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一级反渗透+二级EDI超纯水系统

发布时间：2010/7/26 阅读次数：2270 字体大小: 【小】【中】【大】

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本文介绍了二级EDI膜堆的结构及其工作原理，总结了一级反渗透+二级EDI超纯水工艺在广州市药品检验所超纯水制备系统的应用经验，阐述了在原水含盐量高的情况下，采用一级反渗透+二级EDI超纯水工艺具有节水、节电、运行成本低，产水电阻率高的先进性，得出了一级反渗透+二级EDI超纯水工艺具有普及推广的价值和意义。

关键字：二级EDI膜堆 [1篇] 反渗透 [23篇] 纯水工艺 [1篇]

　　反渗透法+ 一级电去离子（一级EDI）+抛光混床法制备纯水技术具有安全可靠，不需酸碱再生，因此得到广泛重视，已在制药、电子、电力、化工等行业生产中得到普遍应用[1-2]。
　　
　　在原水含盐量高的情况下，要求稳定产出电阻率17 MΩ?cm以上的超纯水，采用此工艺，按常规设计采用二级反渗透+脱气装置+一级EDI +抛光混床纯水工艺。因其系统投资很大，很难被采用。本公司最新设计的一级反渗透+脱气装置+二级EDI超纯水设备在广州市药品检验所应用的实践证明，该工艺是可靠的，稳定的，经济的，可行的，具有极大的推广价值。以下就该纯水工艺的应用予以介绍。
　　
　　1 项目概况及要求
　　
　　1.1 原水水质
　　
　　广州市药品检验所位于原广州市水泥厂附近。由于原广州市水泥厂多年污染及咸潮的影响，该河段上的自来水厂供水TDS高，碱度大，硬度高。原水水质报告详见表1
　　
　　表1

项目	数据	项目	数据
TDS，mg/L	495	铜含量，mg/L	0.04
总有机碳含量，mg/L	48	钾含量，mg/L	0.04
二氧化硅总含量，mg/L	1	钠含量，mg/L	68
氯含量，mg/L	70	锌含量，mg/L	0.05
总硬度，mg/L	170	铝含量，mg/L	0.01

碳酸盐硬度，mg/L	120	铁含量，mg/L	0.04
非碳酸盐硬度，mg/L	50	游离二氧化碳，mg/L	3.55
PH	8.0

　　1.2 广州市药品检验所使用纯水较多，对纯水水质要求达到如下三个标准：
　　
　　① 达到实验室分析用水标准GB6682-2000 Ⅰ级标准；
　　
　　② 达到中国药典2005版纯化水标准；
　　
　　③ 其中电阻率要求达到17MΩ?cm以上。
　　
　　1.3 设备功能要求
　　
　　广州市食品药品检验所为减少外勤人员，降低所用人员费用，要求纯水设备功能如下：
　　
　　① 系统全自动控制，无人员值守；
　　
　　② 系统运行费用达到最低；
　　
　　③ 采用ROEDI纯水工艺，要求终端产水电阻率三年内不得低于17MΩ?cm；
　　
　　2 项目难点分析及方案筛选
　　
　　2.1 根据原水水质报告，本项目的实施有如下几个难点：
　　
　　① 原水硬度高，必须采用软水器去除钙镁离子；
　　
　　② 碱度高，二氧化碳含量高，必须采用脱气装置；
　　
　　③ 含盐量高，必须采用一级反渗透或二级反渗透预除盐；
　　
　　④ 终端产水电阻率稳定达到17 MΩ?cm以上，按常规设计，必须加抛光混床。
　　
　　2.2 根据用方对设备的要求，我方设计如下三种纯水工艺方案进行评估筛选：
　　
　　①采用砂滤+碳滤+软水器+一级RO+脱气装置+一级EDI+抛光混床+UV杀菌+微滤纯水工艺可以达到其用水要求，产水电阻率稳定高于17MΩ?cm，一次性投资成本低，但抛光混床可使用周期短，更换耗品费用高，运行成本高；
　　
　　②采用砂滤+碳滤+软水器+一级RO+PH调节装置+二级RO +一级EDI+抛光混床+UV杀菌+微滤纯水工艺，虽然可以稳定达到其用水要求，但一次性投资成本高，系统占地面积大，耗水耗电多，且抛光混床的耗品费用高，运行成本高。
　　
　　③采用砂滤+碳滤+软水器+一级RO +脱气装置+二级EDI +UV杀菌+超滤纯水工艺，可以稳定达到其用水要求，且占地面积较小，耗水耗电少，无抛光混床的耗品费用，运行成本低。
　　
　　根据评估结果，征得用方的同意，决定采用第③种最新的设计方案。
　　
　　3 一级反渗透+二级EDI超纯水工艺的全系统组成及各设备作用说明：
　　
　　3.1 系统设备的详细组合工艺流程：

　　3.2 系统中各设备作用说明：
　　
　　▲原水箱：防止市政自来水供水量或供水压力不足而设，起到缓冲作用，以保证后续用水的稳定性。
　　
　　▲增压泵：对前处理供水进行加压。
　　
　　▲机械过滤器：去除水中的粉尘、铁锈等悬浮物及部分胶体杂质。
　　
　　▲活性碳过滤器：去除有机物杂质、部分臭味，除余氯。可防止有机物污染反渗透膜和余氯氧化反渗透膜。
　　
　　▲软水器：去除钙、镁等离子，可防止反渗透膜结垢。
　　
　　▲保安滤器:去除5微米以上的残余微粒，防止其堵塞反渗透膜。
　　
　　▲高压泵：给反渗透装置提供一定压力的水。
　　
　　▲反渗透：有效去除分子量200以上的有机物大分子、有毒有害物质，对离子的去除率高达98％以上。
　　
　　▲脱气纯水箱：含脱气装置，脱除水中二氧化碳，使其含量达到5ppm以下；含液位控制器，空气过滤器，储存反渗透产的纯水。
　　
　　▲EDI供水泵：对二级EDI提供一定压力的纯水。
　　
　　▲微孔滤器:去除因脱气装置吹气带来的微尘污染和细菌污染，以保护二级EDI免受污染。
　　
　　▲一级EDI装置：对一级EDI产水进行初提纯，即使在RO产水电导率大于10μs/cm时，也能保证一级EDI产水电阻率大于5MΩ?cm。
　　
　　▲二级EDI装置：对一级EDI产水进行精提纯，以保证二级EDI产水电阻率稳定大于18MΩ?cm。
　　
　　▲氮封超纯水箱：储存二级EDI产出的超纯水，防止超纯水二次污染。
　　
　　▲变频泵：为检验大楼分质供超纯水，以根据检验大楼纯水用量及时调整泵的转速，达到节电目的。
　　
　　▲UV杀菌灯：对送到检验大楼的超纯水灭菌。
　　
　　▲超滤器：滤除超纯水中细菌尸体和热源。
　　
　　4 一级反渗透+二级EDI超纯水系统的产品水水质和年度运行数据的记录
　　
　　4.1 一级反渗透+二级EDI对高含盐量的自来水处理后的检测结果，详见表2
　　
　　表2

检查项目	检测结果	检查项目	检测结果
电阻率 MΩ·cm（25℃）	详见表3	钠，最大值/(µg·L^-1)	0.5
全硅，最大值/(µg·L^-1)	<1.0	钾，最大值/(µg·L^-1)	<0.25
>1µm微粒数，最大值/(个·mL^-1)	1	氯，最大值/(µg·L^-1)	<0.10
细菌个数，最大值/(个·mL^-1)	未检出	硝酸根，最大值/(µg·L^-1)	<0.10
铜，最大值/(µg·L^-1)	<0.20	磷酸根，最大值/(µg·L^-1)	<0.10
锌，最大值/(µg·L^-1)	<0.050	硫酸根，最大值/(µg·L^-1)	<0.10
镍，最大值/(µg·L^-1)	<0.10	总有机碳，最大值/(µg·L^-1)	20

　　4.2年度运行数据的记录
　　
　　本套一级反渗透+脱气装置+二级EDI设备于2006年6月完成安装调试，2006年7月投入使用。为更好的记录各项数据指标，本套系统采用人机界面+PLC可编程控制器+A/D变换器。所用传感器包括：①各水箱液位传感器， ②各点压力监测传感器，③各流量监测传感器，④各点电导、电阻监测传感器，⑤PH监测传感器，⑥温度监测传感器。上述传感器均采用变送器以4～20mA送入A/D变送器转成数字信号进行处理，处理结果送存储器存储。每次开机十分钟后，进行取样记录。现将运行一年内的每月数据记录整理如下，详见表3
　　
　　表3

记录日期时间	自来水电导率/PH		RO 产水电导率/PH		一级EDI 产水电阻率/PH		二级EDI 产水电阻率/PH
年月日时分	电导率（μs/cm）	PH	电导率（μs/cm）	PH	电阻率（MΩ?cm）	PH	电阻率（MΩ?cm）	PH
2006.07.02，9:21	713.5	7.15	9.6	6.60	15.06	6.80	18.06	7.00
2006.08.03，9:01	712.4	7.2	9.6	6.50	14.57	6.70	18.07	7.00
2006.09.01，9:10	713.1	7.16	9.8	6.40	14.06	6.70	18.06	6.90
2006.10.07，9.08	714.2	7.17	10.2	6.40	13.86	6.70	18.06	6.90
2006.11.01，9:10	714.3	7.23	11.4	6.30	13.36	6.60	17.96	6.90
2006.12.07，9:15	714.3	7.24	11.5	6.40	12.79	6.60	17.89	6.95
2007.01.02，9:08	675.1	7.26	10.3	6.45	12.21	6.60	17.90	6.95
2007.02.06，9:01	675.4	7.15	10.8	6.35	11.71	6.55	17.92	6.92
2007.03.03，8:55	676.4	7.10	11.8	6.75	11.11	6.88	17.96	6.93
2007.04.01，9:02	675.8	7.15	12.8	6.76	10.31	6.88	17.94	6.98
2007.05.06，9:10	674.9	7.14	14.8	6.75	9.11	6.86	17.94	6.96
2007.06.01，9:06	673.8	7.13	12.8	6.77	10.30	6.87	17.88	6.97
2007.07.02，9:13	673.8	7.13	13.8	6.76	9.70	6.83	17.90	6.93
2007.08.03，9:03	712.7	7.14	16.3	6.76	5.60	6.85	17.89	6.95
2007.09.01，9:06	715.6	7.16	16.5	6.73	5.43	6.88	17.88	6.98
2007.10.08，9:04	716.6	7.19	18.5	6.70	5.22	6.89	17.87	6.99

4 HJJ二级EDI膜堆简介
　　
　　HJJ二级EDI膜堆是由二级EDI串联而成的EDI膜堆新产品。它的制水流程如下：
　　
　　一级RO产纯水→一级EDI→二级EDI→产品超纯水
　　
　　HJJ二级EDI膜堆的结构详见图1

　　图1 HJJ二级EDI膜堆结构图
　　
　　HJJ二级EDI膜堆为无浓水循环之膜堆，其进水为一级RO产纯水。一级RO产纯水经过含有核级树脂的一级EDI纯水室进行粗提纯，再经过含有电子级树脂的二级EDI纯水室进行精提纯，经两个纯水室提纯后，其电阻率可稳定达到18 MΩ?cm。二级EDI膜堆的最大优点是可抗击一级RO产纯水的含盐量变化大所造成的一级EDI产水水质不稳定问题。
　　
　　4本套系统的投资及运行成本分析
　　
　　6.1投资成本分析
　　
　　本套系统投资成本分析如下
　　
　　预处理：全自动功能，采用多路阀，罐体1665，总投资2.9万元；
　　
　　1.2m3/h一级反渗透：采用四条BW30-4040膜元件，总投资3.5万元；
　　
　　1m3/h二级EDI：采用本公司自产HJJ-2EDI-HM-B-1000膜堆，总投资3.9万元；
　　
　　其他配套设备，总投资2.8万元；
　　
　　该设备总投资：13.1万元。
　　
　　设备折旧按十年计算，平均每吨水折旧费4.55元。
　　
　　6.2 耗品成本分析，年平均耗品费用3034元，详见表4
　　
　　表4

序号	耗品名称	耗品用量	规格型号	维修周期	维修单价	维修总价	年平均费用
1	石英砂	370kg	3～4mm	五年	1元/kg	370元	74元
2	活性碳	60kg	4～8目	三年	10元/kg	600元	200元
3	软化树脂	110kg	001×7	三年	10元/kg	600元	200元
4	保安滤芯	2芯	20″×5µm	四个月	10元/支	20元	60元
5	反渗透膜	4支	4040	四年	1500元/支	6000元	1500元
6	二级EDI膜堆	1套	HM-1000	五年一次	5000元/套	500元	1000元
	小计						3034元

　　
　　6.3 耗电量及费用分析，详见表5

　　表5

项目	功率（kw）	电价（元/kw?h）	运行电费（元/h）
增压泵	0.45
高压泵	1.4
EDI供水泵	0.37
EDI电源	0.24
脱气风机	0.05
变频纯水泵	0.55
小计	3.06	0.6	1.836

　　说明：电费按广州市工业用电收费标准计算。
　　
　　6.4 耗水量及费用分析，详见表6
　　
　　表6
　　

项目	流量（m³/h）	水利用率	水价（元/ m³）	运行水费（元/h）
原水进水	2		1.61	3.22
RO产水	1.2	60％
EDI产水	1.1	91.6％
总利用率		55％

　　说明：水费按广州市用水收费标准计算。
　　
　　6.5 运行成本分析
　　
　　运行成本＝耗品费+电费+水费+设备折旧费＝1.05+1.84+3.22+4.55＝10.66（元/ m3）。
　　
　　4本项目所取得的经验
　　
　　① 在原水硬度较高的情况下，软水器具有很大作用，不仅可除去自来水的硬度，减小反渗透膜因钙镁离子引起的污染，而且可大大降低反渗透产水电导率。不使用软水器，反渗透产水14μs/cm；使用软水器，反渗透产水电导率9～10μs/cm。软水器使RO纯水含盐量减少20％。
　　
　　②在原水含盐量较高的情况下，采用一级反渗透作二级EDI的预脱盐装置，反渗透膜应采用高脱盐率的抗污染膜元件，以保证进入二级EDI的纯水的含盐量达到最小，减小二级EDI的除盐负荷。
　　
　　③在原水碱度较高，二氧化碳含量较高的情况下，脱气装置很重要。一级反渗透产水CO2含量达18ppm，经脱气后可达到5ppm以下。
　　
　　④在要求产水电阻率稳定高于15 MΩ?cm的情况下，采用一级反渗透+二级EDI纯水工艺可节约抛光混床，且产水电阻率具很高的稳定性。尽管自来水电导率变化及反渗透使用时间的增加使反渗透产水电导率变化很大，但二级EDI产出的超纯水电阻率变化很小，该套设备运行一年，二级EDI产水电阻率仅下降0.3MΩ?cm。
　　
　　⑤对15 MΩ?cm以上的高纯水的储存需采用氮封装置，以隔离超纯水箱内的超纯水与空气接触，使其免受污染。采用氮封和不采用氮封的超纯水箱内的超纯水随时间的变化曲线见图2：

　　4结论
　　
　　①一级RO+脱气装置+HJJ二级EDI设备，在使用高含盐量TDS300ppm～500ppm的自来水条件下，可产出17～18MΩ?cm高纯水，且稳定可靠。
　　
　　②用一级RO+HJJ二级EDI设备投资比二级反渗透+ 一级进口EDI设备投资可节约投资近50％；一级RO+脱气装置+HJJ二级EDI纯水工艺与二级RO+ 一级EDI纯水工艺相比，节水、节电、运行费用低。采用HJJ二级EDI膜堆可使成本大大降低，使普及推广EDI技术具有光明前景。
　　
　　③一级RO+HJJ二级EDI设备易管理，占地面积小，噪声小。

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