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工业纯水机


1概况

依各种原水水质和要求的不同,工业用水的制备工艺大体可分为预处理、脱盐和精处理三步。

2工作原理

本纯水系统设计结合化工行业用纯水的要求,制定出标准型适合在本行业使用的纯水系统。以下对系统的介绍:

离子交换纯水系统

本系统设计采用多介质过滤器、活性炭过滤器作及保安过滤器作为前级处理,有效除去原水中的悬浮物、泥砂、微粒、有机硅胶体、有机物、异味、余氯等杂质,使经过离子交换处理后的水质符合工业生产要求。在经过后端进行精处理系统(混床系统),使其产水水质满足生产用水的要求。离子交换设备-离子交换技术有相当长的历史,某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是,随着现代有机合成工业技术的迅速发展,研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂,并开发了多种新的应用方法,离子交换技术迅速发展,在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。国内外生产的树脂品种达数百种,年产量数十万吨。

工业超纯水设备原理描述

离子交换是一种特殊的固体吸附过程,它是由离子交换剂的电解质溶液中进行的。一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质,即离子交换树脂。它能够从电解质溶液中吸取某种阳离子或者阴离子,而把自身所含的另外一种带相同电荷符号的离子等量地换出来,并释放到溶液中去,这就是所谓的离子交换。按照所交换离子的种类,离子交换剂可分为阳离子交换剂和阴离子交换剂两大类。

离子交换的基本工作原理是

1、首先电解质离子(钙、镁、铁、钠等离子)穿过液膜进入树脂表面;

2、离子进入树脂内部;

3、离子交换;

4、H离子或OH根离子向树脂外部扩散;

5、H离子或OH根离子进入水中形成H2O。双床又称复床,复床是用阳、阴两种不同的离子交换的交换器的串联方式,如强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂串联的方式。这种阳床和阴床串联组成的设备称为复床,水先经过阳床除去带正电的离子(如Ca2+、Mg2+、K+、Na+),并且置换出H+离子到水中;然后除去水中的阴性离子(如SO2-4、Cl-、HCO- 3),并且置换出OH-离子到水中。同时,H+离子和OH-离子结合形成水H2O,从而达到去离子的作用。

混床工作原理

在同一个交换器中,将阴、阳离子交换树脂按照一定的体积比例进行填装,在均匀混合状态下,进行阴、阳离子交换,从而除去水中的盐分,称为混合床除盐处理。混合床的阴、阳离子交换树脂在交换过程中,由于是处于均匀混合状态,交错排列,互相接触,可以看作是由许许多多的阴、阳离子交换树脂而组成的多级式复床,可相当于1000~2000级。因为是均匀混合,所以,阴、阳离子的交换反应几乎是同时进行的,所产生的H+和OH-随即合成H2O,交换反应进行得很彻底,出水水质高。

系统结构流程前处理设备(多介质过滤设备、活性炭过滤设备)+离子交换设备=纯水

应用范围

发电厂、热电厂.给水循环冷却(凝结).水化工、石化工艺用水.化工反应冷却用水

预处理

包括砂滤、多介质过滤、软化、加氯、调节pH、活性碳过滤、脱气等。过滤可除去 1~20微米大小的颗粒,软化和调节pH可防止反渗透膜结垢,加氯是杀菌。活性碳过滤是除去有机物和自由氯,脱气是清除溶于水中的CO2等。

脱盐

包括电渗析、反渗透、离子交换。电渗析的原理是在外加直流电场作用下利用阳离子和阴离子交换膜对离子选择性透过,脱盐率可达95%以上。反渗透是渗透现象的逆过程,在浓溶液上加压力,使溶剂从浓溶液一侧通过半透膜向稀溶液一侧反向渗透,脱盐可达98%,并能除去99%的细菌颗粒和溶解在水中的有机物。离子交换的原理是当水通过阳离子交换树脂时,水中的阳离子被阳离子交换树脂吸附,树脂上可交换的阳离子如H离子被置换到水中,并和水中的阴离子结合成相应的无机酸,如 超纯水这种含有无机酸的水,当下一步通过阴离子交换树脂层时,水中的阴离子被阴离子交换树脂吸附。树脂上可交换的阴离子如OH离子被置换到水中,并与水中的H离子结合成水,即 超纯水 。

工业纯水机

精处理

包括紫外线杀菌、终端膜过滤和超滤。紫外线杀菌是因生物体的核酸吸收紫外线光的能量而改变核酸自身结构,破坏核酸功能而使细菌死亡。杀菌最强的光谱波长为2600埃。各种膜过滤能除掉直径大于 0.2微米的颗粒,但对于清除有机物则不如反渗透和超滤有效。超滤是把各种选择性的分子分离。在超滤过程中,水在压力下流过一个卷式或中空纤维膜棒。膜孔径在10~200埃范围内,薄膜厚度为0.1~0.5微米,附在一个中孔的纤维棒内壁上,超滤能除去细菌和0.05微米的粒子。

3活性炭

活性炭的比表面积很大,且布满了孔径极小(10~30埃)的微孔,对有机物胶体、余氯、铁离子等有明显的吸附滤除作用。台式纯水机、净水器等常用10寸/20寸活性炭滤芯。大型纯水机组常用玻璃钢/不锈钢材质的活性炭滤罐。

4软水器

大中型纯水系统常使用全自动软水器以除去原水中的钙镁离子。全自动软水器由钠离子树脂罐、再生盐箱及多路控制阀组成,能够设定程序控制运行,自动再生(时间型/流量型两种控制方式),再生时利用虹吸原理吸盐,再注水化盐,再生时间通常为2小时。

小型台式纯水机一般使用10寸/20寸软水树脂滤芯来降低原水硬度。

5反渗透

RO(Reverse Osmosis)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,已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。

RO反渗透膜孔径小至纳米级(1纳米=10-9米),在一定的压力下,H2O分子可以通过RO膜,而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜,从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。

RO膜对高价离子、胶体、细菌及分子量大于300 dalton的有机物质(包括热源)去除率高达99%以上,对低价离子(NA+、K+)去除率达95%,当源水电导率<3505&micro;s/cm,RO纯水电导率通常≤55&micro;s/cm,符合国家三级用水标准。再经过原子级离子交换柱循环过滤,出水率可达18.2MΩ.cm。

反渗透法是可达到90%~99%杂质去除率最经济的方法,同时也是试剂级超纯水系统最好的前处理方法。

6备注

RO膜的过滤能力受水温影响较大,最适合的水温为25℃~30℃,温度下降1℃,RO膜的产水量约下降3%,当水温接近0℃时,RO膜将停止产水。

7超滤器

超滤膜又称为中空纤维超滤膜。孔径介于反渗透和微滤之间,约0.01~0.1μm,常用作纯水系统的后处理装置,可用于截留溶液中各种微粒、大分子溶质、细菌、病毒、热原等。超滤膜的孔径是由一定分子量的物质进行截留试验测定的,并以分子量的数值来表示,能够滤除热原的超滤膜的分子量通常为6000道尔顿(dalton)。

8紫外仪

紫外线是一种肉眼看不见的光波,存在于光谱紫外线端的外侧,故称之为紫外线,依据不同的波长范围,被割分为 A 、 B 、 C 三种波段,其中的 C 波段紫外线波长在 240 - 260nm 之间,为最有效的杀菌波段,波段中之波长最强点是 253.7nm。

当紫外线设备产生的足够剂量的强紫外光照射到水、液体或空气时,其中的各种细菌、病毒、微生物、寄生虫或其它病原体在紫外光 UV-C 的辐射下,细胞组织中的 DNA 、 RNA 被破坏,从而阻止子细胞的再生 ,紫外线消毒设备在不使用任何化学药剂的情况下,较短时间内(通常为 0.2-5 秒)杀灭了水中、液体或空气中 99.9% 以上的细菌和病毒。科学试验证明,波长在 240-280nm 的紫外线具备有高效杀菌功能。

现代紫外线消毒技术是基于现代防疫学、光学、生物学和物理化学的基础上,利用特殊设计的高效率,高强度和长寿命的 C 波段紫外光发生装置,产生的强紫外 C 光照射流水(空气或固体表面),当水(空气或固体表面)中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的紫外 C 光辐射后,其细胞中的 DNA 结构受到破坏,从而在不使用任何化学药物的情况下杀灭水中的细菌、病毒,以及其它致病体,达到消毒和净化的目的。

紫外线杀菌器以 304 或 316L 不锈钢作主体材料,以高纯石英管作套管,配合高性能的石英紫外线低压汞消毒灯管,具有杀菌力强,寿命长、支行稳定可靠等优点,其杀菌效率≥ 99% ,进口灯管使用寿命≥ 9000 小时。

9杀菌

紫外线杀菌的原理一般认为是生物体内的核酸吸收了紫外光的能量而改变了自身的结构,进而破环了核酸的功能所致。当核酸吸收的能量达到致死量而紫外光的照射又能保持一定时间时,细菌便大量死亡。

10杀菌特点

1.紫外线杀菌速度快,效率高,效果好。

2. 紫外线照射不会改变水的物理和化学性质,对纯水不会带入附加物所引起的污染。

3. 适用于各种水的流量下,操作简单,适用方便,只需要定期清洗石英玻璃套管,更换灯管即可。

4. 体积小,轻便,耗电低。

5. 紫外线杀菌没有持续消毒作用,易受二次污染。

紫外光(UV)的氧化作用。

11纯化柱

纯化柱内装填有美国罗门哈斯/陶氏公司所产UP核子级混床树脂,当原水通过纯化柱时,水中的阳离子与阳树脂中H+置换,水中阴离子与阴树脂中OH-离子置换,交换后进入水中的H+和OH-会立即结合生成H2O,从而使原水中的阴阳离子得以去除,其出水电阻率最高可达18.3 MΩ.cm。

12安装指导

1:设备尽量安装在干燥通风的地方,因为长期处于潮湿环境会造成电器设备和元件的损坏。

2:系统应置于便于操作者进入和维修的场地,四周应留有充足的空间。

3:选择安装地点时应尽量考虑前处理装置有较合适的位置,并符合这些工艺流程的摆放顺序。

4:前处理和主机按要求就位后,UPVC管道进行连接。

5:电器的安装工作必须要有合格的电器技术人员和工人进行,必须要用可靠的接地。

6:安装地点应保证夏夏季环境不高于40度,冬季高于4度。否则会对设备造成不可恢复的损坏。

7:纯水收集地点(如纯水箱入口处)的高度不应高于设备纯水出口处5m,否则会对逆渗透产生背压,造成逆渗透不可恢复和损坏。

8:纯水出口连接中不可安装任何阻碍纯水流出的装置

9:安装纯水连接管和浓水排放管的管径不应小于纯水出口和浓水的管径。

一般工艺流程:

  原水-原水加压泵-多介质过滤器-活性炭过滤器-软水器-精密过滤器-一级反渗透 设备-中间水箱-中间水泵-离子交换器-纯化水箱-纯水泵-紫外线杀菌器-微孔过滤器-用水点 (2000年版中国药典传统工艺)  原水-原水加压泵-多介质过滤器-活性炭过滤器-软水器-精密过滤器-第一级反渗透 -PH调节-中间水箱-第二级反渗透(反渗透膜表面带正电荷)-纯化水箱-纯水泵-紫外线杀菌器- 微孔过滤器-巴氏消毒—用水点 (2005年版中国药典流行工艺)

13小结

一套完整的水处理系统由预处理系统、精处理系统、后处理系统三大部分组成。原水经PP滤芯(砂棒过滤器)、活性炭单元、软水器单元等预处理系统后,使水中的悬浮物(颗粒物质)、胶体、有机物、硬度、微生物等杂质含量大大降低,以减轻后续的反渗透、电除盐等精处理系统的处理负荷,延长其使用寿命。

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