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1、超纯水处理工艺简介,20150803 张祖青,超纯水系统简介,超纯水最初是美国科技界为了研制超纯材料(半导体原件材料、纳米精细陶瓷材料等)应用蒸馏、去离子化、反渗透技术或其它适当的超临界精细技术生产出来的水，如今超纯水已在生物、医药、汽车等领域广泛应用。这种水中除了水分子外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含氯二恶英等有机物，当然也没有人体所需的矿物质微量元素。超纯水,是一般工艺很难达到的程度，如水的电阻率大于18Mcm，接近于18.3Mcm则称为超纯水。超纯水系统是指系统从原水至超纯水完整产生的生产系统。一般超纯水系统是经由多重过滤，超滤，纳滤，反渗透，离子交换，电除盐，紫外线所产生的超
2、纯水。,某公司业绩国外代表工程项目配置,项目名称：赞比亚谦比希粗铜冶炼厂给水系统330m3/h软化水-45m3/h除盐水系统工艺流程-780m3/h多介质过滤器+3125m3/h反渗透+245m3/h混床,Q=45T/H回收率:95%,Q=375T/H回收率:68%,Q=550T/H回收率:95%,780m3/h多介质过滤器,3125m3/h反渗透装置,245m3/h混合离子交换器,Q=500T/H回收率:95%,原水或排污水Q=500T/H,Q=360T/H回收率:75%,Q=300T/H回收率:85%,6*85m3/h多介质过滤器,3*160m3/h超滤装置,3*120m3/h一级反渗透装
3、置,3*100m3/h二级反渗透装置,Q=480T/H回收率:95%,换热器1台,冷凝液 78 Q=300T/H,冷凝液 50 Q=300T/H,冷凝液 50 Q=300T/H,混合离子交换器4台,自清洗过滤器1台,某公司业绩贵州天福煤化工有限公司30万吨合成氨及15万吨二甲醚项目除盐水站,Q=330T/H回收率:95%,地下水和初级再生水Q=330T/H,Q=250T/H回收率:75%,Q=210T/H回收率:85%,多介质过滤器6台,超滤装置2套,一级反渗透装置2套,二级反渗透装置2套,Q=330T/H回收率:95%,EDI（电除盐）2套,某公司业绩中国石油长庆石化公司200T/H除盐水站
4、扩容改造工程,Q=200T/H回收率:95%,Q=406T/H回收率:98%,原水或排污水Q=428T/H,Q=250T/H回收率:65%,Q=220T/H回收率:88%,多介质过滤器6台,超滤装置3套,一级反渗透装置3套,二级反渗透装置3套,Q=365T/H回收率:95%,换热器1台,冷凝液 78 Q=490T/H,冷凝液 50 Q=490T/H,冷凝液 50 Q=490T/H,混合离子交换器4台,自清洗过滤器1台,某公司业绩河南龙宇煤化工有限公司50万吨甲醇项目除盐水站,Q=500T/H回收率:98%,原水或排污水Q=500T/H,Q=330T/H回收率:95%,Q=330T/H回收率:9
5、5%,多介质过滤器9台,一级反渗透装置3套,阳床5套,阴床5套,Q=500T/H回收率:95%,换热器1台,冷凝液 78 Q=600T/H,冷凝液 50 Q=600T/H,冷凝液 50 Q=600T/H,混合离子交换器5台,自清洗过滤器1台,某公司业绩鹤壁煤化有限公司60万吨甲醇项目除盐水站,Q=330T/H回收率:66%,超滤装置2套,Q=300T/H回收率:98%,原水或排污水Q=300T/H,Q=200T/H回收率:65%,Q=200T/H回收率:88%,多介质过滤器6台,一级反渗透装置2套,阳床5套,Q=280T/H回收率:95%,混合离子交换器5台,某公司业绩鹤壁煤化有限公司60万吨
6、甲醇项目循环排污水站-2,Q=300T/H回收率:95%,超滤装置2套,叠片过滤器1套,Q=200T/H回收率:88%,阴床5套,Q=400T/H回收率:98%,原水或排污水Q=500T/H,Q=80T/H浓水,Q=300T/H回收率:88%,多介质过滤器8台,一级反渗透装置2套,Q=340T/H回收率:95%,二级混合离子交换器5台,某公司业绩陕西延长(石油)集团公司年产20万吨醋酸项目配套供热站,Q=500T/H回收率:95%,超滤装置4套,叠片过滤器1套,Q=300T/H回收率:88%,浓水反渗透装置1套,Q=250T/H回收率:88%,Q=50T/H回收率:62%,一级混合离子交换器5
7、台,目 录,01,预处理介绍,01,01,混床介绍,EDI介绍,06,RO系统介绍,02,06,07,02,03,04,11,水中杂质成分,固体颗粒（悬浮物、泥沙等）,胶体（有机胶体、无机胶体）,微生物（细菌、病毒等）,有机物,溶解性固体（阴阳离子）,按孔径分类的分离膜,一、预处理介绍,1、总论,、石英砂过滤器/机械过滤器/多介质过滤器,预处理在纯水制备中起到保护作用。在选用预处理方式时，首先要了解原水水质。比如，如果原水是地表水、地下水、自来水或是中水，根据其特性，其预处理可选用：原水池+絮凝沉淀+杀菌消毒+多介质过滤器+活性炭过滤器（超滤）+保安过滤器，比较特殊的情况可以增加除氟、除铁过滤
8、器等。另外，比较冷的地区（持续一个月温度10），建议使用板式换热器。,2、各部件的作用,用于原水的除浊处理。将原水送入装有各级配的石英砂（也可装入一定量的无烟煤），利用石英砂的截污能力，可有效地去除水中的较大颗粒悬浮物和胶体等，使出水的浊度小于1mg/l，以保证后续处理的正常运行。,14,在原水管道内加入絮凝剂，絮凝剂在水中发生离子水解和聚合过程，水中胶体粒子对水解及聚集的各种产物进行强烈的吸附，使粒子表面电荷和扩散厚度同时降低，因而粒子间相互排斥能降低，相互接近而凝聚，水解产生的聚合物被两个以上的胶体吸附后，在粒子间产生架桥联接，逐步形成较大的絮凝体，经过机械过滤器时，为砂滤料载留。机械过滤
9、器的吸附是一种物理吸附，按滤料的填装方式大体可分为松散区（粗砂）、紧密区（细砂），悬浮物质在松散区主工通过流动接触产生接触凝聚作用，所以该区域截留较大颗粒的悬浮物质，在紧密区主要是惯性碰撞及悬浮颗粒间的吸附作用，所以该区域是截留较小颗粒的悬浮物质。填装滤料高度一般为罐体高度的三分之二 当机械过滤器因截留过量的机械杂质而影响其正常工作，则可用反冲洗的方法来进行清洗。利用逆向进水，同时通入压缩空气，进行气水混合擦洗，使过滤器内砂滤层松动，可使粘附于石英砂表面的截留物剥离并被反冲水流带走，有利于排除滤层中的沉渣、悬浮物等，并防止滤料板结，使其充分恢复截污能力，从而达到清洗的目的。反洗以进出口压差参数
10、设置来控制反冲洗周期，经验得知一般为一天，具体须视原水浊度而定。,、活性炭过滤器,活性炭过滤是以活性炭作为过滤滤料的水过滤处理工艺。过滤时由于其多孔性可吸附各种液体中的微细物质，常用于水处理中的脱色、脱臭、脱氯、去除有机物及重金属、去除合成洗涤剂、细菌、病毒及放射性等污染物质，也常用于废水的三级处理。活性炭过滤器主要利用含碳量高、分子量大、比表面积大的活性炭有机絮凝体对水中杂质进行物理吸附，达到水质要求，当水流通过活性炭的孔隙时，各种悬浮颗粒、有机物等在范德华力的作用下被吸附在活性炭孔隙中；同时，吸附于活性炭表面的氯（次氯酸）在炭表面发生化学反应，被还原成氯离子，从而有效地去除了氯，确保出水余
11、氯量小于0.1ppm，满足RO膜的运行条件。随时间推移活性炭的孔隙内和颗粒之间的截留物逐渐增加，使滤器的前后压差随之升高，直至失效。在通常情况下，根据过滤器的前后压差，利用逆向水流反洗滤料，使大部分吸附于活性炭孔隙中的截留物剥离并被水流带走，恢复吸附功能；当活性炭达到饱和吸附容量彻底失效时，应对活性炭再生或更换活性炭，以满足工程要求。填装滤料高度一般为罐体高度的三分之二，上层为活性炭，下层填10-20公分石英砂作为垫层。,当活性碳过滤器因截留过量的机械杂质而影响其正常工作，则可用反冲洗的方法来进行清洗。利用逆向进水，使过滤器内砂滤层松动，可使粘附于滤料表面的截留物剥离并被反冲水流带走，有利于排
12、除滤层中的沉渣、悬浮物等，并防止滤料板结，使其充分恢复截污、除氯能力，从而达到清洗的目的。反洗以进出口压差参数设置来控制反冲洗周期，一般为三至四天，具体须视原水浊度而定。活性炭的更换周期与进水水质有关，判断活性炭是否完全失效应根据活性炭进出口有机物含量来决定，在正常反洗后如测得的出口有机物含量大于进口有机物含量，意味着活性炭已经失效，需进行再生或更换，活性炭更换周期一般为一年到两年时间(具体时间应根据进水水质、活性炭装填体积及运行累计时间确定),、盘式过滤器,是一种新型高效的过滤器，具有滤速快、反洗省时省水、占地面积小、维护简单以及使用寿命长等优点，可以替代绝大多数的传统过滤器，广泛应用于超滤
13、反渗透离子交换等的前置过滤地下水去除浊度循环冷却水系统城市污水回用系统等多种场合。盘式过滤器过滤原理：1.工作状态：盘式过滤器的过滤单元里有一组带沟槽棱边的过滤盘，通过顶部的弹簧压紧。过滤时污水由过滤盘外侧进入，相邻过滤盘的沟槽棱边形成的交叉点把水中的固体物质截留，达到过滤的效果。同时由于污物不仅贮存在过滤盘与过滤头之间，还可以贮存在过滤盘组内部，具有深度凝聚的作用，大大提高了过滤效果2.反洗状态：盘式过滤器可以通过三种方式实现自动控制反洗：时间、流量和压差信号，当其中一项或几项同时达到反洗要求，将给控制器发信号，这时控制器控制反洗部件，完成反洗。反洗时每个过滤单元是交替进行的，以保证连续供水
14、。控制器首先控制一个过滤单元进出水阀门改变水流方向，然后松开过,滤盘顶部弹簧，位于盘片组中央的喷嘴沿切线喷射，使盘式旋转，盘上及过滤头内的污物被冲洗出去。接着控制进出水阀门恢复这个过滤单元到正常工作状态，去反洗另一个过滤单元。因为反洗时间很短，一般至多15秒，而且是过滤单元交替进行，所以一般盘式过滤器无需一用一备。由过滤单元并列组合而成，其过滤单元主要是由一组带沟槽或棱的环状增强塑料滤盘构成。过滤时污水从外侧进入，相邻滤盘上的沟槽棱边形成的轮缘把水中固体物截留下来；反冲洗时水自环状滤盘内部流向外侧，将截留在滤盘上的污物冲洗下来，经排污口排出。盘片在单元内为紧密压实叠加在一起，上下两层盘片中间沟
15、槽起到过滤拦截的作用。原水通过过滤单元时由外向内流动，大于沟槽的杂质会被拦截在外部。盘式过滤器的核心部件是叠放在一起的塑料滤盘，滤盘上有特制的沟槽或棱，相邻滤盘上的沟槽或棱构成一定尺寸的通道，粒径大于通道尺寸的悬浮物均被拦截下来，达到过滤效果。该产品在很大程度上可以取代砂滤器等传统的机械过滤装置，其性能优越、水电耗远低于其他产品。,盘式过滤器在滤盘两面设计了不同结构的棱，这些棱叠加在一起构成拦截面，其中曲线棱主要起到拦截并贮存悬浮物的作用，采用外侧略大的敞口设计可以保证反冲洗时无需松开滤盘，在水压较低时也能达到彻底的反冲洗效果；环状棱边确定过滤精度，构成水的通道，滤盘可以提供高达5的过滤精度。
16、原水进入两层滤盘中间时，首先顺曲线棱向盘内流动，但是仔细观察无法直接进入。这时起过滤拦截作用的是环形棱，小于环形棱沟槽尺寸的杂质可以沿环形棱进入与内部相通的曲线棱，大的杂质被拦截下来。滤盘的独特结构还使将污物冲出的反冲洗过程更加简单和容易，而不需要复杂的马达和驱动器等机构，简单的水流即可足以将污物冲出滤芯。这种优异性能减少了过滤器的反冲洗时间；同时由于污物不仅贮存在滤盘组与外壳之间，更多地可以贮存在滤盘组内部，所以过滤器可以容纳更多的污物。,超滤原理：超滤膜筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子
17、物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。超滤技术不仅运用于纯水预处理，还在直饮水中广泛运用。超滤同时得到中水回用的很多市场。超滤在纯水中运用较多的为4膜和8膜，其产水量分别为1-5T。,、超滤（UF）,现今纯水中用的较多的超滤膜为武汉艾科膜、山东招金膜天
18、膜、新加坡美能膜，其中以招金膜天膜最经济，而新加坡美能性能最好。武汉艾科在价格和性能上都在中间水平。,软化是指降低水中的硬度。软化水系统包括三部分，即离子交换部分、盐再生部分和控制部分。离子交换技术是软化系统的工作原理，它的主体是离子交换树脂，由于水的硬度主要由钙、镁形成及表示，故一般采用阳离子交换树脂，将水中的Ca2+、Mg2+（形成水垢的主要成份）置换出来，随着树脂内Ca2+、Mg2+的增加，树脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐渐降低。因此，当软化水设备使用一段时间后，需用盐再生部分对树脂进行再生处理，恢复树脂的效能，提高树脂的使用寿命。控制部分可实现整套系统的自动运行，根据系统的运行时间或
19、通过水量来自动进行盐再生。,、软化器,二、RO系统介绍,RO技术，即为反渗透技术。反渗透技术的主要作用是脱除水中的盐分，胶体和有机物。RO系统的主要设备包含：高压泵、RO膜、清洗系统、加药系统四个方面。在原水电导率小于300m/cm时。RO系统出水电导率在10m/cm-1m/cm之间。,1、总论,3、RO流程图,RO系统主要分为高压泵、RO装置、中间水箱、清洗装置和加药装置构成。高压泵的作用是给原水加压，为反渗透过程提供动力。一般低压膜的运行压力在0.8MPa1.2MPa之间，最大不能超过1.5MPa。RO装置是除盐的主要装置。一般我们所说的脱盐率99.5%并非系统真实的脱盐率，而是在一个特殊
20、的情况下，膜厂家的一个测试值。在现实运用中，膜的脱盐率是有所变化的。一般在小于300s/cm的原水电导率情况下，一级产水电导率可以做到10s/cm以下，二级产水电导率可以做到2.0s/cm以下。在RO装置中，膜数量的可以进行估算。一级膜数量为：产水流量/0.85；二级膜数量为产水流量/1.1.不过这些只是一个估算值，要真正做到准确的计算出膜的使用数量和排列方式，最好使用计算软件计算。中间水箱的作用是缓冲。在一般小于2t/h的设备可以不配备中间水箱。清洗装置由清洗水箱、清洗水泵、清洗过滤器构成。清洗周期为三个月。RO系统中的加药系统常用的有阻垢加药装置和PH调节装置两个。阻垢剂是让水中的过饱和离
21、子形成初期沉淀晶体后,再通过修改晶体上面的极性键基团来防止其附着于膜表面，又为分散剂。PH调节作用是调节RO出水PH值，降低二级产水电导率。RO产水的PH值一般小于7，呈弱酸性。,4、RO产水量判断,1、RO产水量的判断有很多方法，而最直观的方法，就是看流量计。流量计的显示有 LPM GPM m3/h 三种。LPM是指每分钟产水多少升，GPM是指每分钟产水多少加仑，m3/h是指每小时产水多少立方。它们之间的转换是：1加仑=4.546升（英制）1m3=1000 升,2、通过膜壳判断,量出膜壳的长度之后，先计算出所用膜的数量。根据经验数据，即可大概的估算出系统的产水量。一级产水量 Q=N/Q0 N
22、:一级膜数量。Q0:产水常数，8040膜为0.8，4040膜为0.2 二级产水量 Q=N/Q0 N:二级膜数量。Q0:产水常数，8040膜为1.15，4040膜为0.35 通过对一级与二级产水量的计算，不仅可以知道系统的产水量，也可以通过这个去检查客户的系统，看客户系统设计是否有误。同时，在于客户谈单时，可以通过简单的计算，查看竞争对手的配置是否合理。,3、通过后段推算。如果后段是EDI，通过EDI纯水出水流量可以大概估算出RO产水流量，即Q/N0 N0表示EDI回收率，为常数。取值范围：0.80-0.90.在估算时，可取0.85 如果后段是混床，由于混床为全过滤，故，混床出水流量即为RO产水
23、量。,要注意的是，流量计显示的数据虽然是最直观，最简便的方法，但，也是最无法把握的方法。而计算的方法虽然比较复杂，但也是最接近系统真实运行流量的方法。所以，在面对客户时，可以灵活运用这三种方法。,4、RO污堵性质判断,一、当膜的性能出现如下变化，说明膜需要清洗了 1、标准产水量下降10%15%;2、标准压差增加10%15%;3、标准产水电导增加1%2%。二、判断膜的污堵性质 首先、抽查原水水样，如果是原水硬度太高，说明膜结垢的可能性非常大。其表现为：一级尾端污堵，二段压差增加；产水率下降，脱盐率下降。膜性能变化快，一般十几天到一两个月，膜的产水量和脱盐率便会迅速下降。如果水样较浑浊，陈放几天后
24、原水会出现恶臭，有固体析出，说明水中有机物和胶体含量超标。一般出现有机污堵的情况持续时间较长，产水量会缓慢下降，而脱盐率变化不大。然后打开一级进水端第一根膜壳，观察膜的端面膜的颜色。如果呈黑褐色，说明为有机污堵。再拆开一级第二段的尾段出水端板，观察膜的端面颜色，用手摸一摸端面的粗糙程度。如果尾端颜色发黄，或者摸起来手感粗糙，有时有白色颗粒，说明膜的结垢相当的严重。,混合污染,结垢,有机污染,产水量缓慢降低、电导率基本不变或略有上升。一级一段压差增加较大,膜一级进水第一支膜端面呈褐色，出水最后一只膜端面也呈褐色,膜一级最后段后段端面呈黄褐色。,膜一级一段前端膜端面呈黑褐色,膜污染,产水量迅速降低
25、、电导率下降较大。一级后段压差增加较大,产水量降低较大、电导率下降较大。一级整体压差增加较大,RO系统化学清洗药剂选择,四、混床系统介绍,1、混床原理,离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。,混床出水电阻率维持在10-15M。CM，电阻率低于8M。CM时，混床需要再生。混床树脂选择：杭州争光13M。CM；德国拜耳15M。CM；罗门哈斯16M。CM；陶氏16M。CM.混床设计：罐体大小的选型为：R=(Q/v.)1/2 R:罐体半径 Q：设计进水流量 V：设计流
26、速：常数3.14 设计流速为40-60m/h 同样，如果知道罐体的周长，可先求出罐体的半径，再推算出罐体的设计流量。以此，来确定客户的罐体设计是否有误或者判断客户的设备大小。得出了罐体的半径，也可算出罐体的体积 V0=S*H S为面积，H为罐体内高度。以此可以推算出罐体的滤料多少。滤料容积V（单位：m3）：V1=SH1 阳树脂容积：M1 S：罐体底面积 HI：罐体内高的2/9 V2=SH2 阴树脂容积：M2 S：罐体底面积 H2：罐体内高的4/9 一袋树脂的容积为25L，即时只要转化一下即可算出需要多少袋树脂。,混床再生,阴树脂再生,阳树脂再生,冲洗运行,混床再生的详细步骤请参考相关文件。混床
27、设计再生周期为7天。,五、EDI系统介绍,EDI技术本质 电去离子技术（Electrodeionization，以下简称EDI），是结合了两种成熟的水纯化技术电渗析和离子交换组合的一种新的水处理技术。当水通过EDI膜堆时，水中的阴阳离子首先被离子交换树脂吸附和传导，同时，在直流电场的作用下，这些阴阳离子分别透过阴阳离子交换膜进入浓水室而被除去。这一过程中离子交换树脂是被水解离产生的H+、OH连续再生的，水中溶解的盐分可在低能耗及不须化学再生的条件下除去，这样高电阻率的产品水就可以大流速，持续不断地生产。,五、EDI系统介绍,EDI技术本质 电去离子技术（Electrodeionization，
28、以下简称EDI），是结合了两种成熟的水纯化技术电渗析和离子交换组合的一种新的水处理技术。当水通过EDI膜堆时，水中的阴阳离子首先被离子交换树脂吸附和传导，同时，在直流电场的作用下，这些阴阳离子分别透过阴阳离子交换膜进入浓水室而被除去。这一过程中离子交换树脂是被水解离产生的H+、OH连续再生的，水中溶解的盐分可在低能耗及不须化学再生的条件下除去，这样高电阻率的产品水就可以大流速，持续不断地生产。,EDI原理示意图,实物图,运行参数参数 额定回收率 90-95进水压力 3.1-6.9 bar进水与出水的压降 1.4-3.4bar进水电导率 小于50s/cm,上面为GE-EDI模块的运行参数。此可以
29、作为一般EDI的运行参数参考。由上面的参数可以判断几个问题：1、EDI纯水泵的型号选择。EDI纯水泵不仅是纯水的输送，还担任着给EDI供压的作用。EDI的运行压力在选择时，一般要求在0.4MPa。故在选择纯水泵扬程时，EDI扬程不得低于40m。但不应超过50m（从成本考虑，同时EDI运行压力过高，使得EDI的产水电阻率下降。（GE膜块和西门子膜块扬程设计为50-60米）,EDI清洗 1、当出现下列情况时模块需要清洗：当温度和流量都没变的情况下产品水的压力上升50当温度和流量都没变的情况下浓水的压力上升了50当温度和流量和入水电导率都没变的情况下产品水质下降25%当温度没变的情况下模块的电阻上升了25%EDI的清洗一般分三个步骤：酸洗浓水侧；碱洗纯水侧；恢复再生。详细步骤请参考EDI清洗手册。,感谢您的关注,
