工業(yè)超純水工程案例
【中文關(guān)鍵詞】 | 電子廠 工業(yè)超純水 工程案例   |
【摘要】 | 電子用純水不同于一般的純水制備,它對(duì)水質(zhì)具有更為嚴(yán)格的規(guī)定,屬于高純水范疇。一般來(lái)說(shuō),高純水制備主要包括預(yù)脫鹽與精處理脫鹽兩大部分,如何進(jìn)行工藝的選擇和組合成為高純水制備的關(guān)鍵。 |
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一、 項(xiàng)目背景 某電子廠配套純水制備工程設(shè)備。 二、設(shè)計(jì)水量 本系統(tǒng)要求產(chǎn)品水量為 50m 3 /h ,因此設(shè)計(jì)產(chǎn)水量確定為 50 m 3 /h 。 系統(tǒng)采用兩級(jí)反滲透裝置的系統(tǒng)回收率為 75% ,故系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)水水量為 66.7 m 3 /h 。 三、設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) 本純水系統(tǒng)的進(jìn)水為當(dāng)?shù)厣罹渌|(zhì)經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)進(jìn)行了全水質(zhì)分析,主要檢測(cè)分析結(jié)果見(jiàn)水質(zhì)報(bào)告。 四、目標(biāo)水質(zhì) 根據(jù)產(chǎn)品水的用途與要求,確定產(chǎn)品水的目標(biāo)水質(zhì)為:電阻率≥ 10M Ω· cm 五、處理工藝選擇 電子用純水不同于一般的純水制備,它對(duì)水質(zhì)具有更為嚴(yán)格的規(guī)定,屬于高純水范疇。一般來(lái)說(shuō),高純水制備主要包括預(yù)脫鹽與精處理脫鹽兩大部分,如何進(jìn)行工藝的選擇和組合成為高純水制備的關(guān)鍵。 典型工藝流程 ( 水質(zhì)符合美國(guó) ASTM 標(biāo)準(zhǔn),電子部超純水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)( 18M Ω· cm , 15M Ω· cm , 2M Ω· cm 和 0.5M Ω· cm 四級(jí)) 預(yù)處理-反滲透- 水箱-陽(yáng)床-陰床-混合床-純化水箱-純水泵-紫外線殺菌器-精制混床-精密過(guò)濾器-用水對(duì)象 預(yù)處理-一級(jí)反滲透-加藥機(jī)( PH 調(diào)節(jié))-中間水箱-第二級(jí)反滲透(正電荷反滲膜)-純化水箱-純水泵-紫外線殺菌器- 0.2 或 0.5 μ m 精密過(guò)濾器-用水對(duì)象 預(yù)處理-反滲透-中間水箱-水泵- EDI 裝置-純化水箱-純水泵-紫外線殺菌器- 0.2 或 0.5 μ m 精密過(guò)濾器-用水對(duì)象 預(yù)處理-反滲透-中間水箱-水泵- EDI 裝置-純化水箱-純水泵-紫外線殺菌器-精制混床- 0.2 或 0.5 μ m 精密過(guò)濾器-用水對(duì)象 目前,預(yù)脫鹽處理常常采用的主要是離子交換工藝和反滲透工藝。離子交換已被廣泛使用許多年,我國(guó)八、九十年代初的純水制備工藝基本上都采用離子交換法,該工藝技術(shù)成熟,工藝可靠,而且可根據(jù)目標(biāo)水質(zhì)的要求進(jìn)行多種離子交換方式的組合。隨著科技和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,離子交換再生頻繁、操作復(fù)雜、維護(hù)麻煩、運(yùn)行費(fèi)用高等缺陷就越來(lái)越突出,九十年代逐漸被新的反滲透技術(shù)代替,特別是預(yù)脫鹽目前基本上都采用反滲透技術(shù)。和離子交換相比,反滲透具有運(yùn)行穩(wěn)定、占地少、操作維護(hù)簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)高度自控,處理水量越大,其優(yōu)勢(shì)就越明顯。 預(yù)脫鹽后續(xù)的精脫鹽處理工藝則根據(jù)目標(biāo)水質(zhì)的要求而有所不同,對(duì)超高純水(電阻率大于 16 M Ω· cm ),目前一般采用更先進(jìn)的 EDI 技術(shù);對(duì)電阻率低于 16M Ω· cm 的純水 , 目前仍采用經(jīng)濟(jì)可靠的混合床技術(shù)。因?yàn)閷?duì)純水的精脫鹽,混床又顯示出其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì):脫鹽穩(wěn)定,效率高,再生周期長(zhǎng),操作維護(hù)少。 鑒于以上的分析,結(jié)合項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)情況,在綜合技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)因素的前提下 ,確定本純水工程采用以反滲透為主體工藝,混床作為精處理工藝。具體工藝流程簡(jiǎn)圖如下: 原水經(jīng)泵提升依次經(jīng)過(guò)組合過(guò)濾器、投加阻垢劑和保安過(guò)濾器等預(yù)處理工段,用以去除原水中的懸浮固體、膠體、有機(jī)物,并降低原水的濁度、色度等,保證 RO 進(jìn)水 SDI < 3 ,以提供合格的反滲透進(jìn)水。 保安過(guò)濾器出水經(jīng)高壓泵提升進(jìn)入反滲透裝置,反滲透出水進(jìn)入中間水箱,反滲透部分設(shè)有在線 PH 調(diào)節(jié)裝置。為保證反滲透裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)置反滲透清洗裝置,視需要對(duì)反滲透膜進(jìn)行清洗。 中間水箱出水經(jīng)純水泵提升至混床除鹽系統(tǒng),利用離子交換原理進(jìn)一步脫鹽,處理后產(chǎn)出的合格水流經(jīng)微孔過(guò)濾器至純水箱處,再經(jīng)供水泵提升,經(jīng)過(guò)紫外線消毒裝置殺滅細(xì)菌后進(jìn)入用水點(diǎn)。 值得注意的是,本系統(tǒng)一次性按照產(chǎn)品水量為 50m 3 /h 進(jìn)行設(shè)計(jì),考慮到實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)在初期生產(chǎn)的 1-2 年內(nèi)不需要如此大的水量,需水量可能在 60% 左右,因此在系統(tǒng)配置中控制泵的選型匹配,在不同產(chǎn)水量的要求下,啟動(dòng)不同臺(tái)數(shù)的水泵,達(dá)到系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)水量的需求。 六、主要工藝說(shuō)明 1. 預(yù)處理 反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵在于預(yù)處理,預(yù)處理的好壞不僅決定著反滲透裝置的清洗次數(shù),而且決定著反滲透膜元件的使用壽命。預(yù)處理部分主要解決以下問(wèn)題: 防止膠體物質(zhì)及懸浮物固體顆粒、泥沙等產(chǎn)生污堵; 防止大分子有機(jī)物質(zhì)、微生物產(chǎn)生污堵; 防止反滲透膜元件表面結(jié)垢(包括因濃縮而出現(xiàn)鐵鋁化物等的結(jié)晶); 保持反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和裝置產(chǎn)水量穩(wěn)定。 本系統(tǒng)預(yù)處理部分主要包括:原水箱、提升泵、組合過(guò)濾器、保安過(guò)濾器、阻垢劑投加裝置、調(diào) pH 裝置。 原水箱及提升泵 原水箱的作用是儲(chǔ)存一定量的原水,以提供穩(wěn)定的供水。 原水箱的有效容積 V=30m 3 ,尺寸:Φ 3100 × 4200mm ,材質(zhì): PE ,箱內(nèi)配置浮球閥 1 個(gè),到達(dá)預(yù)定液位時(shí)自動(dòng)停止進(jìn)水。為盡量避免細(xì)菌污染,水箱采用封閉形式,并在通空氣處設(shè)有呼吸器,過(guò)濾凈化空氣。 原水箱的出水經(jīng)泵提升至后續(xù)處理單元—組合過(guò)濾器。設(shè)計(jì)提升泵 3 臺(tái)( 2 用 1 備),單臺(tái)能力為 Q=40m 3 /h , H=24.5m , N=5.5kw 。 組合過(guò)濾器 組合過(guò)濾作為預(yù)處理的第一步,主要用以去除膠體物質(zhì)、懸浮物固體顆粒、泥沙、部分大分子有機(jī)物質(zhì)及微生物。 本系統(tǒng)組合過(guò)濾器采用石英砂與顆粒活性炭共同混合作為濾料,通過(guò)過(guò)濾截留與吸附作用不僅可以達(dá)到上述目的,對(duì)于鐵、錳等也具有較好的去除效果。活性炭的使用,可以有效預(yù)防地下水受到污染后水質(zhì)變化的影響,同時(shí)可以改善處理水的水質(zhì)條件,對(duì)反滲透和離子交換系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常有利。其主要特點(diǎn)有: 過(guò)濾精度高:水中懸浮物的去除率接近 100% ; 截污容量大:一般為 5-10kg/m 3 ,是傳統(tǒng)過(guò)濾器的 3-5 倍; 可調(diào)性強(qiáng):過(guò)濾阻力、截污容量等參數(shù)可根據(jù)需要隨意自由調(diào)節(jié); 可以去除部分硅膠和鐵膠體,抑制硅、鐵等的結(jié)垢; 操作管理簡(jiǎn)單方便。 設(shè)計(jì)選用組合過(guò)濾器 2 臺(tái),規(guī)格為Ф 2400 × 3000 , 互為備用,罐體采用碳鋼材質(zhì),內(nèi)襯膠,濾料為精選石英砂與顆粒活性炭。反沖洗利用原水直接進(jìn)行,采用水反沖洗,配備水泵 1 臺(tái),單臺(tái)能力為 Q=139m 3 /h , H=24m , N=15kw 。 阻垢劑投加裝置 為防止 RO 膜元件在選擇透過(guò)淡化水的同時(shí),其濃水側(cè)溶解固形物濃縮出現(xiàn)因濃度極大與溶解度平衡常數(shù)而結(jié)晶析出,在 RO 膜表面結(jié)垢,影響 RO 膜的脫鹽率、水通量、運(yùn)行壓力等性能參數(shù)。如果出現(xiàn)細(xì)小晶粒而不能及時(shí)處理的話,溶解固形物會(huì)以其為結(jié)晶核心,使結(jié)晶粒增大,從而其結(jié)晶棱角會(huì)刺破膜表面,損壞反滲透裝置,因而在反滲透裝置前設(shè)置某阻垢劑加藥裝置。 該阻垢劑是能夠有效地控制無(wú)機(jī)鹽類結(jié)垢并特別針對(duì)硅酸鹽的結(jié)構(gòu),完全將硅的溶解度降在安全線以下( 64% ),可以有效控制 LSI 指數(shù)控制在 2.5 以內(nèi),使膜的壽命延長(zhǎng)而降低成本。從量的角度來(lái)看,可以控制 240ppm 的濃水硅含量,從功能上看,具有以下幾個(gè)功能: 有效控制無(wú)機(jī)鹽類結(jié)垢并特別針對(duì)硅酸鹽在濃縮液中高達(dá) 240ppm 還不致結(jié)垢; 碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸、鍶等可高達(dá) +2.5LSI 還不會(huì)結(jié)垢; 所有主要反滲透膜元件都能使用; 籍由分散阻塞微粒來(lái)維持更干凈的膜表面; 液態(tài)產(chǎn)品,可稀釋或直接使用; 適用于硅含量高以及具有鐵和鋁的水型。 通過(guò)阻垢劑投加計(jì)算,阻垢劑的投加量為 2.9 ppm ,考慮到設(shè)計(jì)的安全余量,設(shè)計(jì)投加量確定為 3.5 ppm ,具體投加量由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試決定。 為了增加加藥的混合效果,在加藥點(diǎn)設(shè)置靜態(tài)混合器一臺(tái),以使阻垢劑和原水充分混合,滿足阻垢機(jī)阻垢機(jī)理以及充分發(fā)揮所加藥劑的性能。 設(shè)計(jì)采用阻垢劑投加裝置一套,藥箱的容積為 0.15m 3 ,計(jì)量泵采用進(jìn)口計(jì)量泵,最大加藥量為 0.9L/h 。 調(diào) pH 裝置 投加鹽酸調(diào)整 pH 值在 6.8 左右,有利于膜的使用,防止結(jié)垢。 根據(jù)計(jì)算, 36% 鹽酸最大投加量為 25ppm ,配套在線 pH 計(jì),控制 pH 的調(diào)節(jié)。 設(shè)計(jì)采用調(diào) pH 裝置一套,藥箱的容積為 0.15m 3 ,計(jì)量泵采用進(jìn)口計(jì)量泵,最大加藥量為 1.2L/h 。 保安過(guò)濾器 為進(jìn)一步改善反滲透進(jìn)水的物化指標(biāo),確保反滲透工藝穩(wěn)定運(yùn)行,在組合過(guò)濾器之后,設(shè)計(jì)采用保安過(guò)濾作為最終的預(yù)處理手段,使 RO 進(jìn)入濁度低于 1 的水平, SDI < 3 。 本工程設(shè)計(jì)采用保安過(guò)濾器 1 臺(tái),處理能力 Q=60-80m 3 /h ,規(guī)格為Ф 600 × 2111mm ,濾芯材質(zhì):聚丙烯,過(guò)濾精度: 5 μ m ,濾芯數(shù)量: 51 根。 在正常工作情況下,濾芯可以維持 7-8 個(gè)月以上,當(dāng)進(jìn)出口壓力差達(dá)到 1kg/cm 2 時(shí)進(jìn)行更換,以便能在清洗濾芯時(shí)達(dá)到滿意的恢復(fù)效果,減低運(yùn)行成本,濾器的結(jié)構(gòu)滿足快速更換濾芯的要求。 2. 反滲透系統(tǒng) 反滲透是系統(tǒng)預(yù)脫鹽的核心部分,設(shè)計(jì)的成熟、合理與否不僅直接決定系統(tǒng)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,而且關(guān)系到反滲透裝置的使用壽命,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)反滲透產(chǎn)水量為 50m 3 /h 。 高壓泵 反滲透膜元件對(duì)水中的離子具有選擇透過(guò)性,因而在反滲透濃水側(cè)和產(chǎn)水側(cè)存在著滲透壓差,這樣就必須要有外界的壓力來(lái)克服滲透壓差才能夠使反滲透裝置正常工作并達(dá)到設(shè)計(jì)要求,外界的壓力通過(guò)高壓泵來(lái)提供。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算,采用立式多級(jí)離心高壓泵 2 臺(tái)( 2 用 0 備),具有運(yùn)行壓力穩(wěn)定,噪音小,使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。高壓泵單臺(tái)能力 Q=40 m 3 /h , H=15bar , N=30kw 。 反滲透裝置 考慮到微生物污染的有效防治, RO 的膜元件選用抗污染型低壓復(fù)合膜。 該種復(fù)合膜與傳統(tǒng)復(fù)合膜相比,具有以下優(yōu)點(diǎn): 膜流量高,可以在較低的水壓和較高的流速下,獲得相等的脫鹽率,也就是說(shuō),在保持高脫鹽率的狀態(tài)下時(shí),其淡水流速幾乎達(dá)到其他復(fù)合聚酰胺膜的兩倍,在產(chǎn)水量相同的條件下,可以減少占地面積,降低膜組的投資;機(jī)械強(qiáng)度好,運(yùn)行壽命長(zhǎng),在設(shè)計(jì)工況下,使用壽命一般可以達(dá)到 3~5 年;對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)能力強(qiáng),尤其是水溫和 pH 。進(jìn)水 pH 值在 2~11 均可,在進(jìn)水的常規(guī)水溫度下不影響其處理效果。 整套反滲透系統(tǒng)共用 48 支 8 ″膜,膜組件采用一級(jí)兩段形式,每根壓力容器中安裝 6 根膜元件,按照 5 : 3 的排列,即第一段的 5 根反滲透膜管的濃水作為第二段 3 根反滲透膜管的進(jìn)水。這樣的設(shè)置可以保證 RO 膜元件的設(shè)計(jì)通量和回收率小于膜元件制造的最大通量和回收率,降低單只膜元件的產(chǎn)水回收率,從而延長(zhǎng)膜元件的使用壽命,降低膜元件的產(chǎn)水年衰減率。選用的膜元件的型號(hào)為 BW30-400 ,單根膜元件的最大回收率為 15% ,脫鹽率超過(guò) 98% ,可以達(dá)到 99.5% ,連續(xù)運(yùn)行的 pH 范圍廣,在 2-11 之間。系統(tǒng)總回收率為 75% ,可以保證三年以上仍保證穩(wěn)定的系統(tǒng)回收率。 反滲透裝置配有相關(guān)的流量計(jì)、壓力表、溫度計(jì)、集中取樣裝置和相關(guān)的控制元件。在產(chǎn)水側(cè)設(shè)不合格排放閥,能夠?qū)傞_(kāi)機(jī)、停機(jī)維護(hù)、調(diào)試時(shí)短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的不合格產(chǎn)水排放,不使其進(jìn)入后續(xù)工段。反滲透濃水側(cè)設(shè)置電動(dòng)排放閥,在反滲透裝置開(kāi)啟前進(jìn)行低壓沖洗和停用時(shí)置換膜元件內(nèi)的濃水,防止停用后無(wú)機(jī)鹽在膜元件內(nèi)沉淀,沖洗壓力為 1.5kg/cm 2 ,一般用預(yù)處理設(shè)備的給水就足夠了。 化學(xué)清洗裝置 反滲透裝置的預(yù)處理設(shè)計(jì)越趨于完善,膜元件清洗的次數(shù)就可以減少,但是完全保證膜元件不被污染是不可能的,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)壓力升高,產(chǎn)水量降低,脫鹽率下降等特征時(shí),就必須考慮對(duì)反滲透膜的化學(xué)清洗,首先應(yīng)判斷發(fā)生污染的性質(zhì)和位置,然后采用相應(yīng)配套的化學(xué)藥劑溶液通過(guò)每段反滲透組件留有的清洗接口進(jìn)行清洗。 清洗裝置由清洗泵、清洗箱以及相關(guān)的流量計(jì)、壓力表、閥門(mén)、管路系統(tǒng)等。一般當(dāng)系統(tǒng)壓力上升 15% 以上時(shí),需要進(jìn)行化學(xué)清洗,一般 4-6 個(gè)月清洗一次。化學(xué)清洗裝置溶藥箱容積為 2m 3 ,清洗泵 1 臺(tái),能力為 40m 3 /h , H=34m , N=5.5kw ,配套精密過(guò)濾器 1 臺(tái),處理能力 Q=40m 3 /h ,規(guī)格為Ф 500 × 1757mm ,濾芯材質(zhì):聚丙烯,過(guò)濾精度: 5 μ m ,濾芯數(shù)量: 36 根。 3. 精處理系統(tǒng) 精處理脫鹽系統(tǒng)是保證產(chǎn)品水達(dá)到目標(biāo)水質(zhì)的保障手段。本精處理系統(tǒng)包括:中間水箱、純水泵、混床、微孔過(guò)濾器、純水箱、供水泵和紫外線消毒器。 中間水箱與純水泵 為便于收集反滲透出水,并利于泵的穩(wěn)定連續(xù)提升,設(shè)置中間水箱 1 個(gè),有效容積 V=10m 3 ,尺寸:Φ 2390 × 2800mm ,材質(zhì): PE ,箱內(nèi)配置液位控制,可根據(jù)液位的高低自動(dòng)控制純水泵的啟停,并具有報(bào)警功能。為盡量避免細(xì)菌污染,水箱采用封閉形式,并在通空氣處設(shè)有無(wú)菌空氣呼吸器,過(guò)濾凈化空氣。 RO 出水流至中間水箱,中間水箱出水經(jīng)純水泵提升至混床。 選用純水泵 2 臺(tái)( 1 用 1 備),單臺(tái)能力為 Q=50m 3 /h , H=18 m 。 混床 混床是離子交換除鹽系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛和有效的一種方式,它將陰、陽(yáng)樹(shù)脂按一定比例混合填裝在一個(gè)交換器內(nèi),可以同時(shí)去除水中的陰、陽(yáng)離子,在混床中經(jīng)陰陽(yáng)樹(shù)脂交換生成的氫氧根離子立即得到中和生成水,不存在反離子的干擾,因此離子交換反應(yīng)進(jìn)行的十分徹底,出水純度很高,同時(shí)出現(xiàn)間斷運(yùn)行時(shí)對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)影響較小,交換終點(diǎn)明顯,容易判斷交換器是否失效。本設(shè)計(jì)采用一級(jí)混床進(jìn)一步脫鹽,確保產(chǎn)品水水質(zhì)穩(wěn)定可靠。 設(shè)計(jì)混床 3 臺(tái)( 2 用 1 備),混床設(shè)有人孔、手孔和視鏡孔等,便于觀察和操作,單臺(tái)處理能力 Q=25m 3 /h ,規(guī)格為Ф 1200 × 3700mm 。 離子交換運(yùn)行到一定時(shí)期,必須進(jìn)行樹(shù)脂的再生,保證樹(shù)脂再生交換容量,再生的方式具有體外再生和體內(nèi)再生兩種方法。一般而言,體外再生的再生效果優(yōu)于體內(nèi)再生,但是操作復(fù)雜,工作量大。對(duì)于本系統(tǒng),混床是作為精處理工段使用,再生周期很長(zhǎng),約半年再生一次,如果采用體外再生樹(shù)脂重新裝填將非常麻煩,而采用簡(jiǎn)單易于操作的體內(nèi)再生即可以滿足系統(tǒng)使用的要求。因此,設(shè)計(jì)采用體內(nèi)再生方式,配置堿酸再生裝置 1 套,包括酸堿貯槽、酸堿計(jì)量箱、酸堿計(jì)量泵等配套設(shè)備。 微孔過(guò)濾器 作用是有效濾除細(xì)菌尸體和混床樹(shù)脂碎屑。 設(shè)計(jì)微孔過(guò)濾器 1 臺(tái),設(shè)備處理能力 Q=50m 3 /h ,規(guī)格為Ф 500 × 1500 ,濾芯材質(zhì):聚丙烯,過(guò)濾精度: 0.45 mm ,濾芯數(shù)量: 51 根。 純水箱與供水泵 微孔過(guò)濾的出水進(jìn)入純水箱,通過(guò)供水泵輸送至用水點(diǎn)。 設(shè)計(jì)純水箱 1 座 , 有效容積 V=63 m 3 ,尺寸:Φ 4500 × 4400mm ,材質(zhì): PE ,箱內(nèi)配置液位控制,可根據(jù)液位的高低自動(dòng)控制純水泵的啟停,并具有報(bào)警功能。為盡量避免細(xì)菌污染,水箱采用封閉形式,并在通空氣處設(shè)有無(wú)菌空氣呼吸器,過(guò)濾凈化空氣。 配套供水泵 2 臺(tái)( 1 用 1 備),單臺(tái)泵能力為 Q=50 m 3 /h , H=16 m 。 紫外線殺菌器 紫外線殺菌是目前純水制備普遍采用的殺菌方式,重要的是不產(chǎn)生任何消毒副產(chǎn)品,對(duì)產(chǎn)品水水質(zhì)量沒(méi)有影響。而且設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便,運(yùn)行費(fèi)用低。 本工程設(shè)計(jì)采用紫外線消毒設(shè)備 1 臺(tái),處理能力 50m 3 /h 。
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