電子廠配套用工業(yè)超純水設(shè)備工程案例
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一、項(xiàng)目背景 深圳某電子廠配套工業(yè)超純水設(shè)備工程案例。二、設(shè)計(jì)水量 本系統(tǒng)要求產(chǎn)品水量為50m3/h,因此設(shè)計(jì)產(chǎn)水量確定為50 m3/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 m3/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)保部門進(jìn)行了全水質(zhì)分析,主要檢測(cè)分析結(jié)果見水質(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≥10MΩ•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)(18MΩ*cm,15MΩ*cm,2MΩ*cm和0.5MΩ*cm四級(jí)) 1、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 2、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0.5µm精密過(guò)濾器→用水對(duì)象 3、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0.5µm精密過(guò)濾器→用水對(duì)象 4、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0.5µm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 MΩ•cm),目前一般采用更*的EDI技術(shù);對(duì)電阻率低于16MΩ•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*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: 本系統(tǒng)原水采用深井水,水溫在15℃左右,對(duì)于反滲透系統(tǒng)不是*溫度。反滲透系統(tǒng)的的溫度為20℃左右,如果要保證20℃的溫度,必須對(duì)原水采用加溫措施,加溫的方式可以選用電加熱或蒸汽換熱,對(duì)于小水量系統(tǒng)比較可行,但是對(duì)于較大水量系統(tǒng),能耗偏高。其付出與升溫帶來(lái)的益處相比,反而不具有經(jīng)濟(jì)性。溫度的升高雖然有利于提高反滲透系統(tǒng)的回收率,但是在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)于反滲透系統(tǒng)的回收率具有一定的余度,因此無(wú)需加溫仍*可以滿足系統(tǒng)要求。同時(shí),升溫過(guò)程的控制和操作也比較復(fù)雜。因此,本系統(tǒng)不考慮采用原水升溫措施,只在反滲透系統(tǒng)中考慮水溫影響,進(jìn)行修正。 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,用以去除原中水的懸浮固體、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50m3/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: ?。保乐鼓z體物質(zhì)及懸浮物固體顆粒、泥沙等產(chǎn)生污堵; ?。玻乐勾蠓肿佑袡C(jī)物質(zhì)、微生物產(chǎn)生污堵; ?。常乐狗礉B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) 4.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(砂濾器/炭濾器)、保安過(guò)濾器、阻垢劑投加裝置、調(diào)pH裝置。1.1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=30m3,尺寸:Φ3100×4200mm,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=40m3/h,H=24.5m,N=5.5kw。 1.2組合過(guò)濾器 組合過(guò)濾作為預(yù)處理的*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?;钚蕴?/b>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?;钚蕴康氖褂茫梢杂行ьA(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/m3,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Ф2400×3000,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?;钚蕴?。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Q=139m3/h,H=24m,N=15kw。 1.3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PTP-2000阻垢劑加藥裝置。 PTP-2000阻垢劑是KINGLEE公司開發(fā)的主要產(chǎn)品之一,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),*將硅的溶解度降在安全現(xiàn)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大240ppm還不致結(jié)垢; 碳酸鈣、硫酸鈣、*、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; 籍由分散阻塞微利來(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2.9ppm,考慮到設(shè)計(jì)的安全余量,設(shè)計(jì)投加量確定為3.5ppm,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0.15m3,計(jì)量泵采用進(jìn)口計(jì)量泵,zui大加藥量為0.9L/h。 1.4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zui大投加量為25ppm,配套在線pH計(jì),控制pH的調(diào)。 設(shè)計(jì)采用調(diào)pH裝置一套,藥箱的容積為0.15m3,計(jì)量泵采用進(jìn)口計(jì)量泵,zui大加藥量為1.2L/h。 1.5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zui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=60-80m3/h,規(guī)格為Ф600×2111mm,濾芯材質(zhì):聚丙烯,過(guò)濾精度:5μm,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/cm2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50m3/h。 2.1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,采用丹麥格蘭富立式多級(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 m3/h,H=15bar,N=30kw。 2.2反滲透裝膜 膜組件選用美國(guó)陶氏公司的產(chǎn)品??紤]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*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zui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zui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_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/cm2,一般用預(yù)處理設(shè)備的給水就足夠了。 2.3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*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、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2m3,清洗泵1臺(tái),能力為40m3/h,H=34m,N=5.5kw,配套精密過(guò)濾器1臺(tái),處理能力Q=40m3/h,規(guī)格為Ф500×1757mm,濾芯材質(zhì):聚丙烯,過(guò)濾精度:5μm,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。 3.1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=10m3,尺寸:Φ2390×2800mm,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=50m3/h ,H=18 m。 3.2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*,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=25m3 /h,規(guī)格為Ф1200×3700mm。 離子交換運(yùn)行到一定時(shí)期,必須進(jìn)行樹脂的再生,保證樹脂再生交換容量,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。 3.3微孔過(guò)濾器 作用是有效濾除細(xì)菌尸體和混床樹脂碎屑。 設(shè)計(jì)微孔過(guò)濾器1臺(tái),設(shè)備處理能力Q=50m3/h,規(guī)格為Ф500×1500,濾芯材質(zhì):聚丙烯,過(guò)濾精度:0.45 mm,濾芯數(shù)量:51根。 3.4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 m3,尺寸:Φ4500×4400mm,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 m3/h,H=16 m。 3.5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)后任何消毒副產(chǎn)品,對(duì)產(chǎn)品水水質(zhì)量沒有影響。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)采用美國(guó)紫外線消毒設(shè)備1臺(tái),型號(hào)為Q480IL,處理能力50m3 /h。
本文系公司技術(shù)部實(shí)踐得之,如有不足之處歡迎您點(diǎn)解之!