生物制药纯水技术方案.docx

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生物制药纯水技术方案

山东胶东生物制药有限公司

化学水处理系统

技

术

方

案

目录

一、概述

二、方案基础

三、工艺系统说明

四、经济比较

五、控制系统说明

六、设备材料清单

一、概述

本项目是2t/h纯水处理系统，水源为城市自来水（备用水源为地下深井水），根据本项目的水源特点和目前化学水处理系统的工艺技术状况，将本水处理工艺系统分为三个子系统，即预处理系统、脱盐系统、纯水供水系统。

预处理系统主要用于去除水中的悬浮物、胶体、有机物和铁锰等离子，保证出水有机物含量及污染指数（SDI）等指标满足反渗透进水要求。

脱盐系统主要用于去除水中各种溶解固形物即盐份。

纯水供水系统主要用于工艺用水杀菌消毒，并循环送至各用水点。

根据该项目的水源水质情况、产水水质指标及业主的要求，建议采用下述方案，多介质过滤器+活性炭过滤器+一级反渗透+二级反渗透+紫外线杀菌+臭氧处理，由纯水泵送至各用水点。

二、设计基础

2.1设计依据

水质分析报告及业主用水水质水量的要求。

2.2原水水源及水质

原水水源为乳山市城市自来水，主要水质指标见水质分析报告:

项目

单位mg/L

项目

单位mmol/L

全固型物

酚酞碱度

溶解固形物

全碱度

悬浮物

全硬度

全硅

电导率（μs/cm）

活性硅

化学耗氧量（重铬酸钾快速法）mgO2/L

非活性硅

游离二氧化碳

PH

项目

mg/L

mmol/L

项目

mg/L

mmol/L

钙离子（1/2Ca2+）

氟离子（F-）

镁离子（1/2Mg2+）

氯离子（Cl-）

铁离子（1/2Fe2-3/1Fe3+）

硫酸根（1/2SO42-）

钠离子（Na+）

重碳酸根（HCO3-）

钾离子（K+）

氢氧根（OH-）

锶（1/2Sr2+）

碳酸根（1/2CO32-）

钡（1/2Ba2+）

硝酸根（NO3-）

总阳离子

总阴离子

2.3水质特点分析

2.4水质要求

项目

单位

数值

总硬度

微摩尔/升

二氧化硅

微克/升

电导率

微西/厘米

2.5产水规模

系统总出水：

2m3/h

三、工艺系统说明

3.1工艺流程：

来水→原水箱→原水泵→（絮凝剂加药装置）→换热器→管道混合器→多介质过滤器→活性炭过滤器→（阻垢剂加药装置）→一级保安过滤器→一级高压泵→一级反渗透装置→中间水箱→中间水泵→（碱加药装置）→二级保安过滤器→二级高压泵→二级反渗透装置→纯水箱→纯水泵→紫外线杀菌→臭氧发生器→使用点

3.2概述

本工艺系统可分为三个子系统：

即预处理系统、脱盐系统、纯水输送系统。

预处理系统主要由原水泵、絮凝剂加药装置、换热器、多介质过滤器、活性炭过滤器等组成。

脱盐系统由阻垢剂加药装置、一级保安过滤器、一级高压泵、一级反渗透装置、中间水泵、碱加药装置、二级保安过滤器、二级高压泵、二级反渗透装置、反渗透清洗装置等组成。

纯水输送系统由纯水泵、紫外线杀菌器、臭氧发生器等组成。

3.3主要工艺设备功能简述

3.3.1预处理系统

3.3.1.1絮凝剂加药装置

为了保证预处理的效果，在多介质过滤器前投加絮凝剂，使水中悬浮物、胶体、有机物等颗粒形成絮凝体，在多介质过滤器上被截留去除。

本方案中的絮凝剂是浅黄色液体，其有效成分是10-11％的Al2O3。

它的作用原理是通过吸附架桥作用使胶体形成大颗粒絮体，从而达到除胶的目的。

本加药装置主要由絮凝剂溶药箱、絮凝剂计量箱和絮凝剂计量泵组成。

3.3.1.2多介质过滤器

多介质过滤器是利用石英砂、无烟煤两种滤料去除原水中的悬浮物，属于普通快滤设备。

含有悬浮物颗粒的水在管道混合器中与絮凝剂充分混合，使水中形成胶体颗粒的双电层被压缩。

当胶体颗粒流过多介质过滤器的滤料层时，滤料缝隙对悬浮物起筛滤作用使悬浮物易于截留在滤料表面。

当在滤料表层截留了一定量的污物形成滤膜，随时间推移过滤器的产水量将会逐渐下降。

此时需要利用逆向水流反洗滤料，使过滤器内石英砂及无烟煤层悬浮松动，从而使粘附于石英砂及无烟煤表面的截留物剥离并被水流带走，恢复过滤功能。

本工程中使用的双层滤料是在过滤层上部放置较轻的大颗粒无烟煤，下部为大比重的小颗粒石英砂，这样可以充分发挥整个滤层的效率、提高截污能力。

3.3.1.3活性炭过滤器

活性炭过滤器主要去除水中的部分有机物和游离余氯。

由于原水中加入了杀菌剂，会产生余氯。

余氯如果直接进入RO系统，则会氧化RO膜，对RO膜造成不可逆的破坏。

过多的有机物非常容易滋生细菌，产生对膜的微生物污染。

活性炭可以吸附余氯和部分有机物，保护RO膜。

3.3.2脱盐系统

3.3.2.1阻垢剂加药装置

阻垢剂加药装置的作用是在预处理后的原水进入反渗透之前，加入高效率的专用阻垢剂，以防止反渗透浓水侧产生结垢。

反渗透的工作过程是原水在膜的一端流向另一端，水分子透过膜表面，从原水侧到达产水侧，而无机盐离子就留在原来的一侧。

随着原水的流程逐渐增长，水分子不断进入到产水侧，留在原水中的含盐量逐步增大，即原水逐步得到浓缩，而最终成为浓水，从装置中排出。

浓水受浓缩后各种离子浓度将成倍增加。

自然水源中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-、SiO2等易产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数，所以不会有结垢出现，但经浓缩后，各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数，因此会产生严重的结垢。

本系统设计采用进口的阻垢/分散剂，它可以提高水中的难溶盐的饱和度，它具有以下功能：

抑制析出作用

分散作用

晶格扭曲作用

络合作用

3.3.2.25μ保安过滤器

5μ过滤器的主要目的是截留膜前水中可能透过来的残留的颗粒、胶体、悬浮物，以防止大颗粒物进入高压泵、反渗透膜。

保安过滤器的外壳采用不锈钢，内装过滤精度5μm聚丙烯滤芯。

在正常工作情况下，滤芯可维持3-6个月的使用寿命，当大于设定的压差（通常为0.15MPa）时更换。

3.3.2.3反渗透主机

反渗透系统主要去除水中的绝大部分溶解盐类，同时去除一些有机大分子和前阶段未去除的细小微粒等。

预处理产水进入反渗透膜组，在压力作用下，大部分水分子和微量其它离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，通过产水管道进入后续设备；水中的大部分盐分、有机物等不能透过反渗透膜，残留在少量浓水中，由浓水管排出。

当反渗透装置停运时，由于浓水直接接触反渗透膜的外表面，浓水经过静置后，水中难溶物质会附着在反渗透膜外表面，污堵反渗透膜。

因此，我们在设计中，通过PLC可编程控制器设定程序，在RO停机时用RO产品水自动冲洗反渗透膜3~5分钟，将浓水排出RO主机。

为保证产水水质满足工艺用水要求，本系统设置两级反渗透装置串联运行。

3.3.2.4化学清洗系统

反渗透膜经过长期运行后，会积累某些难以冲洗的污垢，如有机物、无机盐垢等，造成系统能耗上升产水量下降。

这类污垢必须使用化学药品进行清洗才能去除。

化学清洗使用反渗透清洗装置进行，其中包括一台清洗液箱、清洗过滤器、清洗泵以及配套管道、阀门和仪表。

清洗泵与清洗液箱设有循环回路，通过泵打循环的方式使清洗液充分与水混合。

根据膜污染物的不同配置不同的清洗液。

3．3．3纯水输送系统

3.3.3.1紫外线杀菌器

工艺原理：

设置紫外线杀菌灯，将水中余留的少量细菌杀死，确保系统的细菌指标达到用户要求。

其紫外线波长为254nm，照射强度30000μws/cm2，照射时间8000h，杀菌率>99%。

技术要求:

规格：

UV-6

波长：

254nm

外壳材质：

不锈钢

3.3.3.2臭氧发生器

与2t/h纯化水系统配套

五、控制系统说明

5．1控制系统

5．1.1控制系统概述

根据工艺条件，系统的控制对象主要是开关量，涉及到的控制对象除了开关阀以外，主要是泵设备的控制。

也就是说系统是一个以开关量控制为主的系统；所以本控制系统采用可编程逻辑控制器（PLC）系统的自动控制，同时通过各类在线仪表监测系统的运行状态。

PLC数据总线还保留与工厂DCS系统的接口能力。

5．1.2PLC控制原理

本控制系统采用PLC进行控制。

PLC即可编程逻辑控制器，它根据编制的程序以及采得的数据信息进行逻辑运算，并将运算结果通过信号输出到执行机构来控制系统设备的运行。

采集的数据信号（如流量、液位、阀门和马达的反馈信号等）通过开关量输入、模拟量输入等卡件传送中央处理器CPU，CPU经过逻辑运算，将运算结果通过开关量输出、模拟量输出等卡件以及配合的外围电路驱动执行机构（如阀门、马达等），用户将编制的程序下传至CPU，CPU按用户指令进行运算，实现可编程控制。

5．1.3工艺过程控制方案

1）水泵控制

系统中所有水泵均带有低液位保护装置，当前面用水水箱液位低时，会发出低液位报警信号，停止相应水泵的运行，来保护水泵不在空转情况下工作。

RO装置的高压泵进出口装有低压和高压保护开关。

当供水量不足使高压泵入口的水压低于某一设定值（正常为0.05MPa）,会自动发出信号停止高压泵运行,保护高压泵不在空转情况下工作。

当系统因其它的原因或误操作，使高压泵的出口压力超过某设定值时，高压泵出口压力保护会自动切断高压泵供电，同时停运相应的RO装置，保护系统设备不受损害。

2）加药控制

对于配比加药的控制，本系统是根据对应装置的启停控制对应计量泵的启停，从而实现定量投加。

3）反渗透系统（RO）控制

RO系统的启动、运行、冲洗、停机备用等过程均可由PLC实现自动控制。

同时，RO系统还设置一块就地仪表盘和一块就地操作盘，在就地盘上可读出RO的有关工艺参数，如电导率、流量、压力等；以及能在就地操作盘上启停RO进水高压泵及相关的自动阀门。

4）反渗透（RO）启停保护

当RO投入运行时,为了防止高压泵突然启动升压，产生对RO膜元件的高压冲击破坏反渗透膜，在RO装置的高压泵出口至RO膜组件间设置一个慢开阀门，由可编程序控制器（PLC）控制打开阀门，使反渗透膜元件逐渐升压至一定的压力。

在RO停止使用时，打开冲洗阀、浓水端排放阀和产水阀，用产品水对RO膜组件自动冲洗5min左右，以避免浓水中的高浓度盐类在RO膜表面沉积结垢而影响膜的性能。

5．1.4PLC控制方案

1）数据采集

采集整个系统各个装置的重要工艺参数、设备运行状态等重要数据。

2）实时监控

对整个工艺生产过程实现实时操作、设置、控制、显示、报警，最大限度的减少值守人员。

3）动态仿真

对工艺流程画面实现动态模拟显示，动态跟踪工艺参数，直观了解设备运行状况。

4）联锁、报警

对非正常的工艺参数和设备的运行状态实施声光报警，出现危险和异常状态时对设备进行联锁保护，如系统中的液位与相应的泵及阀门设备的联锁，高压泵与进、出口压力的联锁。

5）流量的累积及清零

本系统对过滤器、反渗透（RO）、混床等设备的流量计都设有流量的瞬时显示及累积功能，并且对于每个累计流量均设有回零功能。

6）报表输出

提供装置运行状态的各种统计、积算报表，报表可以按班、日、月等各种需求的时间段输出。

同时提供打印输出功能。

7）手动控制

系统可以实现手动和自动的切换，在非正常运行状态下，对每台泵设备和控制阀可以进行手动控制。

8）网络功能

系统保留通过以太网与工厂管理信息网络（MIS）连接，也可以通过扩展与工厂的其他控制网络通讯。

提供WINDOWS2000、WINCC或CIMPLICIHYSOFTWARE等软件支持平台。

9）电仪控制一体化

电气设备和工艺过程的控制由一个控制系统完成，提高系统的完整性和可靠性。

5．1.5控制系统配置

1）硬件

控制系统硬件组成包括可编程控制器（PLC）和上位机构成的控制网络。

上位机采用工业控制机，PLC采用性能可靠、广泛应用于工业控制领域的产品。

2）软件

PLC应用软件:

运行于PLC，实现各种控制功能；

监控软件:

基于WINDOWS2000平台，功能强、使用简单、运用可靠的软件。

作为人机界面，用于操作、调试人员监视装置运行状态、控制现场设备的接口。

5．2仪表

5．2.1概述

现场仪表包括温度、压力、液位、流量、在线分析仪表和控制阀。

分析仪表有电导率等检测仪表。

5．2.2仪表选型

现场仪表的选型原则是满足工艺要求、质量可靠。

5．3电气

5．3.1供配电

水处理站用电设备电压等级为380/220VAC。

车间内设动力配电中心。

动力中心向全车间动力设备供电。

5．3.2电气设备控制

电动机采用自动/手动两种操作方式。

集控操作在中央控制室统一操作，控制由PLC实现。

泵的联锁、备用自投均由PLC实现。

中央控制室上位机能监控电气设备的运行状态、参数、电气设备故障报警等。

所有电动机旁均设有机旁就地操作按钮。