100吨/小时反渗透+混床锅炉化水设备系统技术方案

1．前言

本方案涉及的流程及设备是为了满足**环保热电有限公司生产工艺用锅炉化水项目，要求如下：

1.1化水水量  100  m3/h；

1.2、系统制备的主要技术参数

1.前处理产水量 :        ≥134m3/h；

2.反渗透系统产水量 :    ≥100m3/h；

3.混床系统产水量 :      ≥100m3/h；

1.3产水水质指标

(1)反渗透出水水质：

脱盐率：*年≥98%，第二年≥97%，*年≥95%

回收率：*年≥75%，第二年≥74%，*年≥73%

(2)混床出水水质：电导率≤0.2μs/cm(25℃)，二氧化硅≤20μg/l,钠含量≤100μg/l，硬度≈0

(3)混床运行周期≥4天

1.4 系统配置 预处理、反渗透、混床除盐装置。

1.5供水方式 连续产出（24小时运行）。

2.  设计依据

本化水站工程项目设计依据如下：

1.原水水质分析资料；

2.锅炉化水的品质要求（产品水水质指标），以及相关国家标准；

3. 锅炉化水的生产规模;

4.用户对系统整体水准要求。

2.1  原水水质资料和技术指标 表1. 原水水样水质分析报告（供参考）：

2.2  本方案设计指标 

1. 水量：       100  m3/h

2. 电导率：电导率≤0.2μs/cm(25℃)，

3. 其它指标 二氧化硅≤20μg/l, 钠含量≤100μg/l，硬度≈0

4.供水压力   0.6Mpa

5.供水温度   常温

3. 总体设计方案

3.1 100吨/小时反渗透+混床锅炉化水设备系统组成

序号 名称 处理量 数量 单位 备注

1 预处理部分 67 T/H 2 套

2 反渗透部分 100 T/H 1 套

3 混床部分 100 T/H 1 套

3.2 系统布局  预处理部分、反渗透部分、混床部分集中放置在化水站，系统占地面积：20米×6米。厂房净高5米。为保证化水的水质和水量，将整个水处理系统置于PLC控制下运行，并适时监控。

3.3 控制系统结构  控制系统采用分散控制，集中监视的控制系统。操作站选用PLC控制器控制，组成一个高可靠性的自动运行和监视控制的控制系统。       

3.4工艺流程简图

4.0 工艺说明

4.1  预处理部分 目的：为反渗透装置提供合格的进水。

4.1.1原水预处理的目的和组成

A.反渗透系统进水要求：

（1）污染指数：          SDI≤4；

（2）余氯：              <0.1 ppm

（3）浊度                <1NTU

（4）供水Fe3+             ≤0.01ppm。

（5）供水水温适宜范围    10～30℃。

（6）碳酸钙饱和指数      LSI：<0

B.预处理系统就是通过絮凝、过滤、吸附等方法使反渗透进水达到以上要求，以实现以下目的：

（1）防止反渗透装置膜面结垢（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对反渗透的污堵；

（3）防止有机物质的对反渗透的污堵和降解；

（4）防止微生物对反渗透的污堵；

（5）防止氧化性物质对反渗透膜的氧化破坏；

C.预处理系统的组成：包括石英砂滤器、活性炭滤器。

4.1.2多介质过滤器

多介质过滤器中的滤料包括多种规格的石英砂，用于除去原水中的悬浮物及及脱稳后的胶体,以使出水的污染指数SDI<4达到RO进水要求。

4.1.3活性炭滤器

活性炭被广泛应用于生活用水及食品工业、化工等工业用水的净化，由于活性炭的比表面积很大，其表面又布满了平均为20—30埃的微孔，因此，活性炭具有很高的吸附能力。此外，活性炭的表面有大量的羟基和羧基等官能团，可以对各种性质的有机物质进行化学吸附，以及静电引力作用，因此，活性炭还能去除水中对阴离子交换剂有害的腐殖酸、富维酸、木质磺酸等有机物质，还可去除象余氯一类对阴离子交换剂有害物质，从而提高了除盐水处理能力，防止树脂被氧化。通常能够去除63%—86%胶印体物质，50%左右的铁，以及47—60%的有机物质。

4.1.4阻垢加药装置

自来水中含有一部分钙、镁离子等容易结垢性的物质，此类离子在水中的溶解性相对比较小，而反渗透部分对离子的拦截比较充分，必然会加大浓水侧离子的浓度；从而导致影响整个反渗透膜的进水通道。阻垢剂是一种增大难溶解性离子溶解度的一种化学药品，通常对钙、镁离子的溶解度能增加3倍左右；能很好的调节由于浓缩而引起的结垢总问题。阻垢剂的投加量一般在2-5ppm左右。根据原水水质的总硬试值调节加药量。

4.2  反渗透部分

渗透是水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。半透膜只允许水通过，而阻止溶解固形物(盐)的通过，见图 (a)。 浓溶液随着水的流人而不断被稀释。当水向浓溶液流动而产生的压力足够用于阻止水继续净流入时，渗透处于平衡状态，见图 (b)。平衡时，水从任一边通过半透膜向另一边流入的数量相等，即处于动态平衡状态，而此时压力p称为溶液的渗透压(注意：半透膜一边是纯水，另一边是盐溶液)。

当在浓溶液上有外加压力，且该压力大于渗透压时，浓溶液中的水就会通过半透膜流向稀溶液，使得浓溶液的浓度更大，这一过程就是渗透的相反过程，称为反渗透，见图 (c)。

渗透是自发过程，而反渗透则是非自发过程。反渗透系统正是利用反渗透的原理，将需要处理的高含盐水用高压泵加压，迫使水透过反渗透膜，以达到脱除盐份的目的。

4.2.1保安滤器

为防止水中及管道中的微粒进入高压泵和RO膜组件，特设置保安滤器作为zui后的预处理手段。作为保险措施，即使多介质机械滤器过滤不*，也能够保证反渗透膜不会受到严重污染。

保安滤器内装5um的聚丙稀微孔滤器。当滤器进出囗压差大于0.05-0.1Mpa时需更换滤芯（由于被过滤的介质直接进入到微孔滤膜的空隙中，因此很难通过酸碱清洗恢复通量）。滤器结构能满足快速更换滤芯的要求。

4.2.2高压泵

反渗透膜分离推动力是压力差，因此设置高压泵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层。高压泵采用变频器设置加、减速时间减缓高压泵启动时膜的冲击，变频器还能进一步起到节约能量的作用；新系统刚运行的时候对进水的压力要求比使用一段时间之后对进水的压力要求要低。采用变频装置能更好的控制高压泵的压力与进水流量之前的变化。本系统设置了进水低压保护和出水高压保护。

4.2.3反渗透本体装置

反渗透装置是该项目预脱盐的心脏部分，经反渗透处理的水能去除绝大部分无机盐、有机物、微生物及细菌等。

4.2.3.1系统设备选型

膜组件选用美国海德能公司CAP3-8040卷式组件。该组件由三层的薄膜复合，分别是zui上面的超薄脱盐层（厚度约为0.2µm聚铣胺材质）、中间的聚枫内夹层和zui下面的聚酯支撑网层。该组件膜面积400平方英尺，产水通量大，对无机盐具有99.5℅的脱除率。压力膜管选用加拿大海德信公司于卷式RO组件的WAVE 300P-6型压力膜管，该压力膜管是增强FRP材质，具有抗腐蚀性，耐压300psi,管内壁光滑装卸方便等特点。每个压力膜管可安装6支膜组件

4.2.3.2反渗透装置工艺设计

整套反渗透膜装置，安置在一个机架上，并配置控制系统，在进水水温25℃时单套反渗透产水量100.0T/H，每根膜组件zui大的回收率15℅计算，单套反渗透装置需配膜组件6根，WAVE 300P-6压力膜管18根；反渗透组合排列形式为14-4排列。

反渗透每支压力膜管产水侧设有取样囗，方便取样。

4.2.3.3自动低压冲洗装置

反渗透在运行的过程中，浓缩过程和浓差极化将导致膜表面所接触原水的固含量浓度远远大于原水的本体浓度。因此配备自动低压冲洗装置在停机后、开机前对反渗透膜进行定时的低压冲洗，将附于膜表面的少量污染物冲走。冲洗完成后，系统自动恢复到冲洗启动前的状态。

4.2.3.4就地仪表配置

反渗透装置设置二次仪表显示装置，就地显示产水量、电导率等重要参数。系统设置高、低压保护开关，保证反渗透系统安全可靠运行。

4.2.4反渗透脱盐水水箱

反渗透产品水送入脱碳塔的水箱。该水箱设置高低液位控制装置能控制泵的联锁，同时防止大气中尘埃颗粒和细菌进入水箱。

4.2.5反渗透化学清洗装置

    无论预处理过程多么完善，在*运行过程中，反渗透膜面上总会日积月累水中存在的各种污染物。从而使装置的性能下降，如组件进出囗压差升高、脱盐率下降、产水量下降，当这些变化超过原始值的15%时，就要用化学药品进行清洗。为此，除日常运行中进行的低压冲洗外，还需进行定期化学清洗，有时还需进行杀菌处理。

   本系统配置的化学清洗装置，其组成和流程如下：

   清洗液水箱——泵——精密滤器——流量计——反渗透装置

化学清洗准则

A、装置的产水量比初次或上一次清洗后下降5～10℅时；

B、装置的盐透过率比初次或上一次清洗后提高一倍时；

C、装置各段的压力差或压力差的差值为初次或上一次清洗后的1～1.5倍时；

D、装置运行3-4个月时；

E、装置在*停止运行前用NaHSO3溶液保护。

4.3  混床部分

4.3.1 中间水泵

中间水泵为混床运行提供动力，本系统中间水泵为两套泵组，单套运行，一套备用。

4.3.2 混床装置

混床是以阳、阴两种离子交换树脂按一定比例混合后装填于同一交换器中，相当于一个多级的除盐系统。其中经H型强酸性阳树脂与水中阳离子交换后形成的H+，和经OH型强碱性阴树脂与水中阴离子交换后形成的OH-相结合，形成电离度很小的水，使交换过程中形成的H+和OH-不能积累，从而消除了反离子对交换过程的干扰，使离子交换反应*,因此，混床出水水质好。

（一）、氢型阳离子交换树脂的交换反应：

A、与碳酸盐硬度的交换反应：

   Ca(HCO3)2 + 2RH → R2Ca + 2HO2 + 2CO2↑

   Mg(HCO3)2 + 2RH → R2Mg + 2HO2 + 2CO2↑

B、与非碳酸盐硬度的交换反应：

   CaSO 4 + 2RH → R2Ca + H2SO4

   CaCl2 + 2RH→ R2Ca + 2HCl

   MgSO 4 + 2RH → R2Mg + H2SO4

   MgCl2 + 2RH → R2Mg + 2HCl

C、与钠盐的交换反应：

   NaHCO 3 + 2RH → RNa + H2O + CO2↑

   NaCl + RH → RNa + HCl

   NaSO 4 + 2RH → RNa + H2SO4

   Na2SiO 3 + 2RH → 2RNa + H2SiO3

（二）、氢氧型阴离子交换树脂的交换反应：

Cl- + ROH → RCl + OH-

   HSO 4- + ROH → RHSO 4 + OH-

   SO4- + ROH → R2SO4 + 2OH-

   HCO3- + ROH → RHCO3 + OH-

   HSiO3- + ROH → RHSiO3 + OH-

4.3.3 树脂捕捉器

树脂捕捉器是后置于混床，用于阻挡纯水中微小颗粒特，以满足使用点对产品水中微粒的要求。滤芯过滤精度（孔径）5.0μm，可有效除去水中悬浮颗粒，因膜孔径固定，可保证过滤的精度和可靠性。

滤器内装50支40英寸长，5μm的聚丙稀微孔滤芯，出力为100 T/H。滤器结构能满足快速更换滤芯的要求。

5.  工艺控制设计说明

5.1 控制系统概述

根据本系统的规模及设备分布的具体情况，决定采用目前工业过程控制中zui常用的集中分散型控制系统。它又称分级控制系统，是一种分布式控制系统，具有控制分散，信息集中管理的特点。本系统分上位操作站，下位控制站两级。上位操作站由一台主控制箱作为监控站。下位控制站的设置是根据优化控制，合理布局的原则视具体情况而定的，同时为方便系统在实施阶段或运行阶段进行必须的调整及扩展，控制站考虑了一定的余量。

5.2 控制系统功能简介

5.2.1 上位操作站

主要完成系统中各操作站的监视参数设置,设备运行等操作功能，具有清晰的生产设备运行情况，可在流程图上对现场设备进行远方手动操作，实现远程控制。生产过程的电阻率及电导率可以在线显示。

5.2.2  可编程控制器PLC

各控制站都采用以微处理器为基础的可编程控制器PLC，它具有高可靠性，编程方便，易于使用，与其它装置配置方便等特点，各生产过程的程序、数据都存储PLC的CPU里独立运行，工作人员可通过计算机操作站来监视其运行。PLC具有很强的运算功能，能完成复杂的操作，可配合操作员通过对整个生产过程的运行参数和状态进行集中监控，以实现对整个系统的程控，运行，远操等过程。各控制执行机构均配制行程开关。

5.2.3 电导率显示

现场配备电导率仪表，以便重要电导率等指标能够在水处理车间和控制室同时显示。

5.3系统水处理控制介绍

依据水处理的工艺过程，本控制系统对各个工艺单元进行直接协调、管理、控制。系统监控对象由以下单元组成：

5.3.1 预处理部分控制

预处理部分以原水箱为连续运行控制点。

当原水箱液位处于较低限位置,低液位开关向PLC输入开关信号, PLC即控制原水进水电磁阀开启；当原水箱液位处于低限位置,低液位开关向PLC输入开关信号, PLC即控制预处理部分停止；当水箱液位处于高限位置,高液位开关向PLC输入开关量信号, 原水进水电磁阀关闭。

5.3.1.1  多介质过滤器

滤器的运行、反洗步骤由人工控制的阀门实现，当运行时长大于设定值，控制阀门按顺序进行反洗操作，反洗结束后投入运行。只有在反渗水箱液位达到高位时，滤料清洗才能开始，这样可以保证后续反渗透装置的连续供水。   

5.3.1.2  活性炭滤器

活性炭滤器设置运行及反洗步骤由人工控制的阀门操作，根据运行时间参数控制阀门按顺序进行反洗操作，反洗结束后投入运行。只有在反渗水箱液位达到高位时，滤料清洗才能开始，这样可以保证后续反渗透装置的连续供水。

5.3.2 反渗透部分

5.3.2.1.自动运行控制：

反渗透自动运行通过反渗透中间水箱的液位来进行。

当反渗透中间水箱液位处于较低限位置,较低液位开关向PLC输入开关信号, PLC即控制高压泵开始运行；当水箱液位处于高限位置,高液位开关向PLC输入开关量信号, 反渗透高压泵停止运行，输入的信号将在CRT上显示。

5.3.2.2.反渗透的控制配置

反渗透进水侧设有电导率检测仪表，将电导率值的模拟量信号输入PLC，并在显示器上显示参数。反渗透产水侧设有电导率检测仪，将产水电导率值的模拟量信号输入PLC，并在显示器上显示参数。

反渗透高压泵进水设置低压保护开关，当压力小于0.1-0.15Mpa时，控制高压泵停止运行，反渗透装置进入低压冲洗状态，并在显示器上显示报警。当压力大于0.1-0.15时高压泵即起动，反渗透装置投入运行。    

反渗透高压泵出水侧管路设压力开关，当压力大于某一设定值时，PLC输出开关信号，停止高压泵运行，并在显示器上显示、报警。

反渗透浓水侧设一电动快冲洗阀门，在高压泵运行前和高压泵停止后，接受PLC输出的开关量信号，自动进入低压冲洗状态。

5.3.4 混床除盐系统

混床脱盐系统的由PLC控制实现自动运行，当脱碳水箱液位低于中间液位时，混床系统启动。当脱碳水箱液位达到高液位时，混床系统停止。

当水质出现异常时，系统会立即报警和提示报警的原因。

5.4 主要控制设备

1、系统PLC选用韩国LG系列可编程控制器，各类I/O包含10%备用点。

2、流量计选用浮子流量计。

3、压力开关选用中国台湾凡宜进口产品或相当产品。

4、电导率、电阻率仪选用上海诚磁公司或相当产品。

5.5  系统设备布置

控制台布置在*水站控制室内。

车间内电缆采用桥架架空或穿线管，控制室内电缆敷设走电缆沟。

气动阀的气源通过环绕车间的气源母管引到电磁阀柜，从电-气转换柜到气动 阀的气管路采用增强软管。

6.  设备规范（需要详细清单请咨询 Q:312601169  )

详细设备清单，工艺流程图，平面布置图，详细方案，请             

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