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(shè) 計 書

設(shè)計人：余艷：13073396006，674831270@qq.com

一、設(shè)計基礎(chǔ)

1 設(shè)計要求

1.1 預(yù)處理系統(tǒng)出力和出水水質(zhì)

1.1.1 出力:≥4m 3 /h

1.1.2 出水水質(zhì):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(zhì)

1.2.1 出力:4m 3 /h

1.2.2 回收率：≥65%

1.2.3 出水水質(zhì):

RO 電導(dǎo)率≦ 15μs/cm

1.32 級反滲透系統(tǒng)出力和出水水質(zhì)

1.3.1 出力:≥2.3m 3 /h

1.3.2 回收率: ≥75%

1.3.3 出水水質(zhì):

RO 電導(dǎo)率≦ 5μs/cm

1.4EDI 電再生系統(tǒng)出力和出水水質(zhì)

1.4.1 出力:≥2m 3 /h

1.4.2 回收率: 90%

1.4.3 出水水質(zhì):

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(shè)計依據(jù)

2.1 原水水源：蘇州市政自來水

2.2 原水設(shè)計溫度：25℃

2.3 設(shè)計界線：原水箱裝置進(jìn)口至成品水出口（詳見工藝流程圖）；

2.4 其它涉及的設(shè)計基礎(chǔ)條件將在技術(shù)討論中確定。

3 系統(tǒng)對外界要求

3.1 進(jìn)水管：進(jìn)水管引至原水箱裝置入口；

3.2 供電纜：根據(jù)設(shè)計容量，由用戶自己負(fù)責(zé)；

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(xué)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(guān)鍵設(shè)備的長期可靠穩(wěn)定運行，則必須設(shè)置預(yù)處理系統(tǒng)，以滿足后續(xù)系統(tǒng)的 3

進(jìn)水指針，我方擬采用更為運行成熟穩(wěn)定的工藝：預(yù)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(shè)備功能簡述

原水進(jìn)入反滲透膜后，隨著水和少量離子不斷的透過反滲透膜進(jìn)入淡水側(cè)，濃水側(cè)

各類離子、懸浮物及有機物的濃度不斷升高，當(dāng)各類物質(zhì)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(shè)備在運行過程中

反滲透設(shè)備的預(yù)處理設(shè)備的功能就是去除原水中對反滲透膜有損傷物質(zhì)，還需要

防止結(jié)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(shè)備的處理，保護(hù)反滲透

設(shè)施能正常安全地運行。

2.1 預(yù)處理

預(yù)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(dá)到或接近設(shè)計使用壽命。預(yù)

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(dāng)原水的供應(yīng)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(dāng)原水供應(yīng)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(hù)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(zhì)，以減少精濾器的負(fù)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(shè)計流速 9.0m/h，總產(chǎn)水量為

4m 3 /h。根據(jù)運行時間進(jìn)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(zhì)，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(shè)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(jié)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(shè)計流速 14.2m/h，

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

水的硬度主要是鈣（Ca 2 ）、鎂（Mg 2 ）離子構(gòu)成的。當(dāng)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(zhì)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(dāng)樹脂吸收一定量的鈣（Ca2 ）、鎂（Mg2 ）離子之后，就必須進(jìn)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(fù)了軟化交換的能力。

鈉型樹脂的交換反應(yīng)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(shù)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(jié)構(gòu)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(shè)定根據(jù)原水的硬度進(jìn)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(shè)定滿足出水中不含有殘留的再生溶液為準(zhǔn)，在理論計算值上，適當(dāng)延

長，確保系統(tǒng)產(chǎn)水中不含有殘留的再生溶液。 5

技術(shù)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(jìn)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(biāo)稱過濾精度粒徑的懸浮物，從而能保護(hù)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(jìn)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(dāng)大于設(shè)定的壓差（通常為 0.07-0.1MPa）

時應(yīng)當(dāng)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(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行反洗操

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

過該水箱的液位控制使預(yù)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(hù)高壓泵。

2.2 純水處理

2.2.1 高壓泵

高壓泵是反滲透設(shè)備的主要動力設(shè)備，高壓泵應(yīng)設(shè)置過熱保護(hù)，泵前設(shè)有低液位保

護(hù)，泵后設(shè)有高壓保護(hù)開關(guān)。當(dāng)高壓泵前低液位時，高壓泵停運，以保護(hù)高壓泵，當(dāng)高

壓泵出口壓力高于設(shè)定值后，高壓泵停運，以保護(hù)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(zhì)的含量降低，提高水質(zhì)的純度，其脫鹽率可達(dá)到 98%以上，并能將水

中的細(xì)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。考慮

到設(shè)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(dá) 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(dāng)系統(tǒng)設(shè)計溫度為 25 。 C 時，考慮到原水水質(zhì)變化以及膜的使用壽命等因素，本

系統(tǒng)采用 4 英寸的復(fù)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(xué)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(jìn)行化學(xué)清洗的，同時在正常運轉(zhuǎn)時，用來進(jìn)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(fù)，恢復(fù)膜的性能，提高產(chǎn)水量，并能延長膜的壽

命。RO 裝置的化學(xué)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(dāng)膜組件受污染時,可以用它進(jìn)行 RO 系統(tǒng)的化學(xué)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(jié)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(dāng)反滲透膜出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象或受污染而

導(dǎo)致性能下降，就必須根據(jù)情況采用相應(yīng)化學(xué)藥品進(jìn)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(jìn)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(zhì)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(hù)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(fù)，導(dǎo)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(jìn)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(fù)，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(hù)液。

2.2.3PH 值調(diào)節(jié)裝置

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

進(jìn)水指標(biāo)。

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(dāng) 2 級 RO 純水的供應(yīng)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(dāng) 2 級 RO 純水供應(yīng)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(hù)純水泵的作用。

2.3 后級精處理設(shè)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(xì)菌和微生物,防止細(xì)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(jìn)口紫外線燈管，波長 254nmUV 使

用壽命可達(dá) 9000 個小時，殺菌效果達(dá) 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(xì)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(jìn)口儀表組裝而成，進(jìn)一步對 RO 純水（電導(dǎo)率小

于 5μs/cm）進(jìn)行脫鹽處理。它具有技術(shù)先進(jìn)、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(zhì)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(guān)電 7

源組成，整機設(shè)有缺水保護(hù)和漏電保護(hù)，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(jìn)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(gòu)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(wù)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(zhuǎn)換功能，把現(xiàn)場模擬信號，轉(zhuǎn)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(chǔ)上，結(jié)

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(dǎo)，以及系統(tǒng)易

耗件失效更換的報警，對于系統(tǒng)的維護(hù)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(xué)反應(yīng)裝置中阻垢劑配比藥投加量控制是通過對應(yīng)介質(zhì)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(xué)反應(yīng)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(shè)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(guān)工藝參數(shù)，以及能在就地操作盤上啟、停 RO 進(jìn)水高壓泵及相關(guān)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(xué)清洗。

2.4 高壓泵的保護(hù)系統(tǒng)

RO 裝置的高壓泵進(jìn)出口裝有低壓和高壓保護(hù)開關(guān)。當(dāng)供水量不足使高壓泵入口的水

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

在空轉(zhuǎn)情況下工作。 當(dāng)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(shè)定

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

2.5RO 啟停保護(hù)

當(dāng) 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(shè)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(jié)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(shè)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(guān)工藝參數(shù)，在就地操作盤上啟、停淡水泵和高頻開關(guān)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(hù)

EDI 膜堆的濃水出口裝有一個流量開關(guān)，當(dāng)使用中的 EDI 濃水流量低于最小設(shè)定值

或純水箱出現(xiàn)低水位時，高頻開關(guān)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(dāng)使用點開啟時，純水泵首先啟動，然后高頻開關(guān)電源啟動；當(dāng)使用點關(guān)閉時，

高頻開關(guān)電源首先停止運行，然后純水泵停止運行。當(dāng)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。