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技术问答
一用一备软水器在工业水处理中的应用

预处理系统

  工业水处理包括多道工序,通常把电渗析、反渗透、离子交换等处理工艺做为主要工序,为了保证这些主要工序能安全、高效、经济地运行,需要将原水处理到这些水处理装置所允许的进水水质指标。工程中,我们常把进入主要工序前的水质净化、预软化或水质调整,称为水质预处理,简称预处理。预处理的主要对象是机械杂质、胶体、二氧化硅、微生物、有机物和余氯等对后续处理装置产生不利影响的物质。预处理的好坏直接影响电渗析、反渗透、离子交换等主要处理工艺的技术经济效果和长期安全运行,它是工业给水处理中非常重要的一环。在本方案以下文中所用“进水”一词,均系指符合后续水处理装置水质要求的进水,同时还考虑到经预处理后所导致的水质及其组分的变化和由此带来的影响。

  本方案设计预处理系统由加药装置、供水泵、活性炭过滤器等设备组成。根据给排水设计相关要求,本系统要求总进水量为50.0m3/h。为了解决使反渗透膜特别敏感的悬浮物、胶体污染,保证反渗透进水浊度≤1.0NTU,采用一台Φ2600mm的机械过滤器,流速控制在8-10m/h左右,此设备正常出力:48.0m3/h,可有效除去水中大部分悬浮物、胶体和颗粒状机械杂质,保证RO系统进水的污染指数(SDI)≤4。正常情况下,当进出口压差达到一定值时或SDI大于4时,说明滤料受污染,须停止设备运行并对其进行反冲洗。本设备在设计上反冲洗时采用气水擦洗的方法进行反冲洗,气源采用外部的压缩空气。反冲洗可有效的排除滤层中的沉渣、悬浮物等,并防止滤料板结,使其充分恢复截污能力。采用一台Φ2600mm的活性炭过滤器,流速控制在8-10m/h左右,此设备正常出力:48.0m3/h,可以有效吸附自来水中的有机物、余Cl2和有害物质,降低COD含量,防止余氯对复合膜的氧化。

  阻垢剂加药单元的作用是在预处理后的原水进入反渗透之前,加入高效率的专用阻垢剂,以防止反渗透浓水侧产生结垢。反渗透的工作过程是原水在膜的一侧从一端流向另一端,水分子透过膜表面,从原水侧到达另一侧,而无机盐离子则被截留在原来的一侧。随着原水的流程逐渐增长,水分子不断从原水中取走,留在原水中的含盐量逐步增大,即原水逐步得到浓缩,而最终成为浓水,从装置中排出。浓水受浓缩后各种离子浓度将成倍增加。自然水源中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-、SiO2等倾向于产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数,所以不会有结垢出现,但经浓缩后,各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数,因此会产生严重的结垢。判断水结垢的标准是:

  a)对于碳酸盐垢以朗格利尔指数(LSI)为基准:当LSIO时结垢;

  b)对于硫酸盐垢,是以饱和指数来确定的,水中阳阴离子的浓度积与饱和平衡常数的比值即为饱和指数。

  当饱和指数小于1时不结垢,反之就会出现结垢。

  本系统设计采用的阻垢剂,加药量约3-4mg/L。它可以提高水中的难溶盐的饱和度,能有效防止反渗透浓水侧产生结垢。该部分有专用加药箱和进口电磁隔膜计量泵及连接管道组成。其中加药箱采用进口PE原料,滚塑一次成型。内外光滑,不渗漏,不生青苔、不结垢、桶内宜清洗,具有良好的卫生性和耐腐蚀性。

  反渗透脱盐系统

  过滤精度为5μm保安过滤器设置此处的主要目的是截留膜前水中的颗粒、胶体、悬浮物,以防止大颗粒物进入反渗透膜并影响膜的使用性能。保安过滤器的外壳采用不锈钢,内装精度5μm的滤芯。在正常工作情况下,滤芯可维持3~6个月左右的使用寿命(因原水水质而异),当大于设定的压差(通常为0.2MPa)时应当更换。本系统选用Φ400mm的保安过滤器一台。

  反渗透是60年代发展起来的一项新的膜分离技术,是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。 要了解反渗透法除盐原理,先要了解“渗透”的概念。渗透是一 种物理现象,当两种含有不同浓度盐类的水,如用一张半渗透性的薄 膜分开就会发现,含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中,而所含的盐分并不渗透,这样,逐渐把两边的含盐浓度融和到均等为止。然而要完成这一过程需要很长时间,这个过程也称为自然渗透。但如果在含盐量高的水侧,试加一个压力,其结果也可以使上述渗透停止,这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大,可以使水 向相反方向渗透,而盐分剩下。由此,反渗透除盐原理,就是在有盐分的水中(如原水),施以比自然渗透压力更大的压力,使渗透向相反方向进行,把原水中的水分子压到膜的另一边,变成洁净的水,从而达到除去水中盐分的目的,这就是反渗透除盐原理。

  反渗透膜组件是目前水处理领域中最主要的脱盐装置。反渗透膜的孔径非常小,一般在0.2-1.0nm;而水中的各种离子的直径约为几纳米,病毒、细菌的直径为几十至几万纳米。因此反渗透膜能有效去除水中的无机盐、细菌、病毒、色素、热源、离子及农药、化肥、清洁剂、胶体物质等污染物。所以反渗透系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐份、胶体、有机物及微生物。

  反渗透装置中反渗透主体设备采用美国陶氏化学公司原装进口的BW30-400-FR系列低压抗污染芳香族聚酰胺复合膜,该膜元件是陶氏化学公司采用专利技术进行了化学及物理改性,提高在高微生物污堵条件下的性能,不仅在产水量方面,而且在可清洗性方面,均具有了卓越的高效率。该组件由三层薄膜复合,表面层为芳香聚酰胺材质,厚度为200埃,并由一层微孔聚砜层支撑,可承受高压力,对机械张力及化学侵蚀具有较好抵抗性,该组件具有较大的膜面积,较大的产水量,对NaCl、CaCl2、MgCl2具有99.5%的稳定脱盐率。

  本方案中,经预处理后合格的水进入置于压力容器内的膜组件,水分子和极少量的小分子量有机物通过膜层,经收集管道集中后,通往产水管再注入水箱。反之不能通过的就经由另一组收集管道集中后通往浓水排放管,排出系统之外。系统的进水、产水和浓水管道上都装有一系列的控制阀门、监测仪表及程控操作系统,它们将保证设备能长期保质、保量的系统化运行。

  每套反渗透系统采用15支BW30-400-FR膜元件,装在5根Ф220×3000mm压力容器中,压力容器采用3-2排列,在25℃时的工作压力为1.55Mpa 产水量为15.0m3/h,回收率为75%,脱盐率≥97%。

  高压泵是反渗透装置的动力源,为使反渗透装置处于良好的运行状况下,高压泵进出口设置压力开关;当高压泵进口压力低于限定值(缺水P≤0.05Mpa)或高压泵出口压力高于限定值时,则压力开关将讯号送至PLC程控系统并报警,高压泵自动停止运行,从而确保反渗透系统运行的安全。

  GMP二级反渗透深度脱盐系统

  二级反渗透系统采用3支BW30-400膜元件,装在1根Ф220×3000压力容器中,在25℃时的工作压力为1.55Mpa 产水量为3.0m3/h,回收率为75%,脱盐率≥97%。

  紫外线杀菌系统

  紫外线杀菌器以不锈钢卫生级材质内外抛光,增加高反射和光滑面之紫外线杀菌器,提供254波长以及3000uwSecs/cm2以上之强度即可杀死99.9%细菌,它采用高效率内照式,并采用高穿透率石英管,提高杀菌效果. 利用紫外线的特有性质把水中的细菌、病毒、酵母、霉菌及藻类、生物杀死,由于不需添加任何化学药品及不需加热或冷却,就能达到消毒效果,故目前已广泛用于制药、化妆品等对水质要求较高的行业。经紫外线杀菌器杀菌消毒后的水通过0.22微米的微孔过滤器,以截留被紫外线杀菌器杀死细菌尸体等物质,确保用水点的安全。

  钠离子交换器软化水系统

  钠离子交换器软化水系统包括:软化床及再生装置等设备组成。

  系统配置二台直径为Ф1200㎜软化床(一开一备),软化床材质为碳钢衬胶,软化床树脂装填高度为1200mm

  离子交换软化水设备指采用离子交换剂,使交换剂中和水溶液中可交换离子产生符合等物质的量规则的可逆性交换,导致水质改善而交换剂的结构并不发生实质性(化学的)变化的水处理方式。在这种水处理方式中,只有阳离子参与交换反应的,称阳离子交换水处理;只有阴离子参与交换反应的,称阴离子交换水处理;既有阳离子又有阴离子参与交换反应的,称阳、阴离子交换水处理。由于原水的水质千差万别,而对出水水质的要求又多种多样,所以有许多种类型的离子交换及某组合的水处理方法,采用这些水处理方法而使原水软化、除碱和除盐。离子交换剂中参与交换反应的离子是钠离子Na+时,此方法称为钠(Na)型离子交换法,此交换剂称为钠(Na)型阳离子交换剂。

  钠型离子交换法是工业锅炉给水最通用的一种水处理方法。当原水经过钠型离子交换剂时,水中的Ca2+、Mg2+等阳离子与交换剂中的Na+进行交换,降低了水的硬度,使水质得到软化,故这种方法又称为钠离子交换软化法。

  (1)交换过程

  碳酸盐硬度(暂硬)软化过程:

  Ca(HCO3)2 + 2NaR——CaR2 + 2NaHCO3

  Mg(HCO3)2 + 2NaR——MgR2 + 2NaHCO3

  非碳酸盐硬度(永硬)软化过程:

  CaSO4 + 2NaR——CaR2 + Na2SO4

  CaCl2 + 2NaR——CaR2 + 2NaCl

  MgSO4 + 2NaR——MgR2 + Na2SO4

  MgCl2 + 2NaR——MgR2 + 2NaCl

  也可以用综合上述反应式的离子式表示:

  Ca2+ + 2NaR——CaR2 + 2Na+

  Mg2+ + 2NaR——MgR2 + 2Na+

  (2)再生过程

  在钠离子交换过程中,当软水出现了硬度,且残留硬度超过水质标准规定时,则认为钠离子交换剂已经失效。为了恢复其交换能力,就需要对交换剂进行再生(或还原)。再生过程是使含有大量钠离子的氯化钠(NaCl)溶液通过失效的交换剂层恢复其交换能力的过程。此时,钠离子又被离子交换剂所吸着,而交换剂中的钙、镁离子被置换到溶液中去。钠型离子交换剂的再生过程可用如下反应式表示:

  CaR2 + 2NaCl——2NaR + CaCl2

  MgR2 + 2NaCl——2NaR + MgCl2

  生产中多采用食盐(NaCl)溶液作为再生剂。因为食盐比较容易得到,而且再生过程中所形成的产物(CaCl2、MgCl2)是可溶性盐类,很容易随再生液排出去。再生用食盐,大都采用工业用盐,其中杂质含量不宜过多,食盐溶液需澄清过滤后使用。通常认为,10%食盐溶液的硬度不应超过40mmol/L,悬浮物不应大于2%。离子交换剂再生时,一般要用经过澄清的8~10%的盐溶液。总的再生接触时间随离子交换树脂交联度的不同而变化,对于一般交联度7%左右的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂,再生剂和树脂总的接触时间最低应保证45min以上。

  化学清洗系统

  无论预处理过程多么完善,在长期运行过程中,反渗透膜元件表面总会沉积水中存在的各种污染物。从而使装置的性能(产水量和脱盐率)下降,组件进出口压差升高。为此,除日常启停装置前对反渗透膜元件进行低压冲洗外,还需进行定期化学清洗,有时还需进行无菌处理。

  本系统配置一套化学清洗装置,当反渗透膜元件受到给水污染、系统性能指标下降到一定程度时可对反渗透装置进行化学清洗,以恢复其应有的优良脱盐、产水性能。其工艺流程如下:

  清洗水箱─→清洗泵─→保安过滤器─→反渗透装置

  ↑       ↓

  └─────────────────┘

  控制系统

  系统采用可编程控制器时序控制,控制过程可以根据现场条件进行重新调整。并配有过流、过载、过压、欠压、缺相自动保护及声光报警功能。

  反渗透装置带有就地仪表盘,在此盘上可读出反渗透运行的有关工艺参数。整个系统设置PLC机,能实现自动和手动操作整个系统的功能。

  反渗透配置一套由PLC控制的自动运行系统,系统每当开机前、停运后或每隔一定周期可自动定时对一级反渗透膜元件进行低压表面冲洗,将反渗透膜元件内尚存的浓水冲洗掉,防止浓水沉积引起反渗透膜表面结垢。从而有力地保障了反渗透膜地生产性能,延长了反渗透膜地使用寿命。

  高压泵进口设置低压保护,出口设置高压保护,当高压泵进口压力低于限定值或出口压力高于限定值时,则压力控制器送信号至高压泵开关,高压泵自动停止运行,从而从动力方面确保反渗透系统的安全性。

  系统设计技术要求:

  工艺系统

  4.1.1 机械过滤器

  1) 每台设备的接管装有国产优质手动阀门。

  2) 进出管设压力表,设备本体设有窥视孔一个。

  3) 设备制作要求:

  a) 设备衬胶完整无针孔,衬胶层为一层3mm衬里,并延伸至外部法兰结合面,所采用的胶板为半硬质橡胶,且整个衬胶设备采用蒸汽硫化。

  b) 所有内部管道采用法兰与本体连接,并考虑到检修和部件更换的便利,内部部件的材质均附合规定的要求,紧固件等同内部管件材质相当。

  c) 内部部件固定并加固,能承受水流的冲击。

  d) 设备窥视镜的材料采用透明的,耐腐蚀的有机玻璃,厚度能承受容器的设计压力 和试验时的试验压力,镜的内表面与容器的内表面平齐。

  e) 容器的人孔能保证检修人员的进出和更换部件的进出,人孔和人孔盖的内表面与容器的内表面平齐, 人孔配有人孔盖、垫圈、螺栓、螺母等全套部件。

  f) 设备内部进水、进气和集水、集气装置的布水、布气均匀。

  g)所有容器内部装置、管件、部件等在发货前在容器内安装固定好,防止遗漏零件以及在运输过程中的损坏或丢失。

  h) 所有设备外部除特殊需要外,不采用塑料材质,且材质与设备防腐等级相当。

  i) 设备设置有支脚。

  活性炭过滤器

  1) 每台设备的接管装有国产优质手动阀门。

  2) 进出管设压力表,设备本体设有窥视孔一个。

  3) 设备制作要求:

  a) 设备衬胶完整无针孔,衬胶层为一层3mm衬里,并延伸至外部法兰结合面,所采用的胶板为半硬质橡胶,且整个衬胶设备采用蒸汽硫化。

  b) 所有内部管道采用法兰与本体连接,并考虑到检修和部件更换的便利,内部部件的材质均附合规定的要求,紧固件等同内部管件材质相当。

  c) 内部部件固定并加固,能承受水流的冲击。

  d) 设备窥视镜的材料采用透明的,耐腐蚀的有机玻璃,厚度能承受容器的设计压力 和试验时的试验压力,镜的内表面与容器的内表面平齐。

  e) 容器的人孔能保证检修人员的进出和更换部件的进出,人孔和人孔盖的内表面与容器的内表面平齐, 人孔配有人孔盖、垫圈、螺栓、螺母等全套部件。

  f) 设备内部进水、进气和集水、集气装置的布水、布气均匀。

  g)所有容器内部装置、管件、部件等在发货前在容器内安装固定好,防止遗漏零件以及在运输过程中的损坏或丢失。

  h) 所有设备外部除特殊需要外,不采用塑料材质,且材质与设备防腐等级相当。

  i) 设备设置有支脚。

  保安过滤器

  1) 保安过滤器的结构满足快速更换滤元的要求。

  2) 进入保安过滤器的水管上设排放阀。3) 保安过滤器运行流速不大于10m3/m2.h(以滤芯表面积计)。

  4) 保安过滤器的滤元过滤精度为5u。

  5) 保安过滤器设备本体为SUS304不锈钢。

  6) 保安过滤器顶部设有排气阀。

  高压泵

  1) 高压泵进口装压力开关, 压力低时报警及停泵。

  2) 高压泵采用变频控制,以防膜组件受高压水的冲击;并设压力开关用于延时压力高时报警及停泵。

  3) 高压泵的材料均采用不锈钢。

  4) 高压泵的密封方式考虑了防腐。

  RO装置

  1) RO膜元件的设计通量,不大于相应膜元件制造厂商<<导则>>规定的最大通量值。

  2) RO装置的给水加药种类及加药点, 化学清洗装置的选择是根据所选用反渗透装置膜组件的特性确定的。

  3) RO 装置各段给水及浓水进出水总管上设有接口, 以便清洗时与清洗液进出管相连。

  4) RO 装置浓水排放装设流量控制阀,以控制水的回收率。

  5) RO装置设有程序启停装置, 停用后能延时自动冲洗。

  6) RO装置产品水管设取样点,取样点的数量及位置能有效地诊断并确定系统的缺陷。

  7) RO膜组件安装在组合架上,组合架上配备全部管道及接头,还包括所有的支架、紧固件、夹具等其它附件。

  8) RO附件(管接头和阀门)和RO装置各段工作压力等及相匹配。

  9) RO装置进水管采用侧位进水。

  10) RO组合架的设计满足厂址的抗震烈度要求。

  清洗系统

  1) 清洗系统包括清洗箱、清洗泵、保安过滤器及和RO装置连接的可拆卸管道、便于拆卸的密封接头等。

  2) 清洗系统的材质和防腐涂层能适用于所有的清洗液。

  系统管道

  1) 整个系统的管道设计避免死角,以防止生长细菌,并设有冲洗系统。

  2) 过滤器出水的给水管道防腐,低压部分的管道采用钢管衬塑或UPVC,高压部分的管道采用相应介质耐腐蚀的不锈钢。

  3) 法兰采用相应压力等级标准的平焊凸面结构形式。

  4) RO膜组件给水系统布水考虑了均匀性。

  水泵

  所有水泵、计量泵的防腐性能满足其所用水质的要求。

  系统仪表的设置

  流量表

  1) RO产品水,浓水排水装设管式流量计。

  2) 活性炭过滤器进水管装设管式流量计。

  压力表

  1) 保安过滤器、活性炭过滤器进出口管道上装设压力表。

  2) RO装置各段进口及浓水出口装设压力指示表。

  3) 各水泵出口设置压力表。

  液位计

  1) 各类水箱设置液位计。

  2) 各类溶液箱设置液位开关。4.2.4 化学仪表

  1) RO给水母管装设电导表。

  2) RO产品水装设电导表。

  一、设备规范:

  1.原水泵

  型式 :卧式离心泵

  型号 TD40-36/2

  数量 3台(两开一备)

  运行工况

  流量 25m3/h

  扬程 36m

  转速 2900r/min

  电机功率 5.5KW/380V

  材质 SUS304

  制造商 :莱特莱德环境工程有限公司

  2.加药装置 絮凝剂、阻垢剂、调PH值

  计量箱

  数量 3只

  容积 120L

  材质 PE

  附件

  计量泵

  型号 ACS601

  数量 3台

  规范

  :Q=3.8L/h; P=0.76MPa

  附件 :注药阀、多功能阀、底阀、加药软管

  数量 1套/台

  制造商 :意大利进口

  3.机械过滤器

  型式 :立式圆筒

  型号 LQHL-026

  数量 1台

  设备出力 50.0m3/h/台

  运行流速 8-10m/h

  设备直径 Ф2600mm

  罐体材质 SUS304不锈钢

  防腐材料 :内面衬胶防腐,衬胶厚度3mm

  滤料 :精白石英砂

  过滤器直径 1200mm

  筒体高度 2000mm

  筒体厚度 6mm

  封头厚度 8mm

  设计压力 0.6 Mpa

  试验压力 0.75 Mpa

  设计温度 0~50℃

  水反洗流速 20m/h

  运行压差(设备进出口) :0.02-0.05 Mpa

  内部装置

  进水配水装置 :布水器

  材料 ABS

  出水集水装置 :布水器

  材料 SUS304

  外部装置

  设备人孔数量 2套/台

  直径 450mm

  附件

  控制方式 :手动

  本体控制阀门 :蝶阀

  进水阀 1台/台 DN100  SUS304蝶阀

  出水阀 1台/台 DN100  SUS304蝶阀

  排气阀 1台/台 DN40  SUS304蝶阀

  反洗阀 1台/台 DN100  SUS304蝶阀

  反排阀 1台/台 DN100  SUS304蝶阀

  正排阀 1台/台 DN100  SUS304蝶阀

  管道 DN100

  压力表 2只/台

  流量计 1只/台

  制造商

  4.活性炭过滤器

  型式 :立式圆筒

  型号 LQHL-026

  数量 1台

  设备出力 50.0m3/h/台

  运行流速 8-10m/h

  设备直径 Ф2600mm

  罐体材质 SUS304不锈钢

  防腐材料 :内面衬胶防腐,衬胶厚度3mm

  滤料 :果壳活性炭

  活性炭过滤器直径 1200mm

  筒体高度 2000mm

  筒体厚度:8mm

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