医用纯进水反渗透技术处理毕业设计.docx

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医用纯进水反渗透技术处理毕业设计

医用纯进水反渗透技术处理

摘要

本水处理系统设计主要采用反渗透（Reverseosmosis）技术，制备医药用纯水。

通过对水处理系统相关知识和工艺的介绍，确定了制备医药用纯水的有关参数和控制要求。

利用反渗透技术制备医用纯水，采用西门子S7-200系列PLC、继电器和显示仪表等对反渗透系统进行电气控制。

最终实现了由PLC、继电接触器以及现场检测执行元件、上位显示仪表等组成了自动控制系统。

通过本设计结合反渗透的学习，可以更好地学习和掌握西门子S7-200系列PLC和反渗透技术。

关键词：

医用纯水反渗透技术PLC控制设计

前言

随着水资源危机的加剧和水环境质量的不断恶化，水资源已演变成备受全世界关注的环境问题。

对工业和生活废水进行处理从而转化成可饮用水已经成为解决水资源危机的一条重要途径。

目前世界上最先进的水处理技术是薄膜反渗透（RO）过滤。

反渗透过滤工艺由于不发生相变化和不需要酸碱再生，在能源紧张的今天具有非常重要的意义：

并且反渗透工艺生产过程中不使用酸、碱等对环境有害物。

因此，在环境污染日益严重和人们的环保意识日益增强的今天，反渗透过滤工艺有着广阔的应用前景。

反渗透，英文名为ReversesOsmsis,目前已广泛应用于科研、医药、食品饮料海水淡化等领域。

而在工业用超纯水，例如电子、电力超纯水，化工、电镀超纯水，锅炉补给水及医药用超纯水的制备上常被用来作为去离子，电去离子（EDI）的前一级处理。

反渗透设备是膜法水处理设备的一种，反渗透技术是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，是当前制备纯水的及高纯水时应用最广范的一种设备。

在膜设备当中，反渗透膜可去除离子级杂质，使出水达到纯水及高纯水的标准。

反渗透膜的膜孔径非常小（仅为10A左右），因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物有机物等（去除率高达70—80％）。

系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。

本设计采用S7-200可编程控制器PLC进行控制，可编程控制器以微处理为核心，有机地将3C（CompterControlCommunication）技术，即微型计算机技术、控制技术及通信技术融为一体，应用到工业控制领域的一种高可靠性控制器。

它具有控制能力强，可靠性高，配置灵活，编程简单，使用方便，易于扩展等优点，是当今及今后自动控制的主要手段和重要的自动化控制设备。

本水处理系统主要采用反渗透技术，制备医药用纯水，以RO脱盐为核心配置以前级预处理和后级深度处理同时辅以西门子S7-200系例PLC、继电器、现场检测元件显示仪表等对反渗透系统进行控制，并由继电器，接触器，电动机及其它电气元件按一定的要求和方式联结起来，最终实现电气的自动控制，而这种系统结构简单，价格低廉，维护方便，抗干扰强，工作稳定，广泛应用于各种控制系统。

第一章系统概述

1.1系统简介

本水处理系统主要采用反渗透（Reverseosmosis）技术，可制备医药用纯水。

该技术是传统水处理的一次突破。

反渗透（简称RO）技术作为一种高新技术。

已经被广泛应用于各种水处理场合。

本系统是以RO脱盐为核心配套以前级预处理和后级深度处理同时辅以西门子S7-200系列PLC、继电器、现场检测元件、显示仪表等对反渗透系统进行电气控制，形成一个完善的水处理系统。

1.2系统组成

该系统的电气控制部分采用主电路和控制电路进行控制，由于所有电动机都为小于10KW的小容量电动机，所以采用直接起动，在电路中是通过热继电器FR的常闭触点、接触器KM的主触点来实现起动、停止控制。

控制电路中由选择开关SA、热继电器FR、接触器KM、继电器KA等构成，最终通过PLC程序控制各触点动作，使各个电动机按要求运行，实现电器的自动控制。

1.3设计条件和目标

该系统是为要用纯水生产而设计，采用反渗透技术、西门子S7-200系列PLC、继电器、现场检测元件、显示仪表等对反渗透系统进行电气控制与参数显示。

最终实现了PLC、继电接触器及现场检测执行元件、上位显示仪表等组成了自动控制系统。

1.4工艺流程及工作过程→

原水→原水箱增压泵组→絮凝剂装置→多介质过滤器炭滤器→阻垢剂装置→保安滤器→一级高压泵→一级RO系统→NaOH添加装置→中间水箱→二级高压泵→二级R系统→纯水箱→输水泵→紫外线杀菌装置微孔→过滤器→用水点

工作过程：

整个系统有PLC程序控制，1、将原水注入原水箱，起动原水泵将原水抽出；2、向原水中加入絮凝剂以凝聚水中胶体物质，使原水在通过砂滤器时将其中的悬浮颗粒、杂质、胶体等物质过滤；3、原水通过活性碳过滤器，这是利用活性碳的吸附功能，将水中杂质进行二次吸附；4、再向水中加入阻垢剂，这是防止水中钙、锰盐在RO膜表面结垢，使水中的颗粒物质减少；5、原水进入精密滤器，这是对RO进水进一步过滤，直径小于5微米；6、原水经RO泵压入一级RO膜，将水中杂质的%80以上除去，为二级RO脱盐提供条件；7、在一级RO膜出水中加入NaOH，以调节二级进水PH值，提高二级RO膜，对一级RO出水进一步的脱盐，使得产水电导率小于2us/cm;10\此时将处理后的纯水存储在纯水箱；11、有送水增压装置将纯水送出，经紫外线灭菌装置杀灭水中可能产生的细菌；12、最后纯水经微孔滤器出水。

1.5技术术语

反渗透（RO）：

是一种借助于选择适合性膜（半透膜）的功能，一压力作为推动力来分离水溶性的一种莫法律技术。

原水：

待处理的原始水源。

RO水：

经预处理后进入反渗透系统的水。

RO浓水（脏水）未透过RO膜而推出的水。

脱盐率：

（原水含盐量-产水含盐量）×100%／系统进水量

系统水利用率：

（系统总进水量-系统产水量）×100%／系统总进水量

胶体物质：

粒径小于1微米的带电荷悬浮物。

电导率：

反映水中电解质的量化指标。

单位一般为微西/厘米

污染指数（SDI）值：

表示水中胶体对测试膜污染堵塞的量化指标，一般要求RO系统进水SDI不大于4。

第二章反渗透原理

2.1反渗透简介

反渗透RO（reverseosmosis）是六十年代发展起来的一项新的薄膜分离技术。

是利用压力差为动力的膜分离过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，反渗透设备是膜法水处理的一种，是当前制备纯水及高纯水时应用最广的一种设备。

在膜设备当中，反渗透膜可去除离子级杂质，使出水达到纯水及高纯水的标准。

反渗透膜的膜孔非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等（去除率高达97-98%）。

RO反渗透膜孔径小至纳米级，在一定的压力下，H2O分子可以通过RO膜，而原水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌等杂质无法通过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法通过的浓缩水严格区分开来。

RO膜过滤后的纯水电导率为5s／cm，符合国家实验室三级用水标准。

再经过原子级离子交换柱循环过滤，出水电阻率可以达到18.2M.cm，超过国家实验室一级用水标准（GB682-92）。

相对于传统采用离子交换树脂作为前期预处理工艺方法，反渗透具有更经济，更节能，运行更稳定，耗能低、无污染、工艺简单、操作简便，水质更可靠的优点，而且可以大大延长后级离子交换树脂的再生周期及电去离子（EDI）的清洗周期。

2.2反渗透工艺的基本原理

当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会会自发的通过半透膜流入盐水的一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透（RO）工艺的基本原理。

反渗透是与渗透相对应的概念，即在浓液一侧加上比自然渗透压更高的压力，使浓液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边稀溶液中，这一过程与自然界中正常渗透过程是相反的。

因此，它能够将水中的杂质拦截在膜的一侧，而让水到膜的另一侧，从而制得纯水及高纯水。

反渗透设施生产纯水的关键有两个字，一是一个有选择性的膜，我们称之为半透膜，二是一定的压力。

简单的说，反渗透半透膜上有众多的孔，这些孔的大小与水分子的大小相当，由于细菌、病毒、大部分有机污染物及水合离子均比水分子大的多，因此不能透过反渗透半透膜而与透过反渗透膜的水相分离。

反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂（一般常指水）通过反渗透膜（一种半透膜）而分离出来，方向与渗透方向相反，可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。

利用反渗透技术可以有效的去除水中的溶解盐、胶体，细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质。

反渗透膜的主要分离对象是溶液中的离子范围，无需化学品及可有效脱出水中盐分，系统出盐率一般为98%以上。

所以反渗透是最先进的也是最节能、环保的一种脱盐方式，也已成为主流的预脱盐工艺。

2.3反渗透的除盐特性

在水中众多种杂质中，溶解性盐类是最难清除的，因此，经常根据除盐率的高低来确定反渗透的净水效果，反渗透除盐率的高低主要决定于反渗透半透膜的选择性。

目前，较高选择性的反渗透膜元件除盐率可以高达99.7%。

反渗透膜的除盐分离特性如下：

有机物比无机物易分离；电解质比非电解质易分离。

对电解质来说，电荷高的分离性好。

几种常见离子的去除率大小顺序为：

Al3+>Mg2+>Ca2+>Na+；无机离子的去除率受该离子的水合离子数及水合离子半径的影响，水合离子半径越大的离子（一般离子半径小的离子，其水合离子半径大），越易被去除。

某些阳离子的去除率大小顺序为：

Mg2+,Ca2+>Li+>Na+>K+，阴离子的顺序为：

F->Cl->Br->NO3-。

硝酸盐、高锰酸盐、氰化物及刘氰化物不如氯离子容易去除。

铵盐的去除率比钠离子低；对非电解质来说，分子越大的越易去除；气体容易透过膜。

氨、氯、碳酸气、硫化氢、氧等气体的去除率很低。

克使其转换成离子进行去除；对弱酸的去除率低，如硼酸、有机酸。

在有机化合物中，去除率的大小顺序为：

柠檬酸>酒石酸>乙酸,乙醛>乙醇>胺>酸。

2.4使用反渗透工艺进行预处理目的及考虑原因

使用反渗透系统时，由于应注意原水预处理。

为了避免堵塞反渗透系统，原水应经预处理以消除水中的悬浮物降低水的浊度；此外，还应进行杀菌以防微生物的孽生长大。

由于反渗透对原水中的悬浮物的要求很高，所以常用一种水质对受悬浮物污染情况的污染指数来对水质进行检测。

此法实质上是测定反渗透系统中受水中悬浮物的污堵的情况。

进入反渗透系统水的污染指数以不大于5为宜，建议值一般小于3。

预处理时还应该考虑到进水的PH值。

各种半透膜都有其最适宜的运行PH值，故需按反渗透膜的要求，调节进水的PH值。

预处理时还应该考虑到进水的温度。

膜的透水量是随水温的增高而曾大的，但温度过高会加快醋酸纤维素膜的水解速度，且使有机膜变软，易于压实。

所以，对于有机膜来说，通常将温度控制在约20—40℃范围内为宜，复合膜温度控制在约5—45℃范围内为宜。

2.5应用范围

近30年来，反渗透、电渗析，超过滤和膜过滤已进入工业应用，发展很快，反渗透作为膜过滤法的一种，一般用于所有需制备纯水及高纯水的行业，主要包括：

医药、电子等行业用水的前期制备；食品等工业中纯水、超纯水、太空水、纯净水、蒸馏水的制备；轻纺、化工用水的净化与制备；工业生产中对水溶液进行有用物质和浓缩与回收；电厂等企业高压锅炉补给水的预脱盐处理；食品饮料用水、酿酒工艺用水的净化与制备及降低用水；化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备；海水、苦咸水淡化；造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。

以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型、高效流体分离单元操作技术，30年来取得了令人瞩目的飞速发展，已广泛应用于国民经济的各个领域。

2.6反