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20吨/时二级反渗透+EDI超纯水设备系统方案

青海聚阳能硅业股份有限公司20吨每小时超纯水设备系统技术方案采用预处理+二级反渗透+EDI+精混床除盐工艺。青海聚阳能硅业股份有限公司，注册资本20000万元，总投资10亿人民币。我公司为了充分发挥青海省优势资源，发展太阳能光伏产业，在青海省西宁经济技术开发区东川工业园区建设了年产量单晶硅3500吨项目。改项目占地面积76650平方米（折合约为115亩），总建筑面积72000平方米。公司成产经营太阳能单晶硅片、太阳能单晶硅棒、太阳能电池、太阳能应用产品的研发、制造、加工及销售的*光伏企业。

20吨/时二级反渗透+EDI超纯水设备系统满足青海聚阳能硅业股份有限公司生产过程所需超纯水。

1、20吨/时二级反渗透+EDI超纯水设备系统设计依据

1.1原水：自来水

1.2产水用途：生产用水

1.3产水量：20 m3/h

1.4出水水质：电阻率≥18 MΩ.cm

1.5出水水温：常温

2、工艺流程示意图

3、工艺流程说明

3.1 系统组成

3.2 系统布局

预处理部分、二级反渗透部分、EDI部分、18M供水部分集中放置在*水站。为保证高纯水的水质和水量，将整个水处理系统置于PLC控制下运行，并适时监控。

3.3 控制系统结构

控制系统采用分散控制，集中监视的控制系统。操作站选用PLC控制器控制，组成一个高可靠性的自动运行和监视控制的控制系统。       

3.4工艺流程简图

原水箱→原水泵→机械滤器→活性碳滤器→阻垢加药装置→保安过滤器→一级高压泵→一级反渗透装置→PH调节装置→二级高压泵→二级反渗透装置→纯水箱→纯水泵→UV装置→精密滤器→EDI设备→超纯水箱→变频水泵→除TOC装置→精混床→精密滤器→用水点

4.0 工艺说明

4.1  预处理部分  目的：为反渗透装置提供合格的进水。

4.1.1原水预处理的目的和组成

A.反渗透设备系统进水要求：

（1）污染指数：          SDI≤4；

（2）余氯：              <0.1 ppm

（3）浊度                <1NTU

（4）供水Fe3+             ≤0.01ppm。

（5）供水水温适宜范围    10～30℃。

（6）碳酸钙饱和指数      LSI：<0

B.预处理系统就是通过过滤、吸附等方法使反渗透进水达到以上要求，以实现以下目的：

（1）防止反渗透装置膜面结垢（包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、铁铝氧化 物等）；

（2）防止胶体物质及悬浮固体微粒对反渗透的污堵；

（3）防止有机物质的对反渗透的污堵和降解；

（4）防止微生物对反渗透的污堵；

（5）防止氧化性物质对反渗透膜的氧化破坏；

C.预处理系统的组成：包括机械滤器、活性炭滤器。

4.1.2机械滤器  机械滤器中的滤料包括多种规格的石英砂，用于除去原水中的悬浮物及及脱稳后的胶体,以使出水的污染指数SDI<4达到RO进水要求。

4.1.3活性炭滤器  活性炭被广泛应用于生活用水及食品工业、化工等工业用水的净化，由于活性炭的比表面积很大，其表面又布满了平均为20—30埃的微孔，因此，活性炭具有很高的吸附能力。此外，活性炭的表面有大量的羟基和羧基等官能团，可以对各种性质的有机物质进行化学吸附，以及静电引力作用，因此，活性炭还能去除水中对阴离子交换剂有害的腐殖酸、富维酸、木质磺酸等有机物质，还可去除象余氯一类对阴离子交换剂有害物质，从而提高了除盐水处理能力，防止树脂被氧化。通常能够去除63%—86%胶印体物质，50%左右的铁，以及47—60%的有机物质。

4.1.4阻垢加药装置  自来水中含有一部分钙、镁离子等容易结垢性的物质，此类离子在水中的溶解性相对比较小，而反渗透部分对离子的拦截比较充分，必然会加大浓水侧离子的浓度；从而导致影响整个反渗透膜的进水通道。阻垢剂是一种增大难溶解性离子溶解度的一种化学药品，通常对钙、镁离子的溶解度能增加3倍左右；能很好的调节由于浓缩而引起的结垢总问题。阻垢剂的投加量一般在2-5ppm左右。根据原水水质的总硬试值调节加药量。

4.2  二级反渗透部分

渗透是水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。半透膜只允许水通过，而阻止溶解固形物(盐)的通过，见图 (a)。 浓溶液随着水的流人而不断被稀释。当水向浓溶液流动而产生的压力足够用于阻止水继续净流入时，渗透处于平衡状态，见图 (b)。平衡时，水从任一边通过半透膜向另一边流入的数量相等，即处于动态平衡状态，而此时压力p称为溶液的渗透压(注意：半透膜一边是纯水，另一边是盐溶液)。　　当在浓溶液上有外加压力，且该压力大于渗透压时，浓溶液中的水就会通过半透膜流向稀溶液，使得浓溶液的浓度更大，这一过程就是渗透的相反过程，称为反渗透，见图 (c)。　　渗透是自发过程，而反渗透则是非自发过程。反渗透系统正是利用反渗透的原理，将需要处理的高含盐水用高压泵加压，迫使水透过反渗透膜，以达到脱除盐份的目的。二级反渗透是对一级反渗透产水的进一步提纯。

4.2.1保安滤器  为防止水中及管道中的微粒进入高压泵和RO膜组件，特设置保安滤器作为zui后的预处理手段。作为保险措施，即使多介质机械滤器过滤不*，也能够保证反渗透膜不会受到严重污染。保安滤器内装5um的聚丙稀微孔滤器。当滤器进出囗压差大于0.05-0.1Mpa时需更换滤芯（由于被过滤的介质直接进入到微孔滤膜的空隙中，因此很难通过酸碱清洗恢复通量）。滤器结构能满足快速更换滤芯的要求。

4.2.2高压泵  反渗透膜分离推动力是压力差，因此设置高压泵使反渗透的进水达到一定的压力，让反渗透过程得以进行。即克服渗透压使水分子透过反渗透膜到淡水层。高压泵采用变频器设置加、减速时间减缓高压泵启动时膜的冲击，变频器还能进一步起到节约能量的作用；新系统刚运行的时候对进水的压力要求比使用一段时间之后对进水的压力要求要低。采用变频装置能更好的控制高压泵的压力与进水流量之前的变化。本系统设置了进水低压保护和出水高压保护。

4.2.3反渗透本体装置  反渗透装置是该项目预脱盐的心脏部分，经反渗透处理的水能去除绝大部分无机盐、有机物、微生物及细菌等。

4.2.3.1系统设备选型  膜组件选用美国陶氏公司BW30-400卷式组件。该组件由三层的薄膜复合，分别是zui上面的超薄脱盐层（厚度约为0.2µm聚铣胺材质）、中间的聚枫内夹层和zui下面的聚酯支撑网层。该组件膜面积400平方英尺，产水通量大，对无机盐具有99.5℅的脱除率。压力膜管选用加拿大海德信公司于卷式RO组件的WAVE 300P-6型压力膜管，该压力膜管是增强FRP材质，具有抗腐蚀性，耐压300psi,管内壁光滑装卸方便等特点。每个压力膜管可安装6支膜组件。

4.2.3.2反渗透装置工艺设计  整套系统反渗透膜装置安置在一个机架上，并配置控制系统，在进水水温25℃时二级反渗透产水量28.0T/H，每根膜组件zui大的回收率15℅计算，一级反渗透装置需配膜组件36根， WAVE 300P-6压力膜管6根；二级反渗透装置需配膜组件30根，WAVE 300P-6压力膜管5根；一级反渗透组合排列形式为3-2-1排列，二级反渗透组合排列形式为3-2。反渗透每支压力膜管产水侧设有取样囗，方便取样。

4.2.3.3自动低压冲洗装置  反渗透在运行的过程中，浓缩过程和浓差极化将导致膜表面所接触原水的固含量浓度远远大于原水的本体浓度。因此配备自动低压冲洗装置在停机后、开机前对反渗透膜进行定时的低压冲洗，将附于膜表面的少量污染物冲走。冲洗完成后，系统自动恢复到冲洗启动前的状态。

4.2.3.4就地仪表配置  反渗透装置设置二次仪表显示装置，就地显示产水量、电导率等重要参数。系统设置高、低压保护开关，保证反渗透系统安全可靠运行。

4.2.4反渗透纯水箱  反渗透产品水送入PE材质的水箱。该水箱设置高低液位控制装置能控制泵的联锁，同时配备空气呼吸器防止大气中尘埃颗粒和细菌进入水箱。

4.2.5反渗透化学清洗装置  无论预处理过程多么完善，在*运行过程中，反渗透膜面上总会日积月累水中存在的各种污染物。从而使装置的性能下降，如组件进出囗压差升高、脱盐率下降、产水量下降，当这些变化超过原始值的15%时，就要用化学药品进行清洗。为此，除日常运行中进行的低压冲洗外，还需进行定期化学清洗，有时还需进行杀菌处理。

本系统配置的化学清洗装置，其组成和流程如下：清洗液水箱——泵——精密滤器——流量计——反渗透装置

化学清洗准则

          A、装置的产水量比初次或上一次清洗后下降5～10℅时；

          B、装置的盐透过率比初次或上一次清洗后提高一倍时；

          C、装置各段的压力差或压力差的差值为初次或上一次清洗后的1～1.5倍时；

          D、装置运行3-4个月时；

          E、装置在*停止运行前用NaHSO3溶液保护。

膜污染特征与化学清洁剂的选择

表一：污染物类型与装置性能的变化

表二  污染物种类与化学清洁剂配方

4.3  EDI部分

4.3.1 UV装置  紫外光是电磁波谱的一部分，其波长位于100nm到400nm之间。灭菌波长位于200nm到310nm之间的波谱区。微生物被紫外光灭活是由于光化学反应破坏了其体内的核酸物质的结果。这一过程有效的阻止了细胞和病毒的繁殖从而导致细胞的死亡。紫外光通过改变细菌、病毒和其它微生物细胞的遗传物质（DNA），使其不再繁殖而达到对水与废水进行消毒的目的。浸没于水下的灯管产生紫外光，当水流流经紫外灯管时，其中的微生物受到某*死剂量紫外能的辐射。紫外剂量为所受UV辐射光强与曝光时间的乘积。

4.3.2 EDI装置   

EDI是连续电再生除盐装置的英文缩写，是电解、渗析及离子交换相结合的深度脱盐装置，由给水室、浓水室和电极室组成。给水室内装填常规混合离子交换树脂，给水室和浓水室之间装有阳离子交换膜和阴离子交换膜。给水室中的阴（阳）离子在两端电极作用下不断通过装置里的阴（阳）离子膜进入浓水室；H2O在直流电能的作用下可分解成H+和OH-，使给水室中的混合离子交换树脂经常处于再生状态，因而有深度除盐能力。因此EDI在通电状态下可以不断地制出纯水，其内填的离子交换树脂不用酸碱再生。

运用EDI技术使酸碱污染降低为零，且可降低成本及劳动强度。反渗透产水经过EDI装置深度脱盐处理后出水电阻率在16.0MΩ.cm（25℃）左右 。          

本系统配置德国西门子公司型号为IP-LMX-45Zzui大处理量为7.5T/H的膜块共4块，每个膜块设置单独的电源。

正常情况下4块同时工作，每个模块处理水量为5T/H。为了保障用水安全，每个模块可以单独关闭。

本系统设置了水流保护开关，防止干烧导致EDI损坏。

4.3.3超纯水箱  EDI产品水送入水箱。该水箱设置高低液位控制装置能控制泵的联锁，同时配备氮封装置防止大气中尘埃颗粒和细菌进入水箱。

4.4  18M供水部分  EDI产水电阻率zui高在17 MΩ.cm左右，为达到用水标准，在终端增加了精混床用以提升水质。

4.4.1 TOC脱除器  TOC脱除器采用的是185nm的紫外光，它能够打开将有机物分子结合在一起的化合键。因此，这一波长的紫外光能够破坏水中的有机化合物、臭氧、氯和氯胺。破坏产生后产生的物质用后续的精混床脱除。同时，它也具有一定的杀菌作用。

4.4.2精混床  精混床是以阳、阴两种离子交换树脂按一定比例混合后装填于同一交换器中，相当于一个多级的除盐系统。其中经H型强酸性阳树脂与水中阳离子交换后形成的H+，和经OH型强碱性阴树脂与水中阴离子交换后形成的OH-相结合，形成电离度很小的水，使交换过程中形成的H+和OH-不能积累，从而消除了反离子对交换过程的干扰，使离子交换反应*,因此，混床出水水质好。

（一）、氢型阳离子交换树脂的交换反应：

A、与碳酸盐硬度的交换反应：

Ca(HCO3)2 + 2RH → R2Ca + 2HO2 + 2CO2↑

Mg(HCO3)2 + 2RH → R2Mg + 2HO2 + 2CO2↑

 B、与非碳酸盐硬度的交换反应：

CaSO 4 + 2RH → R2Ca + H2SO4

CaCl2 + 2RH→ R2Ca + 2HCl

MgSO 4 + 2RH → R2Mg + H2SO4

MgCl2 + 2RH → R2Mg + 2HCl

C、与钠盐的交换反应：

NaHCO 3 + 2RH → RNa + H2O + CO2↑

NaCl + RH → RNa + HCl

NaSO 4 + 2RH → RNa + H2SO4

Na2SiO 3 + 2RH → 2RNa + H2SiO3

（二）、氢氧型阴离子交换树脂的交换反应：

Cl- + ROH → RCl + OH-

HSO 4- + ROH → RHSO 4 + OH-

SO4- + ROH → R2SO4 + 2OH-

HCO3- + ROH → RHCO3 + OH-

HSiO3- + ROH → RHSiO3 + OH-

精混床树脂不同于普通混床的树脂，阳离子交换树脂氢化率及阴离子交换树脂氢氧化率几乎达到了*，并按比例充分混合。因此该树脂无法再生，不过由于进水含盐量低，一般可用1年左右时间。

4.4.3  终端膜滤器  0.22μ过滤器是用于阻挡纯水中微小颗粒特，以满足使用点对产品水中微粒的要求。设置0.22μ精密滤器进行深度处理，除去水中固体颗粒物，滤芯过滤精度（孔径）0.22μm，可有效除去水中悬浮颗粒，使用的滤芯具有大量固定不规则孔径（公称孔径0.22μm），属微孔膜过滤，因膜孔径固定，可保证过滤的精度和可靠性。滤器内装20支40英寸长，0.22μm的聚丙稀微孔滤芯，出力为25 T/H。滤器结构能满足快速更换滤芯的要求。

5.  工艺控制设计说明

5.1 控制系统概述

根据本系统的规模及设备分布的具体情况，决定采用目前工业过程控制中zui常用的集中分散型控制系统。它又称分级控制系统，是一种分布式控制系统，具有控制分散，信息集中管理的特点。本系统分上位操作站，下位控制站两级。上位操作站由一台主控制箱作为监控站。下位控制站的设置是根据优化控制，合理布局的原则视具体情况而定的，同时为方便系统在实施阶段或运行阶段进行必须的调整及扩展，控制站考虑了一定的余量。

5.2 控制系统功能简介

5.2.1 上位操作站 主要完成系统中各操作站的监视参数设置,设备运行等操作功能，具有清晰的生产设备运行情况，可在流程图上对现场设备进行远方手动操作，实现远程控制。生产过程的电阻率及电导率可以在线显示。

5.2.2  可编程控制器PLC 各控制站都采用以微处理器为基础的可编程控制器PLC，它具有高可靠性，编程方便，易于使用，与其它装置配置方便等特点，各生产过程的程序、数据都存储PLC的CPU里独立运行，工作人员可通过计算机操作站来监视其运行。PLC具有很强的运算功能，能完成复杂的操作，可配合操作员通过对整个生产过程的运行参数和状态进行集中监控，以实现对整个系统的程控，运行，远操等过程。各控制执行机构均配制行程开关。

5.2.3 电导率、电阻率等显示  现场配备电导率仪表，电阻率仪表，以便重要电导率、电阻率等指标能够在水处理车间和控制室同时显示。

5.3系统水处理控制介绍  依据水处理的工艺过程，本控制系统对各个工艺单元进行直接协调、管理、控制。系统监控对象由以下单元组成：

5.3.1 预处理部分控制  预处理部分以原水箱为连续运行控制点。当原水箱液位处于较低限位置,低液位开关向PLC输入开关信号, PLC即控制原水进水电磁阀开启；当原水箱液位处于低限位置,低液位开关向PLC输入开关信号, PLC即控制预处理部分停止；当水箱液位处于高限位置,高液位开关向PLC输入开关量信号, 原水进水电磁阀关闭。

5.3.1.1  机械滤器  滤器的运行、反洗步骤由PLC控制的气动阀门实现，当运行时长大于设定值，由PLC控制气动阀门按顺序进行自动反洗操作，反洗结束后投入运行。过滤器各阀门的运行状态可以在显示器上显示。只有在反渗水箱液位达到高位时，滤料清洗才能开始，这样可以保证后续反渗透装置的连续供水。   

5.3.1.2  活性炭滤器  活性炭滤器设置运行及反洗步骤由PLC控制的气动阀门自动操作，根据运行时间参数由PLC控制气动阀门按顺序进行自动反洗操作，反洗结束后投入运行。各活性碳滤器阀门的运行状态可以在显示器上显示。只有在反渗水箱液位达到高位时，滤料清洗才能开始，这样可以保证后续反渗透装置的连续供水。

5.3.2 反渗透部分

5.3.2.1.自动运行控制：

反渗透自动运行通过反渗透纯水箱的液位来进行。

当反渗透中间水箱液位处于较低限位置,较低液位开关向PLC输入开关信号, PLC即控制高压泵开始运行；当水箱液位处于高限位置,高液位开关向PLC输入开关量信号, 反渗透高压泵停止运行，输入的信号将在CRT上显示。

5.3.2.2.反渗透的控制配置

反渗透进水侧设有电导率检测仪表，将电导率值的模拟量信号输入PLC，并在显示器上显示参数。反渗透产水侧设有电导率检测仪，将产水电导率值的模拟量信号输入PLC，并在显示器上显示参数。

反渗透高压泵进水设置低压保护开关，当压力小于0.1-0.15Mpa时，控制高压泵停止运行，反渗透装置进入低压冲洗状态，并在显示器上显示报警。当压力大于0.1-0.15时高压泵即起动，反渗透装置投入运行。    

反渗透高压泵出水侧管路设压力开关，当压力大于某一设定值时，PLC输出开关信号，停止高压泵运行，并在显示器上显示、报警。

反渗透浓水侧设一电动快冲洗阀门，在高压泵运行前和高压泵停止后，接受PLC输出的开关量信号，自动进入低压冲洗状态。

5.3.4 EDI除盐系统

EDI连续脱盐系统的由PLC控制实现自动运行，当氮封水箱液位低于中间液位时，EDI系统启动。当氮封水箱液位达到高液位时，EDI系统停止。

为防止EDI系统干烧，系统设置了水流保护，当无水流通过时，系统自动切断相应电源。

UV装置的开启关闭跟随相应EDI系统。

纯水箱内装有压力微动开关，当水箱内出现负压时，系统会立即开启安全阀，并报警和提示报警的原因。

5.4 主要控制设备

1、系统PLC选用德国西门子S7系列可编程控制器，各类I/O包含10%备用点。

2、流量计选用浮子流量计。

3、压力开关选用中国台湾凡宜进口产品或相当产品。

4、电导率、电阻率仪选用美国+GF+或相当产品。

5.5  20吨/时二级反渗透+EDI超纯水设备系统设备布置

控制台布置在*水站控制室内。

车间内电缆采用桥架架空或穿线管，控制室内电缆敷设走电缆沟

气动阀的气源通过环绕车间的气源母管引到电磁阀柜，从电-气转换柜到气动 阀的气管路采用增强软管。

需要完整的20吨/时二级反渗透+EDI超纯水设备系统方案，20吨/时二级反渗透+EDI超纯水设备系统工艺流程图，20吨/时二级反渗透+EDI超纯水设备系统平面布置图请。

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