
（5）混床
為了使產(chǎn)水符合實驗用水，電阻長時間達到1MΩ.CM，（實際最高可達5MΩ.CM）滿足用戶的使用要求，必須在反滲透后加混床處理。
混床床身采用透明有機玻璃材料，耐酸堿，而且能方便觀察交換樹脂的顏色變化，極大方便再生工作。
樹脂采用混床專用型陰陽樹脂，由于之前反滲透已脫除98%的離子，此時的混床交換負荷非常小，因此再生周期將大大延長，降低了再生費用。

E、控制部分
本水處理系統(tǒng)的控制分手動及PLC控制兩部分：
（1）手動部分
a、多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器反洗時閥門切換采用手動操作；
b、反滲透主機的化學清洗采用手動；
c、混床的再生過程采用手動操作。
（2）自動部分
a、原水箱進水采用浮球液位控制；
b、投加藥劑與RO主機聯(lián)動，自動投加；
c、反滲透主機系統(tǒng)采用PLC程序控制，與純水箱液位實現(xiàn)連鎖，當純水箱達設定高液位時，反滲透主機自動執(zhí)行關(guān)機程序，反之則開機，并設置如下功能：
A、低壓斷水保護；
B、開機自動膜面沖洗；
C、混床出口采用自動高壓防爆裝置，以免誤操作引起局部壓力過高，損壞交換柱

參考文獻
[1] 康勇  王志  朱宏吉 工業(yè)純水制備技術(shù)、設備及應用，北京：化學工業(yè)出版社，2006.11 
[2] 崔玉川  李福勤  純凈水與礦泉水處理工藝及設施設計計算，北京：化學工業(yè)出版社，2003.