双级反渗透纯水系统技术设计方案.docx

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双级反渗透纯水系统技术设计方案

双级反渗透纯水系统技术设计方案

第一部分总论

一、概述

本方案书系****公司要求而编制。

项目：

双级反渗透纯水系统

原水：

城市自来水

终极产水质量指标：

1、化学指标：

符合中华人民国药典2010版制药用纯化水要求及GMP认证要求。

2、卫生学检查：

微生物≤10CFU/100ml

3、毒素≤0.25EU/ml

4、二级RO系统整机出水电导率≤2μS/cm

二、设计依据

2.1本套水处理工艺的设计是基于充分考虑下列因素的基础上制定的：

2.1.1原水水质；

2.1.2用户对产品水的水质和产水量的要求；

2.1.3工艺设计的可靠性；

2.1.4设备对原水水质改变的适应能力；

2.1.5操作的简便性与运行的智能化；

2.1.6废液的处理与排放符合环保要求；

2.1.7投资和运行的费用；

2.1.8设备的物理及化学清洗功能；

2.1.9产水水质的稳定性；

2.1.10可靠的在线监测手段。

2.2本技术总则用于本工程的反渗透脱盐系统。

它提出了该系统的功能设计、结果、

性能、安装和调试方面的技术要求。

2.3需方即使未规定所有的技术要求和适用的标准，供方应提供一套满足本技术方

案和所列标准要求高质量产品及其相应服务。

对国家安全、环境保护高强制性标

准，必须满足其要求。

2.4设备采用的专利涉及到的全部费用均包含在设备报价中，供方应保证需方不承

担有关的设备专利的一切责任。

2.5供方应提供高质量的设备。

这些设备应是技术先进、经济上合理、成熟可靠的产品，能满足需方的各项要求。

所有设备的设计、制造和安装应保证工作的可靠性，并保证尽可能少的维修量。

所有设备的设计结构及配置，必须保证运行中操作者的安全，防护设施及噪音，应符合国际和中国的有关标准。

2.6供方在设备设计和制造中所涉及的各项规程、规和标准必须遵循现行最新版本的中国国家标准。

供方应能提供所使用的标准。

本技术方案书所使用的标准如遇与供方所执行的标准发生矛盾时，应按较高标准执行。

2.7在签订合同之后，需方有权提出因规标准和规程发生变化而产生的一些补充要求，具体项目由买卖双方共同商定。

2.8本技术方案将为合同的附件，与合同文本具有同等法律效力。

三、执行标准与规

A国产设备标准和规：

JB/T2932-99《水处理设备技术条件》

HGJ32-90《橡胶衬里化工设备》

DC130A16《橡胶衬里设备技术条件》

DL543-94《工业用水处理设备质量验收》

GB150-1998《钢制压力容器》

劳锅字[1990]8号《钢制压力容器安全技术监察规程》

JB4730-94《压力容器无损检测》

JB2532-80《压力容器油漆、包装、运输》

JB2880《钢制焊接常压容器技术条件》

水泵ISO、GB或JB标准

《反渗透水处理设备》GB/T19249-2003

《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规》GB50236－1998-1

《低压配电设计规》

B.外接管口标准和规

法兰接口符合《接口标准与阀门的法兰标准配套》

接口管件符合下列标准的规定要求：

HG21501-92《衬胶钢管和管件》

《化工管路设计手册》HG20593-97

JB/T74-94《管路法兰技术条件》

JB/T74-94《管路法兰类型》

HG20538-92《衬塑（PP.PE.PVC）钢管和管件》

《玻璃钢/聚氯乙烯（FRP/PVC）复合管道设计规定》HG20520-1992

法兰标准：

HG20593-1999

C.进口组件/设备标准和规：

进口设备的制造工艺和材料符合美国机械工程师协会（ASME）和美国材料试验学会（ASTM）的工业法规或IEC、NEMA、IEEE、ASTM、ASME、ANSI等中涉及的标准或相关标准。

美国石油协会标准（API76）及GB7783《计量泵试验方法》

超滤、反渗透设备遵循进口厂商提供的设计导则。

D.设计标准和规：

HGJ34-90《化工设备、管道外防腐设计条件》

SHG34-91《石油化工企业给水排水管道设计规》

GB50050-2003《工业循环冷却水处理设计规》

CJ19-87《工业用水分类及定义》

《中华人民国药典2010版》

GB21-2002《工业企业设计卫生标准》

《给水排水设计手册》

GBJ-57-58《工业企业噪声控制设计规》

控制设备测量仪表和电气的设计、制造符合GB50055-93《通用用电设备配电设计规》、HG/T20573-95《分散型控制系统工程设计规定》，以及有关规定和标准。

E.某些专用材料与上述规或标准不适应时，遵循最新发布的标准。

我方所提供的材料及外购设备应符合所应用的标准。

规使用的标准如有新版本，以最新版本为准。

当上述规和标准对某些设备和专用材料不适用时，经买方及确认后，可采用有关的标准和生产厂的标准。

四、设计原始资料

4.1原水水质：

当地水源，具体水质情况详见当地城市自来水：

4.2产水用途：

制药用纯化水

4.3系统产水：

1.0m3/h（产水量以水温25℃为基准，水温每上升1℃或下降1℃，产水量上升或下降2.7％，此为反渗透膜的固有物理特性）。

4.4出水水质：

电导率≤2us/cm。

五、系统对外界要求如下：

5.1供水：

由用户将供水管道送至进水管口。

5.2供电：

由用户将电源线输送至电控柜上。

5.3产水：

纯水泵出口止。

5.4场地：

由用户提供，场地基础及厂房由用户自建，供方提供设备平面布置图及系统设备的运行负荷。

5.5药品：

调试过程中所消耗的药品均由用户提供。

5.6废水：

由供方排至设备旁边地沟，再由用户送至污水处理站或排水沟。

六、总体工艺设计：

本系统为生产用纯化水：

设计流程如下图

系统工艺流程图

第二部分水处理系统功能及设计参数

一、水处理系统总体介绍

系统为产水1.0m3/h双级反渗透医药纯化水制备系统，是以自来水作为原水，先经过前置预处理，再经过一级RO和二级RO反渗透处理。

经过这一系列处理后,可去除水中的颗粒、胶体、有机杂质、重金属离子、细菌、病毒、热源等有害物质及溶解盐，出水电导率小于等于2us/cm。

系统进水要求≤400µS/cm（25℃）。

系统总可归纳为两个部分，分别为预处理部分（原水泵＋石英砂过滤器、优质活性碳吸附过滤器）、RO反渗透部分（5μm保安过滤器、设备电控、高压水泵、RO组件、控制传感器）,纯水最后进入纯水箱备用。

由纯水泵输送纯水至用水点。

本系统根据终端用水要求、工艺可靠性和稳定性设置了二级反渗透脱盐装置

本系统作为一个整体，每一个处理工艺都是互相联系的，前一个处理工艺的效果直接影响下一级处理工艺，每个环节都可能对整套系统终端产水造成影响。

二、工艺流程描述

2．1预处理系统

预处理系统的设置，目的在于改善供水条件，使之达到反渗透系统的进水要求，从而保护RO膜，并延长膜的使用寿命。

在该水处理系统中，根据反渗透系统进水要求：

（1）供水淤堵指数SDI≤5

（2）供水余氯ppm<0.1

（3）供水浊度<1NTU

（4）浓水饱和指数LSI<0

（5）供水水温适宜围5~35℃

我们确定了原水箱+增压泵+多介质过滤器＋活性碳过滤器+阳离子软化器+保安过滤器的预处理系统。

原水预处理目的是解决如下问题：

（1）防止膜面结垢（包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、铁铝氧化物等）；

（2）防止胶体物质及悬浮固体微粒污堵；

（3）防止有机物质的污堵；

（4）防止微生物污堵；

（5）防止氧化性物对膜的氧化破坏；

（6）保持反渗透装置产水量稳定。

以保证反渗透装置稳定运行和使用寿命。

2．1．1原水箱

设置一台水箱，进水设置一台自动阀与高、低液位仪连接，当水箱处于高位时，自动关闭进水阀；当水箱处于中位时，自动启动进水阀；当水箱处于低位时，说明原水供水不足，停止制水系统。

2．1．2增压泵

选用1台南方卧式离心泵，作为增压水泵，材质为304不绣钢。

南方泵业系全国最早研发并规模化生产不锈钢冲压焊接离心泵企业，是目前国不锈钢冲压焊接离心泵领域产销量最大的专业生产厂家。

产品的系列围、销售总量、产品质量均排在国同行业首位。

CHL系列卧式离心泵为非自吸多级离心泵，叶轮导叶采用不锈钢板冲压焊接制成，配加长轴电机。

南方泵性能及优点：

·结构紧凑

·低噪音

·能够适用于轻度腐蚀性液体

·安装空间小

2．1．3石英砂过滤器

多介质过滤器是一种压力式过滤器，在利用过滤器所填充的精制石英砂滤料，当进水自上而下流经滤层时，水中的悬浮物及粘胶质颗粒被去除，从而使水的浊度降低。

它通常被用于反渗透、离子交换、电渗析设备的预处理。

当设备运行一段时间，进出水压差达到0.2-0.5公斤。

即停止运行进行反冲洗。

反冲洗时间约为15分钟左右。

过滤器产水浊度一般可在1度以下。

出水悬浮物小于5mg/L。

其主要滤除直径大于10μm的悬浮颗粒。

控制系统采用润新全自动多路阀。

自动实现过滤器的反冲洗，正冲洗。

并有信号输出，与主机控制相结合，完美达到全自动控制。

润新控制阀功能特点

■更可靠的启闭方式（端面密封启闭）

■单罐型控制阀反洗时不出水

■键盘锁定功能

■LED动态彩色显示屏，亮丽直观

■长期停电提示（若连续停电超过三天需重新设置当前时间）

■两种运行计时模式（按天或按小时再生）

■带有信号输出端口（本操作由专业人员进行）

2．1．4活性炭过滤器

活性炭在工艺中主要起吸附水中的有机物、氯及部分铁、锰。

活性炭是通过以下工艺制造生产。

活性炭有非常大的比表面积。

活性炭的比表面积为：

500～1700m2/g。

而且炭粒中还具有细孔结构.小孔：

<2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面积的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附为主。

过渡孔：

2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比表面积<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。

大孔：

100~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比表面积很小，吸附量小，提供通道。

这种细孔机构具有很强的吸附能力,由于炭粒的表面积很大,所以能与水体充分接触,当水中杂质碰到毛细管就被吸附,起净化作用。

活性炭过滤器设计流速为10～12m/h，过滤器设多种粒径的石英砂垫层及具有很强吸附能力的101渗银灭菌型活性炭，由于该活性炭渗银,可抑制水中微生物的生升及繁殖。

由于该滤料比重较小，反冲洗强度为7～8L/m².s，滤料反洗膨胀率为40～50%，反洗时宜选用低流速反洗，以防活性炭随反洗时随水冲走。

活性炭过滤器滤料（活性炭）更换周期以出水余氯含量≤0.05PPM及有机物含量CODcr<1.5mg/L，两项指标确定，出水水质应定期监测

2．1．5阳离子交换软化系统

本方案设计上采用软化阻垢设计。

即是采用离子交换的方式除去水中的硬度。

防止反渗透膜的结垢。

在一般情况下，R.O装置的最后一段膜组中，由于浓水盐份很高，CaCO3、MgCO3、 MgSO4、 CaSO4等的浓度积往往大于其溶积常数（KSP）而产生结垢，沉积于膜元件中，降低或破坏膜元件应有特性。

同时，在R.O装置的第一段膜组中，由于其回收率较其它膜元件大，易发生浓差积化现象，使浓水相中，局部发生过高的盐浓度，钙、镁结晶物随即产生。

这些沉淀物或沉淀、或附着于膜表面，降低或破坏膜元件的应有特性。

因此，应采用软水器软化水质，防止钙、镁结垢。

我们都知道,普通的水中含有多种可溶解的化合物，有些物质的溶解度随着温度的变化有较明显的变化，其中的碳酸钙、碳酸镁类的物质，其溶解度随着温度的升高而下降。

当温度升高时，原来溶解于水中的碳酸钙、碳酸镁析出形成沉淀物，这些沉淀物可以是以絮状、粉末状，或沉积在容器、管道表面，形成水垢。

Ca（HCO3）2+热=CaCO3+H20+CO2

Mg（HCO3）2+热=MgCO3+H20+CO2

MgCO3+H20+热=Mg（OH）2+CO2

在水中存有其它阳离子，包括钠离子（Na+）钾离子（K+）以及少量的亚铁离子（Fe2+）锰离子（Mn2+）及其它金属离子，水中所含有的阴离子为具碱性的，碳酸氢离子（HCO3-）、碳酸根离子（CO3-）（及锅炉水中的氢氧根离子（OH-），以及氯离子（Cl-）、硫酸根离子（SO42-）、硝酸根离子（NO3-），有进也有氟离子（F-）酸根离子（PO43-）等。

本方案中采用的离子交换法即是采用特定的阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来，由于钠盐的溶解度很高，所以就避免了随温度的升高而造成水垢生成的情况。

这种方法是目前最常用的标准方式。

主要优点是：

效果稳定准确，工艺成熟。

可以将硬度降至0。

采用这种方式的软化水设备一般也叫做"离子交换器

离子交换软水器采用润新机械的全自动多路控制阀，根据设置自动再生。

该多路阀广泛应用于家用净水、软水系统、离子交换设备、锅炉给水软化系统、反渗透预处理系统等。

多年工程实践证明了该控制阀的便捷操作和可靠使用。

■更可靠的启闭方式（端面密封启闭）

■单罐型控制阀再生时不出水

■键盘锁定功能

■LED动态彩色显示屏，亮丽直观

■长期停电提示（若连续停电超过三天需重新设置当前时间）

■两种运行计时模式（按天或按小时再生）

■带有信号输出端口（本操作由专业人员进行）

通常离子交换剂可以连续应用于水的处理

（1）、逆洗树脂塔以逆流水所扩散的任何聚集一起的浮悬物质和空气气泡可以一齐除去，然后树脂再安置好。

（2）、再生：

依一定水流速度，使再生剂溶液流经树脂床。

（3）、清洗：

过的再生剂或自树脂所得的杂质，可以在此过程除去。

（4）、处理原水过程：

（消耗过程）通常原水水流方向和再生，清洗时同方向，但有时也利用逆洗方向。

2．2双级反渗透系统

本系统根据终端用水要求、工艺可靠性和稳定性设置了二级反渗透脱盐装置

反渗透是本系统中最主要的脱盐装置，它利用反渗透膜的特性来去除水中绝大部分可溶性盐类、少量胶体及有机物。

反渗透装置采用美国氏公司生产的BW30-4040膜元件，单支膜脱盐率≥99%，本装置的一级反渗透水回收率约65%，系统三年脱盐率≥90%。

反渗透是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱使下借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶济分开的分离方法，其孔径大约在5-10A。

它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普遍的应用实例是在水处理工艺中，用反渗透技术可将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。

目前应用最广泛的是卷式聚酰胺复合膜，其通水量和脱除率会受压力、温度、回收率、进水含盐量和PH值等的影响。

RO工作原理

有这样一种现象，当把相同体积的稀溶液（例如淡水）和浓溶液（例如盐水）分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶济将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为反渗透。

当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定的高度，即形成一个压差，此压差为渗透压，渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与浓溶液的种类、浓度和温度有关而与半透膜的性质无关。

若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶济的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一个过程称为反渗透。

该技术是目前国际上公认的高新技术，通过借助外加压力的作用使溶液中的溶济透过半透膜而阻留某些溶质。

反渗透纯水处理设备采用先进的渗透技术去除水中的杂质，整个处理过程只由高压泵产生动力，不消耗酸碱等到化学物质，具有长期连续工作，操作简便，水质稳定，运行费用低，无化学污染物等独到突出优点。

设备运行时具有缺水保护，水满停机，电导率监测保护等控制保护功能，设备可长期自动运行。

2．2．1保安过滤器

2．2．2高压泵

高压泵的设置是为了使反渗透的进水达到一定的压力，让反渗透过程得以进行，即克服渗透压使水分子透过反渗透膜到淡水侧。

2．2．3膜壳

反渗透膜需要装入压力容器，本系统选用玻璃钢材质的压力容器。

玻璃钢膜壳：

名称

材料选择

备注

压力壳体

环氧玻璃钢

微机缠绕

适配器

ABS增强

配带前后4个胶圈

止推环（伞状）

ABS增强

密封端板

ABS增强

承压端板

铝合金

净水口

ABS

进水口水嘴

不锈钢

304/316

挡卡

不锈钢

304

X+V型胶圈

硅胶

大O型胶圈

硅胶

鞍座

天然胶

2．2．4反渗透膜组件

膜组件选用美国DOW公司BW30-4040型膜组件。

氏FILMTEC膜片结构为复合结构，它由三层组成（参见下图）

1.聚酯材料增强无纺布，约120µm厚；

2.聚砜材料多孔中间支撑层，约40µm厚；

3.聚酰胺材料超薄分离层，约0.2µm厚。

每一层均根据其功能要求分别优化设计与制造。

氏FILMTEC超薄反渗透（RO）和纳滤（NF）复合膜在各种应用领域表现出优异的性能，广泛用于市政自来水处理、单级海水淡化和苦咸水脱盐、化工工艺过程和废水处理等。

该膜在水通量、脱盐率、脱除有机物和抗生物降解方面具有极高的性能表现，适应目前工业界最宽的运行和清洗pH值围，具有极高的抗压密化能力，最高使用温度可达45oC（热消毒型元件耐温更高），能够承受pH1～pH12的无机酸碱强力清洗，极耐磨损，在非常恶劣的使用条件下，表现出比其它品牌更长久、更稳定的无故障运行性能。

氏FILMTEC膜能够承受短期的氯和次氯酸根的攻击，但余氯的含量正常情况下应＜0.1ppm，因为连续接触将会破坏膜的分离能力，由于氧化性破坏引起膜性能的下降，不在氏FilmTec公司的质保围，故必须在预处理系统中应用活性炭技术脱除水中的余氯。

2．2．5反渗透装置优化设计

为获得更高水质的RO纯水，本反渗透系统采用二级反渗透处理，第一级反渗透可使自来水脱盐率大96～98%。

经第一级反渗透脱盐后的一级RO水，再经第二级反渗透处理深度脱盐，可进一步去除一级RO纯水中微量的有机杂质、热源及离子，系统脱盐率98～99%以上。

高压泵和反渗透组件之间设置控制阀门，以减少开机时高压水流对反渗透组件的冲击。

高压管路系统SS304不锈钢管阀件，低压管路系统采用UPVC管阀件。

反渗透装置设置就地直接显示装置显示运行工况的压降，产水量，脱盐率等重要参数的仪表仪器。

系统设置高，低压保护开关，保证反渗透系统安全可靠运行。

并设置有全自动冲洗、开机、停机控制系统；反渗透每支压力膜管产水侧设有取样口，方便取样。

2．2．6本装置性能特点：

·主要零部件均采用进口产品，性能可靠。

·系统无易损部件，无需大量维修，运行长期有效。

·前置预处理保护系统，保护高压泵及RO膜不受颗粒或其他硬物损坏；同时低压开关保护高压泵，不会因压力过低而损坏。

若自来水供水中断或欠压，系统自动停机。

·先进的膜保护系统，在设备开机时，该装置自动发出物理冲洗膜的动作，借助高压泵产生的高水压将膜表面污染物冲洗干净，降低污染速度，延长膜寿命。

·聚酰胺复合（TFC）膜脱盐率高，保证了系统的运行的高效率。

·产品水、浓缩水各设有流量计以监视并调节运行出水量及系统水利用率，通过合理工艺设计，水利用率高。

·原水、一级RO、二级RO产水电导率仪连续监测水质。

·进水及排水压力表，连续监测RO膜压差，提示清洗时间，并设计备有膜化学清洗剂的出入口。

·整个系统PLC程控，并设有声光报警系统。

三、系统设备配置详细参数

序号设备名称

1原水箱（1个）

型号：

PCKJ-2000

材质：

PE

容量：

2000L

产地：

自产

包括：

不锈钢浮球阀、水位AB开关、连接管件

2原水泵（1台）

型号：

CHL4-40

形式：

立式多级离心泵

流量：

4m3/h

扬程：

0.30Mpa

功率：

0.75kW（3×220-380/415V50Hz）

产地：

南方水泵

包括：

控制阀、止回阀、连接件、压力表

3砂过滤器（1台）

型号：

PCKJ-500

规格：

Φ400mm×H1650mm

材质：

不锈钢304

试验压力:

0.9MPa

使用压力:

≤0.6MPa

滤料：

精制石英砂

滤料高度：

1000mm

滤料重量：

200.00kg

流量：

2.4-4m3/h

控制系统：

润新自动控制阀

4活性炭过滤器（1台）

型号：

PCKJ-500

规格：

Φ400mm×H1650mm

材质：

不锈钢304

试验压力:

0.9MPa

使用压力:

≤0.6MPa

滤料：

优质椰壳活性炭

滤料高度：

1000mm

滤料重量：

100.00kg

流量：

2.4-4m3/h

控制系统：

润新自动控制阀

5阳离子交换器（1台）

型号：

PCKJ-500

规格：

Φ400mm×H1650mm

材质：

不锈钢304

试验压力:

0.9MPa

使用压力:

≤0.6MPa

滤料：

001*7阳离子交换树脂

滤料高度：

1000mm

滤料体积：

125L

流量：

2.4-4m3/h

控制系统：

润新自动控制阀

65μm保安过滤器（1台）

规格：

PCKJ-20-5

罐体材质：

不锈钢

滤芯材质：

聚丙烯溶喷滤芯

流量：

4.5m3/h

配带：

5μm-20″微孔滤芯5支

数量：

1套

包括：

滤前滤后压力各一块

7一级高压泵（1台）

型号：

CDL3-270

形式：

立式不锈钢泵

材质：

304不锈钢

流量：

3m3/h

扬程：

124m

功率：

2.2kW（3×380V-415V50Hz）

数量：

1台

产地：

南方泵

8一级反渗透装置（1套）

型号：

PCRO-1500

技术参数：

①产水量：

≥1.4m3/h

②脱盐率：

98-99%

③回收率：

55%

配置：

RO卷式复合膜：

氏

型号：

BW30-4040

压力：

200PSi

材料：

复合式聚酰胺薄膜

数量：

6支

②压力容器：

型号：

Φ4"×2M

压力：

300PSi

材料：

304不锈钢

数量：

3支

③电控盘

配置：

台达PLC，泵的开关控制、水位控制、运行指示、声光报警，

自动运行模式。

④自动冲洗装置

配置：

电磁阀

⑤其他仪表

进水电磁阀DN321套国产

冲洗阀SUSDN321套国产

SUS304双片阀门DN323套国产

电导率测量仪2套合资

RO产水流量计.DN322-10GPM1支合资

浓水流量计.DN502-10GPM1支合资

压力开关.6KG2套合资

压力表7KG1个,25KG4个5套合资

⑥附件

a、304抛光不锈钢方通支架

b、管网、阀门：

UPVC、304不锈钢

9二级高压泵（1台）

型号：

CDLF2-150

形式：

立式不锈钢泵

材质：

304不锈钢

流量：

2m3/h

扬程：

112m

功率：

1.5kW（3×380V-415V50Hz）

数量：

1台

产地：

南方泵

10二级反渗透装置（1套）

型号：

PCRO-1000

技术参数：

①产水量：

1m3/h

②脱盐率：

96-99%

③回收率：

80%

配置：

RO卷式复合膜：

氏