美之星环保科技：纯水-工艺介绍

美之星环保科技纯水设备的应用范围：

水一向被称为工业系统的“血液”。随着高新技术的发展，工业部门对水、气、化学试剂及环境这些基础条件提出了越来越高的要求。这也促进了相应产业和技术的进步，水作为一种应用量最大、面最广的基本材料，其发展的速度尤为迅速。当今，纯水和超纯水已成为现代工业部门必不可少的基础材料之一，它们在电子、医药、能源、化工、汽车、机械、电镀、电池、冶金等几乎全部的工业及实验室领域中已得到了广泛的应用。

1、纯水在能源工业中的应用

能源工业如火电厂和核电公司在电能生产的过程中需要用大量的高纯水作为锅炉的供水，因此电力公司也是高纯水的主要用户。电厂锅炉的补给水有着较严格的质量标准，不合格的水进入水汽循环系统，将有可能导致热力设备结垢、腐蚀、过热器和汽轮机的积盐等各种危害。随着高参数、大容量火电机组的迅速发展，对高压锅炉和超高压锅炉的补给水水质提出了更高的要求。

2、纯水在化工工业中的应用

纯水在化学工业中的应用也十分广泛。化学工业中也常常需要涉及锅炉用水，纯水的应用可以保证锅炉及整个系统的正常运转。

除了锅炉补给水以外，化学工业生产中的工艺用水也需要纯水，通常水量较大。在精细化工产品的生产中，反应用水、洗涤用水、结晶用水等对水质要求高，需要大量的纯水。

这些工艺用水对水质要求通常为1～5MΩ·cm，单机制水能力也较小，通常为1～20t/h。在离子膜法制碱工艺中的许多工序都需用无离子水，如电解工段离子膜碱浓度的调节，过滤二精工段树脂的再生，高纯酸工段高纯盐酸的生产等。在化工高纯材料，如电子工业用MOS级试剂高绝缘性能的微粉及纳米级化工材料的生产工艺中需要用18MΩ·cm的超纯水。

3、纯水在其他工业中的应用

许多锅炉,特别是诸如油精炼厂、纸浆和造纸厂等化学加工工厂或食品加工系统的锅炉,用来生产仅供加热的蒸汽。在这些应用中，所需蒸汽的质量不同于电厂所需的蒸汽质量。二氧化硅的沉淀和涡轮机叶片的腐蚀不是问题，比较而言，返回管线中冷凝液的酸性腐蚀才是最重要的。这涉及去除水中的碳酸氢盐和碳酸盐的碱度，避免这些化合物在锅炉中的解离，以及产生的二氧化碳进入冷凝管线。在这些工业过程中，提高锅炉用水的纯度是十分必要的。

纯水的分类:

在工业用水中，根据对水的不同要求可按其纯度进行分类。

● 软化水 ● 

一般是是指将水中的Ca2+、Mg2+等离子的含量降低或去除至一定程度的水。水在软化过程中，硬度降低，软化水一般广泛用于低压工业锅炉用水。软化方法通常为离子交换法和药剂软化法。
● 纯水 ●

又称去离子水。一般是指用物理、化学的方法将水中易于去除的强电解质去除之外，还将水中难以去除的硅酸即二氧化碳等弱电解质去除至一定程度的水。25℃时纯水中的电导率一般为0.1~1μS/cm，剩余含盐量一般应在1mg/L以下。纯水制备的常用方法有离子交换、灭菌、膜分离等方法。

 ● 高纯水 ●

又称“超纯水”。一般是指将水中的导电介质几乎完全去除，又将水中不离解的胶体物质、气体即有机物均去除至极低程度的水。高纯水中剩余含盐量应在0.1mg/L以下，25℃时的电导率在0.1μS/cm以下。

 ● 脱盐水 ●

脱盐水（包括一级脱盐与二级脱盐） 一般是指用物理、化学等方法将水中易于去除的强电解质去除至一定程度的水。在除盐过程中亦除去了部分机械杂质和有机物质。脱盐水中的剩余含盐量一般应在1~5mg/L，25℃时的电导率为1~10μS/cm。常用的脱盐方法有蒸馏、膜分离、离子交换或几种方法的组合使用。

工业纯水的制备技术及工艺:

反渗透基本原理:

当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透（RO）处理的基本原理。

反渗透RO反渗透膜:

RO（Reverse Osmosis）反渗透技术是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。   

RO反渗透膜孔径小至纳米级，在一定的压力下，H2O分子可以通过RO膜，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。

一般性的自来水经过RO膜过滤后的纯水电导率5μs/cm（RO膜过滤后出水电导=进水电导×除盐率，一般进口反渗透膜脱盐率都能达到99%以上，5年内运行能保证97%以上。对出水电导要求比较高的，可以采用2级反渗透，再经过简单的处理，水电导能小于1μs/cm）, 符合国家实验室三级用水标准。再经过原子级离子交换柱循环过滤，出水电阻率可以达到18.2M .cm，超过国家实验室一级用水标准（GB 6682—92）。

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、印染等行业用水及废水处理。

处理系统工艺流程:
根据水质情况，设计水处理系统工艺流程如下： 

1、主系统  
原水箱→原水泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→二级反渗透→纯水箱→增压泵→混床→实验水箱  

辅助系统

①絮凝剂注入系统  
絮凝剂溶解计量箱→计量泵→多介质过滤器进口母管 

②阻垢剂注入系统  
阻垢剂溶解计量箱→计量泵→精密过滤器进口母管 

③氢氧化钠注入系统  
氢氧化钠溶解计量箱→计量泵→二级反渗透进口母管 

④膜清洗系统  
清洗溶液箱→清洗泵→精滤器→膜组件清洗接口

                                                                                   工艺流程图

根据水质情况，设计水处理系统工艺流程如下： 
1、主系统  
原水箱→原水泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→二级反渗透→纯水箱→增压泵→混床→实验水箱  
辅助系统 
①絮凝剂注入系统  
絮凝剂溶解计量箱→计量泵→多介质过滤器进口母管 
②阻垢剂注入系统  
阻垢剂溶解计量箱→计量泵→精密过滤器进口母管 
③氢氧化钠注入系统  
氢氧化钠溶解计量箱→计量泵→二级反渗透进口母管 
④膜清洗系统  
清洗溶液箱→清洗泵→精滤器→膜组件清洗接口

水处理工艺设计概论:

本水处理系统设计由预处理、反渗透脱盐、终端处理三大部分组成。
A、预处理部分：
原水预处理的主要作用：
防止胶体物质污染堵塞；
防止有机物污染堵塞；
防止强氧化剂对反渗透膜的氧化损伤；
前处理系统出水指标：
浊度：                  <0.5NTU
污染指数（FI）：         <3
朗格利尔指数  ：         <0.5

（1）原水箱
贮存中转，供后道预处理使用。
（2）原水泵
原水泵的主要作用是对原水增压到0.3Mpa左右供后道使用，本原水泵选用南方特种泵，叶轮为304不锈钢材料，该泵外型漂亮，体积小，效率较高，噪音低。
反冲泵可作为多介质过滤器、活性炭过滤器反洗时用。
（3）多介质过滤器
多介质过滤器的设计应充分考虑反洗周期、流量及强度，如反洗不彻底，会导致上层滤层结块，影响过滤效果。反洗周期以过滤器进出水压差来确定，反洗应使滤层膨胀20%左右，强度为18-20升/秒·米2，和压缩空气混合反洗效果最佳，并能节约反洗用水。
本系统配置一台Φ600的不锈钢过滤器，内装优质无烟煤和精致石英砂，运行流速为11m/h，产水量为3.5m3/h。
（4）活性炭过滤器
活性炭过滤器的工作是通过碳床来完成的，组成碳床的活性炭颗粒有非常多微孔和巨大的比表面积，具有很强的物理能力。水通过碳床，水中的有机污染物、余氯被活性炭有效吸附，从而防止反渗透膜被污染及氧化损伤，延长膜的使用寿命。
本系统配置一台Φ600的不锈钢过滤器，内装8-12目优质颗粒果壳活性炭，活性炭滤层高度为1.2米，活性炭过滤器具有大流量反洗功能。
（5）精密过滤器
精滤器的作用主要是拦截有可能从活性炭过滤器漏出的细小颗粒，以防止损伤高压泵机械密封和划伤反渗透膜表面。

B、反渗透部分
一级反渗透：
（1）高压泵
本系统选用1台南方多级不锈钢高压泵，该泵制作精良，外型美观，体积小，效率较高，噪音低，性价比较高。仿GRUNDFOS泵。
（2）反渗透装置
a 、反渗透装置构成
一级反渗透装置的作用是对原水进行脱盐、能去除水中大部分无机盐、有机物、微生物等，反渗透装置由高压泵、反渗透膜组件、控制监测仪表等组成。良好的前处理措施，可以使反渗透膜获得相对较高的产水量，单支膜元件脱盐率不小于99.5%。反渗透装置长期运行的脱盐率可达98%，反渗透装置正常运行压力在1.2MPa左右，装置回收率为70%。
b、反渗透膜的选型
本系统选用美国海德能公司ESPA2聚酰胺复合膜，单支膜脱盐率≥99.6%。
该反渗透膜的脱盐率高，产水量大，性能稳定，在国际水处理行业运用极其广泛，而且它的耐PH值范围可从2-10，便于化学清洗处理。
c、反渗透膜外壳
本反渗透装置的膜压力容器选用不锈钢外壳，该外壳内外精抛光处理，内壁光滑，没有死角，不易长菌，且拆装反渗透膜简易方便。

C、二级反渗透
（1）高压泵
本系统选用1台南方多级不锈钢高压泵，该泵制作精良，外型美观，体积小，效率较高，噪音低，性价比较高。仿GRUNDFOS泵。
（2）反渗透装置
（a）反渗透装置构成
二级反渗透脱盐装置的作用是对一级反渗透装置产水进行二级脱盐，保证产水达到纯净水技术指标。反渗透装置由高压泵、反渗透膜组件、控制监测仪表等组成。经一级反渗透脱盐后，可以使二级反渗透膜获得相对较高的产水量，单支膜元件脱盐率不小于99.5%。反渗透装置长期运行的脱盐率可达98%，反渗透装置正常运行压力在1.0MPa左右，二级反渗透脱盐装置产水进入纯水箱，浓水水质较好不需排放，可回流至一级反渗透脱盐装置进水管路，提高水的利用率。该装置回收率为80%。
（b）反渗透膜的选型
本系统选用美国海德能公司ESPA2聚酰胺复合膜，单支膜脱盐率≥99.6%。
该反渗透膜的脱盐率高，产水量大，性能稳定，在国际水处理行业运用极其广泛，而且它的耐PH值范围可从2-10，便于化学清洗处理。
（c）反渗透膜外壳
本反渗透装置的膜压力容器选用不锈钢外壳，该外壳内外精抛光处理，内壁光滑，没有死角，不易长菌，且拆装反渗透膜简易方便。
（3）阻垢剂投加系统
反渗透装置在长时间运行后，会在膜表面逐渐形成结垢物，严重时对产水量影响较大，为降低反渗透膜结垢的倾向，减少化学清洗的次数，固本系统设置了阻垢剂投加系统，选用进口美国阻垢剂MDC系列。
本系统的计量泵选用德国普罗敏特公司（大连）产品，另配50L计量箱1只。
（4）NaOH投加系统
因反渗透膜对CO2截留率低，且一级反渗透脱盐装置产水pH值小于6.0，在此条件下，CO2溶解度较高，使一级反渗透装置产水中含有较高的CO2，经二级反渗透装置处理后，产水pH值和电导率达不到技术指标，因此二级反渗透装置进水需要进行pH值调节。在二级反渗透进水处注入NaOH溶液，调节进水的pH值至7.0左右。这样，一方面CO2和OH-反应生成HCO3-，反渗透对HCO3-有很高的去除率，使产水电导率指标得到了保证，另一方面，调整进水pH值在7.0左右，使反渗透处在最佳工作条件，同时使产水的pH值符合要求。
（5）化学清洗系统
无论预处理多么完善。反渗透装置运行较长时间后，总会出现产水量下降，脱盐率下降和压差上升等现象，这是由于水中的污染物在膜面结垢引起的，需用化学药剂进行循环清洗。
在化学清洗箱中配制好一定浓度的化学药剂，然后切换相应的阀门，就可对某台需清洗的设备进行化学清洗。
清洗系统由清洗溶液箱、清洗泵、管阀件等组成。
本系统反渗透装置的给水采用较为合理的预处理，膜的化学清洗的频率将大大减少。

D、后段处理部分
（1）纯水箱
纯水箱的主要作用是贮存反渗透的产水，其中一部分水供混床使用生产实验用水，另一部分通过气液混合泵冲入臭氧生产纯净水；
（2）气液混合泵
气液混合泵的主要作用是把纯水箱的水和臭氧完全混合，供后道灌装使用，该泵选用南方泵业产品，泵叶轮为304不锈钢材料，该泵外型漂亮，体积小，效率较高，噪音低。
（3）微滤器
微滤器的主要作用是去除纯水中残留的微小颗粒以及细菌。因微滤器的过滤孔径为0.22微米，比细菌要小的多。该微滤器外壳采用304不锈钢制作，滤芯为耐臭氧滤芯。
（4）臭氧发生器
臭氧发生器的主要作用是杀菌、保鲜。便于纯水的储存。
（5）混床
为了使产水符合实验用水，电阻长时间达到1MΩ.CM，（实际最高可达5MΩ.CM）满足用户的使用要求，必须在反渗透后加混床处理。
混床床身采用透明有机玻璃材料，耐酸碱，而且能方便观察交换树脂的颜色变化，极大方便再生工作。
树脂采用混床专用型阴阳树脂，由于之前反渗透已脱除98%的离子，此时的混床交换负荷非常小，因此再生周期将大大延长，降低了再生费用。

E、控制部分
本水处理系统的控制分手动及PLC控制两部分：
（1）手动部分
a、多介质过滤器、活性炭过滤器反洗时阀门切换采用手动操作；
b、反渗透主机的化学清洗采用手动；
c、混床的再生过程采用手动操作。
（2）自动部分
a、原水箱进水采用浮球液位控制；
b、投加药剂与RO主机联动，自动投加；
c、反渗透主机系统采用PLC程序控制，与纯水箱液位实现连锁，当纯水箱达设定高液位时，反渗透主机自动执行关机程序，反之则开机，并设置如下功能：
A、低压断水保护；
B、开机自动膜面冲洗；
C、混床出口采用自动高压防爆装置，以免误操作引起局部压力过高，损坏交换柱

参考文献
[1] 康勇  王志  朱宏吉 工业纯水制备技术、设备及应用，北京：化学工业出版社，2006.11 
[2] 崔玉川  李福勤  纯净水与矿泉水处理工艺及设施设计计算，北京：化学工业出版社，2003.