2m 3 /h 超純水生產(chǎn)系統(tǒng)

(MMF ACF SF 2 級 RO 反滲透 EDI 電再生除鹽工藝)

方 案 設 計 書

設計人：余艷：13073396006，674831270@qq.com

一、設計基礎

1 設計要求

1.1 預處理系統(tǒng)出力和出水水質

1.1.1 出力:≥4m 3 /h

1.1.2 出水水質:SDI≦5COD≦1.5ppm濁度≦0.5NTU余氯≦0.1ppm

1.21 級反滲透系統(tǒng)出力和出水水質

1.2.1 出力:4m 3 /h

1.2.2 回收率：≥65%

1.2.3 出水水質:

RO 電導率≦ 15μs/cm

1.32 級反滲透系統(tǒng)出力和出水水質

1.3.1 出力:≥2.3m 3 /h

1.3.2 回收率: ≥75%

1.3.3 出水水質:

RO 電導率≦ 5μs/cm

1.4EDI 電再生系統(tǒng)出力和出水水質

1.4.1 出力:≥2m 3 /h

1.4.2 回收率: 90%

1.4.3 出水水質:

產(chǎn)水電阻率≥15MΩ.cm

1.5 運行方式：全自動運行（并具備手動操作功能）

1.6 供水方式：連續(xù)產(chǎn)出（24 小時運行）

2 設計依據(jù)

2.1 原水水源：蘇州市政自來水

2.2 原水設計溫度：25℃

2.3 設計界線：原水箱裝置進口至成品水出口（詳見工藝流程圖）；

2.4 其它涉及的設計基礎條件將在技術討論中確定。

3 系統(tǒng)對外界要求

3.1 進水管：進水管引至原水箱裝置入口；

3.2 供電纜：根據(jù)設計容量，由用戶自己負責；

3.3 出水管：EDI 裝置產(chǎn)水出口 5 米范圍內(nèi)（詳見工藝流程圖）；

3.4 藥品：調(diào)試過程和一周試運行所用的化學藥品由需方提供；

3.5 廢水處理：排至廠房內(nèi)地溝。

二、工藝流程描述

1 流程簡述

為保證關鍵設備的長期可靠穩(wěn)定運行，則必須設置預處理系統(tǒng)，以滿足后續(xù)系統(tǒng)的 3

進水指針，我方擬采用更為運行成熟穩(wěn)定的工藝：預處理系統(tǒng)（MMF ACF SF） 2 級 RO

處理系統(tǒng) EDI 電再生除鹽系統(tǒng)組成。

水處理系統(tǒng)工藝流程如下：

自來水→原水箱→原水泵→石英砂過濾→活性炭吸附→軟水器→保安過濾器→

PH 值調(diào)節(jié)

↓

過濾水箱→1 級高壓泵→1 級 RO 組件（主機）→2 級高壓泵→2 級 RO 組件（主機）

→純水箱→純水泵→紫外線殺菌器→0.45μm 微孔膜濾器→EDI 電再生裝置→0.22μm 終

端膜濾器→超純水去用水點

2 系統(tǒng)主要設備功能簡述

原水進入反滲透膜后，隨著水和少量離子不斷的透過反滲透膜進入淡水側，濃水側

各類離子、懸浮物及有機物的濃度不斷升高，當各類物質的濃度升高后，再加上反滲透

膜表面的濃差極化，就會產(chǎn)生許多問題，反滲透設備在運行過程中

反滲透設備的預處理設備的功能就是去除原水中對反滲透膜有損傷物質，還需要

防止結垢、堵塞等現(xiàn)象發(fā)生，盡可能地使原水更有利于反滲透設備的處理，保護反滲透

設施能正常安全地運行。

2.1 預處理

預處理主要是去除水中的有機物、懸浮物、膠體和余氯等，減少 RO 工作時產(chǎn)生垢

物、藻類、微生物污染及氧化劑對膜的損害，以使 RO 膜達到或接近設計使用壽命。預

處理系統(tǒng)包括：原水箱、原水泵、石英砂過濾器、活性碳過濾、軟水器、保安過濾器、

過濾水箱。

2.1.1 原水箱

原水首先流入原水箱。原水箱對原水的供給起到緩沖作用，協(xié)調(diào)原水的供給量與原 4

水泵的輸入量。當原水的供應量超過原水泵的輸水量時，原水箱水滿，通過原水箱的液

位控制使用原水供給停止。當原水供應量小于原水泵的輸水量時，原水箱空，原水泵停

止運行，起到保護原水泵的作用。

2.1.2 原水提升泵

主要起到增壓的作用，滿足后續(xù)工藝的用水。

2.1.3 石英砂過濾器

石英砂過濾器主要過濾水中大顆粒和絮狀雜質，以減少精濾器的負荷。規(guī)格為￠

750，過濾器內(nèi)裝填石英砂，濾層高度一般為≥1200mm，設計流速 9.0m/h，總產(chǎn)水量為

4m 3 /h。根據(jù)運行時間進行手動反沖洗。

2.1.4 活性炭過濾器

活性炭過濾器用于吸附原水中的有機物、氧化劑和有害物質，降低 COD 含量。規(guī)格

為￠750，過濾器填精制果殼型活性炭，濾層高度一般為≥1200mm，設計流速 9.0m/h，

總產(chǎn)水量為 4m 3 /hr。

活性炭過濾器放置在石英砂過濾器后面，既可以避免原水中懸浮物和膠體堵塞活性

炭微孔和炭間孔隙，減少反沖洗次數(shù)，增加活性炭吸附量。根據(jù)運行時間手動反沖洗。

2.1.5 軟水器

自動軟水器主要采用 Na-型離子交換樹脂交換去除水的 Ca 2 、Mg 2 等離子，降低原水

硬度，防止這些離子在膜表面結垢，以延長反滲透膜的使用壽命。本套系統(tǒng)配置一套規(guī)

格為￠600 的軟水器。過濾器內(nèi)填軟化樹脂 350L，裝填高度 1200mm，設計流速 14.2m/h，

總產(chǎn)水量為 4m3/h。根據(jù)時間設定實現(xiàn)自動再生。

水的硬度主要是鈣（Ca 2 ）、鎂（Mg 2 ）離子構成的。當含有硬度離子的原水通過軟

水器內(nèi)樹脂層時，水中的鈣（Ca 2 ）、鎂（Mg 2 ）離子被樹脂交換吸附，同時等物質量釋

放出鈉（Na ）離子。從軟水器內(nèi)流出的水就是去掉了硬度離子的軟化水。

當樹脂吸收一定量的鈣（Ca2 ）、鎂（Mg2 ）離子之后，就必須進行再生，再生過

程就是用鹽箱中的食鹽水沖洗樹脂層，把樹脂上的硬度離子再置換出來，隨再生廢液排

出罐外，樹脂就又恢復了軟化交換的能力。

鈉型樹脂的交換反應如下：

2RNa Ca（HCO3）2→R2Ca 2NaHCO 3

2RNa Mg（HCO3）2→R2Mg 2NaHCO 3

2RNa CaSO4→R2Ca Na2SO 4

2RNa CaSO4→R2Mg 2NaCl

技術參數(shù)：

工作壓力: 0.6MPa

工作溫度: 5-50℃

填料高度: 裝填高度 1200mm

結構形式：

連續(xù)運行時間：

系統(tǒng)的連續(xù)運行時間通過軟水器的累積流量來控制。

再生周期：

再生周期的設定根據(jù)原水的硬度進行計算得出。

正洗流量：

正洗流量為正常過濾時流量。

正洗時間：

正洗時間的設定滿足出水中不含有殘留的再生溶液為準，在理論計算值上，適當延

長，確保系統(tǒng)產(chǎn)水中不含有殘留的再生溶液。 5

技術要求：

a、床型：無頂壓逆流再生固定床。

b、樹脂采用知名品牌樹脂，規(guī)格為鈉型陽離子交換樹脂。

2.1.6 保安過濾器

在本系統(tǒng)中，精密過濾器是去除懸浮物的最后保障，如懸浮物濃度過高，容易堵塞

反滲透膜，由于反滲透膜的厚度約為 10 微米左右，如懸浮物的粒徑過大，在懸浮物高

速經(jīng)過膜表面時，極易劃傷反滲透膜表面的脫鹽表皮層。因此必須保證沒有大顆粒的懸

浮物進入反滲透膜。本工程采用的微孔膜過濾，其過濾機理是機械攔截，也就是說能保

證攔截大于標稱過濾精度粒徑的懸浮物，從而能保護反滲透膜不被大顆粒的懸浮物傷

害，同時也降低了反滲透膜被堵塞的可能性，因此該過濾器又被稱為保安過濾器。根據(jù)

反滲透膜生產(chǎn)廠家的測定，采用過濾精度為 10/1μm 的精密過濾器，就能保證反滲透膜

不被大顆粒的懸浮物傷害。

反滲透裝置配置 1 臺通過能力為 4m3/h 的 5μm 保安過濾器，以防止大顆粒物進入

高壓泵及反滲透膜。保安過濾器的外殼采用不銹鋼，內(nèi)裝精度 5μm 的濾芯。在正常工

作情況下，濾芯為 1 個月左右的使用壽命，當大于設定的壓差（通常為 0.07-0.1MPa）

時應當更換。

2.1.7 過濾水箱

過濾水箱的作用主要是保證反滲透系統(tǒng)的供水穩(wěn)定，同時在預處理系統(tǒng)進行反洗操

作和再生時可以保證反滲透系統(tǒng)不停機，對預處理也起到了保護作用。該水箱水滿，通

過該水箱的液位控制使預處理系統(tǒng)系統(tǒng)停止。該水箱空時，通過該水箱的液位控制使 RO

系統(tǒng)停止，保護高壓泵。

2.2 純水處理

2.2.1 高壓泵

高壓泵是反滲透設備的主要動力設備，高壓泵應設置過熱保護，泵前設有低液位保

護，泵后設有高壓保護開關。當高壓泵前低液位時，高壓泵停運，以保護高壓泵，當高

壓泵出口壓力高于設定值后，高壓泵停運，以保護反滲透膜。

2.2.2 反滲透裝置

反滲透裝置是用足夠的壓力使溶液中的溶劑（一般是水）通過反滲透膜（或稱半透

膜）而分離出來，因為這個過程和自然滲透的方向相反，因此稱為反滲透。經(jīng)過反滲透

處理，使水中雜質的含量降低，提高水質的純度，其脫鹽率可達到 98%以上，并能將水

中的細菌，膠體及大分子量的有機物去除。

在本項目中，RO 裝置由 1、2 級高壓泵及出力 2.3m3/h 的 2 級 RO 膜組件組成?？紤]

到設備的節(jié)能、運行壓力、膜的透過率、膜的脫鹽率、出水的含鹽量等因素，我公司推

薦美國海德能公司生產(chǎn)的高脫鹽率、大通量、超低壓、低能耗高級合成膜 —ESPA-4040型反滲

透膜。

與傳統(tǒng)的 RO 膜比較具有特強較高二氧化硅脫鹽率等特性，

單根膜脫鹽率達 99.5%，二氧化硅脫除率在 99％以上，高于普通 RO 膜 95％二氧化硅脫

除率。當系統(tǒng)設計溫度為 25 。 C 時，考慮到原水水質變化以及膜的使用壽命等因素，本

系統(tǒng)采用 4 英寸的復合 RO 膜，安裝在 4080 型不銹鋼壓力容器(2 芯裝)內(nèi)。一級 RO 膜數(shù)

量：12 支，成 3:2:1 排列，產(chǎn)水量：3.0m 3 /h，回收率：65%，脫鹽率：98%；二級 RO 膜

數(shù)量：8 支，成 2:1:1 排列，產(chǎn)水量：2.3m 3 /h，回收率：75%，脫鹽率：90%。 6

在 RO 裝置停運時，用產(chǎn)品水自動沖洗、擠排膜和不銹鋼管道中的高 TDS 殘水，使

停運膜完全浸泡在淡水中，可以防止膜的自然滲透造成的膜損傷，去污除垢，使裝置和

RO 膜得到有效保養(yǎng)。

反滲透膜脫鹽系統(tǒng)須配置一套化學清洗系統(tǒng)。主要用途是在反滲透膜面被污染時，

用來對反滲透系統(tǒng)進行化學清洗的，同時在正常運轉時，用來進行沖洗，將膜表面的一

些沉積物沖掉，并使被壓密實的膜恢復，恢復膜的性能，提高產(chǎn)水量，并能延長膜的壽

命。RO 裝置的化學清洗裝置由一個清洗藥箱、清洗泵、5u 保安過濾器及連接管閥件組

成，當膜組件受污染時,可以用它進行 RO 系統(tǒng)的化學清洗。

①反滲透膜在使用過程中，由于各種因素的影響，不可避免地會有結垢現(xiàn)象或受污

染，只不過是程度不同而已。清洗系統(tǒng)的功能就是當反滲透膜出現(xiàn)結垢現(xiàn)象或受污染而

導致性能下降，就必須根據(jù)情況采用相應化學藥品進行清洗處理。

清洗時，是將藥液不斷地送入容器內(nèi)，對反滲透膜進行清洗，清洗后的清洗液又回

到清洗水箱，不斷循環(huán)，為了防止被清洗下來的以懸浮物形式存在的物質在循環(huán)時損傷

反滲透膜，因此增加一臺清洗保安過濾器，保護反滲透膜不被損傷。

②反滲透膜在使用過程中，由于各種因素的影響，不可避免地會有膜表面沉積的現(xiàn)象，

只不過是程度不同而已。同時，由于反滲透膜在正常工作時是處在高壓狀態(tài)下，膜會被壓

縮形變。如果長期這樣，就會產(chǎn)生塑性形變，即膜被壓密實，且不能恢復，導致膜的性能

下降，清洗系統(tǒng)的功能就是定時對反滲透膜進行低壓沖洗，將膜表面的沉積沖走，同時充

分利用時間，讓被壓縮的膜恢復，延長膜的使用期限，并且在系統(tǒng)長時間停止運行時，向

系統(tǒng)內(nèi)輸送保護液。

2.2.3PH 值調(diào)節(jié)裝置

通過調(diào)節(jié) 2 級 RO 系統(tǒng)進水的 PH 值來使 2 級 RO 的產(chǎn)水符合 EDI 進水中的 CO 2 含量的

進水指標。

2.2.4 純水箱

2 級 RO 純水首先流入該水箱。該水箱對 EDI 系統(tǒng)的供水起到緩沖作用，協(xié)調(diào) 2 級

RO 純水的供給量與純水泵的輸入量。當 2 級 RO 純水的供應量超過純水泵的輸水量時，

該水箱水滿，通過該水箱的液位元控制使 2 級 RO 系統(tǒng)停止。當 2 級 RO 純水供應量小于

純水泵的輸水量時，該水箱空，純水泵停止運行，起到保護純水泵的作用。

2.3 后級精處理設備

2.3.1 純水泵

純水泵的作用是將合格的 2 級 RO 水輸送至 EDI 系統(tǒng)。

本系統(tǒng)配置 2 臺純水泵，1 開 1 備。

2.3.2 紫外線殺菌器

紫外線殺菌器的作用是殺死純水中的細菌和微生物,防止細菌污染。

本系統(tǒng)配置 1 臺 UV-2.2T 型紫外線殺菌器，內(nèi)置進口紫外線燈管，波長 254nmUV 使

用壽命可達 9000 個小時，殺菌效果達 99.9%。

2.3.30.45μm 膜濾器

采用 0.45μm 微孔折疊膜濾芯過濾，以去除 RO 純水中可能存在的細小微粒。

本系統(tǒng)配置 1 臺 MF-2.3T-045 型微孔膜濾器，SUS304 外殼，出力 2.3T/H。

2.3.4 全自動電離子再生除鹽器 EDI-2T

采用西門子 Ionpure 膜堆和各種進口儀表組裝而成，進一步對 RO 純水（電導率小

于 5μs/cm）進行脫鹽處理。它具有技術先進、操作簡便和良好的環(huán)保特性，無需酸堿

而能連續(xù)制取高品質純水，出水電阻率穩(wěn)定在 15MΩ.cm 以上。

本系統(tǒng)由 1 只 IP-LXM-18Z 型 EDI 膜堆和 1 臺電源型號為 450VDC/6A 的高頻開關電 7

源組成，整機設有缺水保護和漏電保護，安全可靠，產(chǎn)水量 2T/H。

三、 儀表與控制系統(tǒng)

1 系統(tǒng)控制

1.1 概述

該脫鹽水系統(tǒng)采用自動化程控的運行方式，幷可由值班人員進行現(xiàn)場操作。采用德

國西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器（PLC）構成監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 控制系統(tǒng)的功能

本控制系統(tǒng)的功能,根據(jù)系統(tǒng)控制方式可分為兩大類:

第一類是系統(tǒng)的連鎖控制

本控制系統(tǒng)中,程序的任務主要是實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖控制。

第二類是系統(tǒng)參數(shù)的采集及數(shù)據(jù)處理功能

這一功能由 PLC 控制。

本系統(tǒng)中的各運行參數(shù)及分析參數(shù)，通過各線上儀表發(fā)出的 4-20mA 的過程信號，

傳輸?shù)?PLC 中；PLC 的 A/D 轉換功能，把現(xiàn)場模擬信號，轉換成數(shù)字量信號。

1.3 系統(tǒng)的自診斷功能

系統(tǒng)的自診斷功能是在 PLC 的診斷功能和 PC 機的系統(tǒng)診斷開發(fā)功能的基礎上，結

合賣方的經(jīng)驗實現(xiàn)的，系統(tǒng)的自診斷功能提供系統(tǒng)的故障信息和維修指導，以及系統(tǒng)易

耗件失效更換的報警，對于系統(tǒng)的維護及維修起了重要的輔助作用。

2 主要控制回路

2.1 阻垢劑加藥量控制

化學反應裝置中阻垢劑配比藥投加量控制是通過對應介質流量按比值控制計量泵

流量控制。

2.2PH 值調(diào)節(jié)劑投加量控制

化學反應裝置中 PH 值調(diào)節(jié)劑投加量控制是通過 PH 值的監(jiān)測按比值控制計量泵流

量。

2.3 反滲透系統(tǒng)(RO)控制

RO 系統(tǒng)除程控外還設置一塊就地儀表盤和一塊就地操作盤，在就地盤上可讀出 RO

的有關工藝參數(shù)，以及能在就地操作盤上啟、停 RO 進水高壓泵及相關的自動閥門。用

檢測到的工藝參數(shù)回饋控制 RO 系統(tǒng)沖洗及化學清洗。

2.4 高壓泵的保護系統(tǒng)

RO 裝置的高壓泵進出口裝有低壓和高壓保護開關。當供水量不足使高壓泵入口的水

壓低于某一設定值（正常為 0.1Mpa）, 會自動發(fā)出信號停止高壓泵運行, 保護高壓泵不

在空轉情況下工作。 當系統(tǒng)因其它的原因或誤操作，使高壓泵的出口壓力超過某設定

值時， 高壓泵出口壓力保護會自動切斷高壓泵供電，保護系統(tǒng)設備不受損害。

2.5RO 啟停保護

當 RO 投入運行時,為了防止高壓泵突然啟動升壓，產(chǎn)生對 RO 膜組件的高壓沖擊破

壞反滲透膜，在 RO 裝置的高壓泵出口至 RO 膜組件間設置一個慢開閥門，使膜組件逐漸

升壓至一定的壓力。在 RO 停止使用時，打開濃水端排放閥，用 RO 產(chǎn)品水對 RO 膜組件

自動沖洗 2-3min 左右，以避免濃水中的高濃度鹽類在 RO 膜表面沉積結垢而影響膜的性

能，然后自動停止沖洗。

2.6EDI 電再生除鹽系統(tǒng)的控制

EDI 電再生除鹽系統(tǒng)除程控外還設置一塊就地儀表盤和一塊就地操作盤，在就地儀

表盤上可讀出過濾系統(tǒng)的有關工藝參數(shù)，在就地操作盤上啟、停淡水泵和高頻開關電源。 8

用檢測到的工藝參數(shù)回饋控制 EDI 系統(tǒng)運行。

2.7EDI 系統(tǒng)啟停保護

EDI 膜堆的濃水出口裝有一個流量開關，當使用中的 EDI 濃水流量低于最小設定值

或純水箱出現(xiàn)低水位時，高頻開關電源會立即停止工作，同時系統(tǒng)發(fā)出聲光報警幷停止

運行。當使用點開啟時，純水泵首先啟動，然后高頻開關電源啟動；當使用點關閉時，

高頻開關電源首先停止運行，然后純水泵停止運行。當使用中的 EDI 出水電阻率小于 15M

Ω cm 時，EDI 系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警。