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100噸/時(shí)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)超濾、反滲透EDI裝置設(shè)備技術(shù)方案

1．前言

100噸/時(shí)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)超濾、反滲透EDI裝置設(shè)備本方案涉及的流程及設(shè)備是為了滿足**環(huán)保熱電有限公司生產(chǎn)工藝用鍋爐化水項(xiàng)目，要求如下：

1.1化水水量 100 m3/h；

1.2、系統(tǒng)制備的主要技術(shù)參數(shù)

1.前處理產(chǎn)水量 : ≥134m3/h；

2.反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水量 : ≥100m3/h；

3.混床系統(tǒng)產(chǎn)水量 : ≥100m3/h；

1.3產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)

(1)反滲透出水水質(zhì)：

脫鹽率：*年≥98%，第二年≥97%，*年≥95%

回收率：*年≥75%，第二年≥74%，*年≥73%

(2)混床出水水質(zhì)：電導(dǎo)率≤0.2μs/cm(25℃)，二氧化硅≤20μg/l,鈉含量≤100μg/l，硬度≈0

(3)混床運(yùn)行周期≥4天

1.4 東營100噸/時(shí)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)配置預(yù)處理、反滲透、混床除鹽裝置。

1.5供水方式連續(xù)產(chǎn)出（24小時(shí)運(yùn)行）。

2. 設(shè)計(jì)依據(jù)

本化水站工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)依據(jù)如下：

1.原水水質(zhì)分析資料；

2.鍋爐化水的品質(zhì)要求（產(chǎn)品水水質(zhì)指標(biāo)），以及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)；

3. 鍋爐化水的生產(chǎn)規(guī)模;

4.用戶對系統(tǒng)整體水準(zhǔn)要求。

2.1 原水水質(zhì)資料和技術(shù)指標(biāo) 表1. 原水水樣水質(zhì)分析報(bào)告（供參考）：

2.2 本方案設(shè)計(jì)指標(biāo)

1. 水量： 100 m3/h

2. 電導(dǎo)率：電導(dǎo)率≤0.2μs/cm(25℃)，

3. 其它指標(biāo) 二氧化硅≤20μg/l, 鈉含量≤100μg/l，硬度≈0

4.供水壓力 0.6Mpa

5.供水溫度常溫

3. 總體設(shè)計(jì)方案

3.1 100m3/h反滲透設(shè)備系統(tǒng)組成

序號名稱處理量數(shù)量單位備注

1 預(yù)處理部分 67 T/H 2 套

2 反滲透部分 100 T/H 1 套

3 混床部分 100 T/H 1 套

3.2 系統(tǒng)布局預(yù)處理部分、反滲透部分、混床部分集中放置在化水站，系統(tǒng)占地面積：20米×6米。廠房凈高5米。為保證化水的水質(zhì)和水量，將整個(gè)水處理系統(tǒng)置于PLC控制下運(yùn)行，并適時(shí)監(jiān)控。

3.3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)采用分散控制，集中監(jiān)視的控制系統(tǒng)。操作站選用PLC控制器控制，組成一個(gè)高可靠性的自動(dòng)運(yùn)行和監(jiān)視控制的控制系統(tǒng)。

3.4工藝流程簡圖

4.0 工藝說明

4.1 預(yù)處理部分目的：為反滲透裝置提供合格的進(jìn)水。

4.1.1原水預(yù)處理的目的和組成

A.反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求：

（1）污染指數(shù)： SDI≤4；

（2）余氯： <0.1 ppm

（3）濁度 <1NTU

（4）供水Fe3+ ≤0.01ppm。

（5）供水水溫適宜范圍 10～30℃。

（6）碳酸鈣飽和指數(shù) LSI：<0

B.預(yù)處理系統(tǒng)就是通過絮凝、過濾、吸附等方法使反滲透進(jìn)水達(dá)到以上要求，以實(shí)現(xiàn)以下目的：

（1）防止反滲透裝置膜面結(jié)垢（包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、鐵鋁氧化物等）；

（2）防止膠體物質(zhì)及懸浮固體微粒對反滲透的污堵；

（3）防止有機(jī)物質(zhì)的對反滲透的污堵和降解；

（4）防止微生物對反滲透的污堵；

（5）防止氧化性物質(zhì)對反滲透膜的氧化破壞；

C.預(yù)處理系統(tǒng)的組成：包括石英砂濾器、活性炭濾器。

4.1.2多介質(zhì)過濾器

多介質(zhì)過濾器中的濾料包括多種規(guī)格的石英砂，用于除去原水中的懸浮物及及脫穩(wěn)后的膠體,以使出水的污染指數(shù)SDI<4達(dá)到RO進(jìn)水要求。

4.1.3活性炭濾器

活性炭被廣泛應(yīng)用于生活用水及食品工業(yè)、化工等工業(yè)用水的凈化，由于活性炭的比表面積很大，其表面又布滿了平均為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羥基和羧基等官能團(tuán)，可以對各種性質(zhì)的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)吸附，以及靜電引力作用，因此，活性炭還能去除水中對陰離子交換劑有害的腐殖酸、富維酸、木質(zhì)磺酸等有機(jī)物質(zhì)，還可去除象余氯一類對陰離子交換劑有害物質(zhì)，從而提高了除鹽水處理能力，防止樹脂被氧化。通常能夠去除63%—86%膠印體物質(zhì)，50%左右的鐵，以及47—60%的有機(jī)物質(zhì)。

4.1.4阻垢加藥裝置

自來水中含有一部分鈣、鎂離子等容易結(jié)垢性的物質(zhì)，此類離子在水中的溶解性相對比較小，而反滲透部分對離子的攔截比較充分，必然會(huì)加大濃水側(cè)離子的濃度；從而導(dǎo)致影響整個(gè)反滲透膜的進(jìn)水通道。阻垢劑是一種增大難溶解性離子溶解度的一種化學(xué)藥品，通常對鈣、鎂離子的溶解度能增加3倍左右；能很好的調(diào)節(jié)由于濃縮而引起的結(jié)垢總問題。阻垢劑的投加量一般在2-5ppm左右。根據(jù)原水水質(zhì)的總硬試值調(diào)節(jié)加藥量。

4.2 反滲透部分

滲透是水從稀溶液一側(cè)通過半透膜向濃溶液一側(cè)自發(fā)流動(dòng)的過程。半透膜只允許水通過，而阻止溶解固形物(鹽)的通過，見圖 (a)。濃溶液隨著水的流人而不斷被稀釋。當(dāng)水向濃溶液流動(dòng)而產(chǎn)生的壓力足夠用于阻止水繼續(xù)凈流入時(shí)，滲透處于平衡狀態(tài)，見圖 (b)。平衡時(shí)，水從任一邊通過半透膜向另一邊流入的數(shù)量相等，即處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，而此時(shí)壓力p稱為溶液的滲透壓(注意：半透膜一邊是純水，另一邊是鹽溶液)。

當(dāng)在濃溶液上有外加壓力，且該壓力大于滲透壓時(shí)，濃溶液中的水就會(huì)通過半透膜流向稀溶液，使得濃溶液的濃度更大，這一過程就是滲透的相反過程，稱為反滲透，見圖 (c)。

滲透是自發(fā)過程，而反滲透則是非自發(fā)過程。反滲透系統(tǒng)正是利用反滲透的原理，將需要處理的高含鹽水用高壓泵加壓，迫使水透過反滲透膜，以達(dá)到脫除鹽份的目的。

4.2.1保安濾器

為防止水中及管道中的微粒進(jìn)入高壓泵和RO膜組件，特設(shè)置保安濾器作為zui后的預(yù)處理手段。作為保險(xiǎn)措施，即使多介質(zhì)機(jī)械濾器過濾不*，也能夠保證反滲透膜不會(huì)受到嚴(yán)重污染。

保安濾器內(nèi)裝5um的聚丙稀微孔濾器。當(dāng)濾器進(jìn)出囗壓差大于0.05-0.1Mpa時(shí)需更換濾芯（由于被過濾的介質(zhì)直接進(jìn)入到微孔濾膜的空隙中，因此很難通過酸堿清洗恢復(fù)通量）。濾器結(jié)構(gòu)能滿足快速更換濾芯的要求。

4.2.2高壓泵

反滲透膜分離推動(dòng)力是壓力差，因此設(shè)置高壓泵使反滲透的進(jìn)水達(dá)到一定的壓力，讓反滲透過程得以進(jìn)行。即克服滲透壓使水分子透過反滲透膜到淡水層。高壓泵采用變頻器設(shè)置加、減速時(shí)間減緩高壓泵啟動(dòng)時(shí)膜的沖擊，變頻器還能進(jìn)一步起到節(jié)約能量的作用；新系統(tǒng)剛運(yùn)行的時(shí)候?qū)M(jìn)水的壓力要求比使用一段時(shí)間之后對進(jìn)水的壓力要求要低。采用變頻裝置能更好的控制高壓泵的壓力與進(jìn)水流量之前的變化。本系統(tǒng)設(shè)置了進(jìn)水低壓保護(hù)和出水高壓保護(hù)。

4.2.3反滲透本體裝置

反滲透裝置是該項(xiàng)目預(yù)脫鹽的心臟部分，經(jīng)反滲透處理的水能去除絕大部分無機(jī)鹽、有機(jī)物、微生物及細(xì)菌等。

4.2.3.1系統(tǒng)設(shè)備選型

膜組件選用美國海德能公司CAP3-8040卷式組件。該組件由三層的薄膜復(fù)合，分別是zui上面的超薄脫鹽層（厚度約為0.2µm聚銑胺材質(zhì)）、中間的聚楓內(nèi)夾層和zui下面的聚酯支撐網(wǎng)層。該組件膜面積400平方英尺，產(chǎn)水通量大，對無機(jī)鹽具有99.5℅的脫除率。壓力膜管選用加拿大海德信公司于卷式RO組件的WAVE 300P-6型壓力膜管，該壓力膜管是增強(qiáng)FRP材質(zhì)，具有抗腐蝕性，耐壓300psi,管內(nèi)壁光滑裝卸方便等特點(diǎn)。每個(gè)壓力膜管可安裝6支膜組件

4.2.3.2反滲透裝置工藝設(shè)計(jì)

整套反滲透膜裝置，安置在一個(gè)機(jī)架上，并配置控制系統(tǒng)，在進(jìn)水水溫25℃時(shí)單套反滲透產(chǎn)水量100.0T/H，每根膜組件zui大的回收率15℅計(jì)算，單套反滲透裝置需配膜組件6根，WAVE 300P-6壓力膜管18根；反滲透組合排列形式為14-4排列。

反滲透每支壓力膜管產(chǎn)水側(cè)設(shè)有取樣囗，方便取樣。

4.2.3.3自動(dòng)低壓沖洗裝置

反滲透在運(yùn)行的過程中，濃縮過程和濃差極化將導(dǎo)致膜表面所接觸原水的固含量濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原水的本體濃度。因此配備自動(dòng)低壓沖洗裝置在停機(jī)后、開機(jī)前對反滲透膜進(jìn)行定時(shí)的低壓沖洗，將附于膜表面的少量污染物沖走。沖洗完成后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到?jīng)_洗啟動(dòng)前的狀態(tài)。

4.2.3.4就地儀表配置

反滲透裝置設(shè)置二次儀表顯示裝置，就地顯示產(chǎn)水量、電導(dǎo)率等重要參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)置高、低壓保護(hù)開關(guān)，保證反滲透系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

4.2.4反滲透脫鹽水水箱

反滲透產(chǎn)品水送入脫碳塔的水箱。該水箱設(shè)置高低液位控制裝置能控制泵的聯(lián)鎖，同時(shí)防止大氣中塵埃顆粒和細(xì)菌進(jìn)入水箱。

4.2.5反滲透化學(xué)清洗裝置

無論預(yù)處理過程多么完善，在*運(yùn)行過程中，反滲透膜面上總會(huì)日積月累水中存在的各種污染物。從而使裝置的性能下降，如組件進(jìn)出囗壓差升高、脫鹽率下降、產(chǎn)水量下降，當(dāng)這些變化超過原始值的15%時(shí)，就要用化學(xué)藥品進(jìn)行清洗。為此，除日常運(yùn)行中進(jìn)行的低壓沖洗外，還需進(jìn)行定期化學(xué)清洗，有時(shí)還需進(jìn)行殺菌處理。

本系統(tǒng)配置的化學(xué)清洗裝置，其組成和流程如下：

清洗液水箱——泵——精密濾器——流量計(jì)——反滲透裝置

化學(xué)清洗準(zhǔn)則

A、裝置的產(chǎn)水量比初次或上一次清洗后下降5～10℅時(shí)；

B、裝置的鹽透過率比初次或上一次清洗后提高一倍時(shí)；

C、裝置各段的壓力差或壓力差的差值為初次或上一次清洗后的1～1.5倍時(shí)；

D、裝置運(yùn)行3-4個(gè)月時(shí)；

E、裝置在*停止運(yùn)行前用NaHSO3溶液保護(hù)。

4.3 混床部分

4.3.1 中間水泵

中間水泵為混床運(yùn)行提供動(dòng)力，本系統(tǒng)中間水泵為兩套泵組，單套運(yùn)行，一套備用。

4.3.2 混床裝置

混床是以陽、陰兩種離子交換樹脂按一定比例混合后裝填于同一交換器中，相當(dāng)于一個(gè)多級的除鹽系統(tǒng)。其中經(jīng)H型強(qiáng)酸性陽樹脂與水中陽離子交換后形成的H+，和經(jīng)OH型強(qiáng)堿性陰樹脂與水中陰離子交換后形成的OH-相結(jié)合，形成電離度很小的水，使交換過程中形成的H+和OH-不能積累，從而消除了反離子對交換過程的干擾，使離子交換反應(yīng)*,因此，混床出水水質(zhì)好。

（一）、氫型陽離子交換樹脂的交換反應(yīng)：

A、與碳酸鹽硬度的交換反應(yīng)：

Ca(HCO3)2 + 2RH → R2Ca + 2HO2 + 2CO2↑

Mg(HCO3)2 + 2RH → R2Mg + 2HO2 + 2CO2↑

B、與非碳酸鹽硬度的交換反應(yīng)：

CaSO 4 + 2RH → R2Ca + H2SO4

CaCl2 + 2RH→ R2Ca + 2HCl

MgSO 4 + 2RH → R2Mg + H2SO4

MgCl2 + 2RH → R2Mg + 2HCl

C、與鈉鹽的交換反應(yīng)：

NaHCO 3 + 2RH → RNa + H2O + CO2↑

NaCl + RH → RNa + HCl

NaSO 4 + 2RH → RNa + H2SO4

Na2SiO 3 + 2RH → 2RNa + H2SiO3

（二）、氫氧型陰離子交換樹脂的交換反應(yīng)：

Cl- + ROH → RCl + OH-

HSO 4- + ROH → RHSO 4 + OH-

SO4- + ROH → R2SO4 + 2OH-

HCO3- + ROH → RHCO3 + OH-

HSiO3- + ROH → RHSiO3 + OH-

4.3.3 樹脂捕捉器

樹脂捕捉器是后置于混床，用于阻擋純水中微小顆粒特，以滿足使用點(diǎn)對產(chǎn)品水中微粒的要求。濾芯過濾精度（孔徑）5.0μm，可有效除去水中懸浮顆粒，因膜孔徑固定，可保證過濾的精度和可靠性。

濾器內(nèi)裝50支40英寸長，5μm的聚丙稀微孔濾芯，出力為100 T/H。濾器結(jié)構(gòu)能滿足快速更換濾芯的要求。

5. 工藝控制設(shè)計(jì)說明

5.1 控制系統(tǒng)概述

根據(jù)本系統(tǒng)的規(guī)模及設(shè)備分布的具體情況，決定采用目前工業(yè)過程控制中zui常用的集中分散型控制系統(tǒng)。它又稱分級控制系統(tǒng)，是一種分布式控制系統(tǒng)，具有控制分散，信息集中管理的特點(diǎn)。本系統(tǒng)分上位操作站，下位控制站兩級。上位操作站由一臺(tái)主控制箱作為監(jiān)控站。下位控制站的設(shè)置是根據(jù)優(yōu)化控制，合理布局的原則視具體情況而定的，同時(shí)為方便系統(tǒng)在實(shí)施階段或運(yùn)行階段進(jìn)行必須的調(diào)整及擴(kuò)展，控制站考慮了一定的余量。

5.2 控制系統(tǒng)功能簡介

5.2.1 上位操作站

主要完成系統(tǒng)中各操作站的監(jiān)視參數(shù)設(shè)置,設(shè)備運(yùn)行等操作功能，具有清晰的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行情況，可在流程圖上對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。生產(chǎn)過程的電阻率及電導(dǎo)率可以在線顯示。

5.2.2 可編程控制器PLC

各控制站都采用以微處理器為基礎(chǔ)的可編程控制器PLC，它具有高可靠性，編程方便，易于使用，與其它裝置配置方便等特點(diǎn)，各生產(chǎn)過程的程序、數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)PLC的CPU里獨(dú)立運(yùn)行，工作人員可通過計(jì)算機(jī)操作站來監(jiān)視其運(yùn)行。PLC具有很強(qiáng)的運(yùn)算功能，能完成復(fù)雜的操作，可配合操作員通過對整個(gè)生產(chǎn)過程的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的程控，運(yùn)行，遠(yuǎn)操等過程。各控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)均配制行程開關(guān)。

5.2.3 電導(dǎo)率顯示

現(xiàn)場配備電導(dǎo)率儀表，以便重要電導(dǎo)率等指標(biāo)能夠在水處理車間和控制室同時(shí)顯示。

5.3系統(tǒng)水處理控制介紹

依據(jù)水處理的工藝過程，本控制系統(tǒng)對各個(gè)工藝單元進(jìn)行直接協(xié)調(diào)、管理、控制。系統(tǒng)監(jiān)控對象由以下單元組成：

5.3.1 預(yù)處理部分控制

預(yù)處理部分以原水箱為連續(xù)運(yùn)行控制點(diǎn)。

當(dāng)原水箱液位處于較低限位置,低液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)信號, PLC即控制原水進(jìn)水電磁閥開啟；當(dāng)原水箱液位處于低限位置,低液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)信號, PLC即控制預(yù)處理部分停止；當(dāng)水箱液位處于高限位置,高液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)量信號, 原水進(jìn)水電磁閥關(guān)閉。

5.3.1.1 多介質(zhì)過濾器

濾器的運(yùn)行、反洗步驟由人工控制的閥門實(shí)現(xiàn)，當(dāng)運(yùn)行時(shí)長大于設(shè)定值，控制閥門按順序進(jìn)行反洗操作，反洗結(jié)束后投入運(yùn)行。只有在反滲水箱液位達(dá)到高位時(shí)，濾料清洗才能開始，這樣可以保證后續(xù)反滲透裝置的連續(xù)供水。

5.3.1.2 活性炭濾器

活性炭濾器設(shè)置運(yùn)行及反洗步驟由人工控制的閥門操作，根據(jù)運(yùn)行時(shí)間參數(shù)控制閥門按順序進(jìn)行反洗操作，反洗結(jié)束后投入運(yùn)行。只有在反滲水箱液位達(dá)到高位時(shí)，濾料清洗才能開始，這樣可以保證后續(xù)反滲透裝置的連續(xù)供水。

5.3.2 反滲透部分

5.3.2.1.自動(dòng)運(yùn)行控制：

反滲透自動(dòng)運(yùn)行通過反滲透中間水箱的液位來進(jìn)行。

當(dāng)反滲透中間水箱液位處于較低限位置,較低液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)信號, PLC即控制高壓泵開始運(yùn)行；當(dāng)水箱液位處于高限位置,高液位開關(guān)向PLC輸入開關(guān)量信號, 反滲透高壓泵停止運(yùn)行，輸入的信號將在CRT上顯示。

5.3.2.2.反滲透的控制配置

反滲透進(jìn)水側(cè)設(shè)有電導(dǎo)率檢測儀表，將電導(dǎo)率值的模擬量信號輸入PLC，并在顯示器上顯示參數(shù)。反滲透產(chǎn)水側(cè)設(shè)有電導(dǎo)率檢測儀，將產(chǎn)水電導(dǎo)率值的模擬量信號輸入PLC，并在顯示器上顯示參數(shù)。

反滲透高壓泵進(jìn)水設(shè)置低壓保護(hù)開關(guān)，當(dāng)壓力小于0.1-0.15Mpa時(shí)，控制高壓泵停止運(yùn)行，反滲透裝置進(jìn)入低壓沖洗狀態(tài)，并在顯示器上顯示報(bào)警。當(dāng)壓力大于0.1-0.15時(shí)高壓泵即起動(dòng)，反滲透裝置投入運(yùn)行。

反滲透高壓泵出水側(cè)管路設(shè)壓力開關(guān)，當(dāng)壓力大于某一設(shè)定值時(shí)，PLC輸出開關(guān)信號，停止高壓泵運(yùn)行，并在顯示器上顯示、報(bào)警。

反滲透濃水側(cè)設(shè)一電動(dòng)快沖洗閥門，在高壓泵運(yùn)行前和高壓泵停止后，接受PLC輸出的開關(guān)量信號，自動(dòng)進(jìn)入低壓沖洗狀態(tài)。

5.3.4 混床除鹽系統(tǒng)

混床脫鹽系統(tǒng)的由PLC控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)脫碳水箱液位低于中間液位時(shí)，混床系統(tǒng)啟動(dòng)。當(dāng)脫碳水箱液位達(dá)到高液位時(shí)，混床系統(tǒng)停止。

當(dāng)水質(zhì)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)警和提示報(bào)警的原因。

5.4 主要控制設(shè)備

1、系統(tǒng)PLC選用韓國LG系列可編程控制器，各類I/O包含10%備用點(diǎn)。

2、流量計(jì)選用浮子流量計(jì)。

3、壓力開關(guān)選用中國臺(tái)灣凡宜進(jìn)口產(chǎn)品或相當(dāng)產(chǎn)品。

4、電導(dǎo)率、電阻率儀選用上海誠磁公司或相當(dāng)產(chǎn)品。

5.5 系統(tǒng)設(shè)備布置

控制臺(tái)布置在*水站控制室內(nèi)。