工业水处理

反渗透技术在大型电子超纯水项目中的应用

摘要：介绍了反渗透技术在四川某公司大型超纯水项目中的应用情况,该公司以当地的自来水为水源,用反渗透技术作为主要脱盐工艺来制备电子超纯水。运行结果表明,反渗透系统运行良好,为后续的处理工艺提供了稳定而优质的水源,有效保证该厂超纯水项目的稳定运行。

关键词： 反渗透 自来水 电子超纯水

　　反渗透水处理技术是20世纪末兴起的高端水处理技术，具有高脱盐率、适应水质含盐量范围广、化学药剂消耗少、环保、占地面积小、自动化程度高、产水的水质稳定等特点〔1 ,2 〕，广泛应用于超纯水制备、地表水处理、工业废水回用、海水淡化等水处理〔3 ,4 〕。四川某公司拥有自主知识产权的PDP生产线，得到了国家相关部委、省市各级政府的大力支持。目前已在全球拥有PDP显示器件各种专利技术上千项，同时公司拥有具有国际先进水平的PDP国家工程实验室，是我国首个国家级平板显示核心技术研发和产业化验证平台，该实验室的建成，也标志着PDP自主创新工业体系正式纳入国家战略。此项目为该公司PDP项目一期工程，工艺特点为“高精技术，高洁净度”，水处理工艺需要为生产提供电子超纯水，而反渗透系统为其中最重要的脱盐处理系统。

1 电子超纯水和系统进水的情况

　　电子超纯水是指将水中的导电介质几乎完全去除，又将水中不离解的胶体物质、气体及有机物均去除至很低程度的水，水中除了水分子（H2O）外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含氯二 英等有机物，这种水的制作工艺可以通过蒸馏、去离子化、反渗透技术或其他适当的超临界精细技术生产出来的水，如今以反渗透技术为主的制造工艺相对比较普遍，此项目也以反渗透技术为主要脱盐工艺来制备电子超纯水。该水处理项目的原水取自市政自来水，电导率在200～800 μS/cm之间波动，进水余氯质量浓度在0.2～1 mg/L之间波动。

2 水处理系统介绍

　　整个水处理系统分为预处理系统+反渗透为主的脱盐系统+精处理系统+（加温后）+后续的精处理工艺，最后得到电子超纯水。整个水处理系统有加热功能，根据不同的用水温度需要调整进水温度。预处理系统由絮凝剂和杀菌剂+全自动多介质过滤器+全自动活性炭过滤器+预处理产水箱+预处理输送泵组成。主要通过添加药剂和机械过滤器来去除掉水中泥沙、悬浮物、胶体、微生物等物质，保证产水的SDI15＜5，满足反渗透的进水条件。反渗透为主的脱盐体系主要由一级反渗透系统和二级反渗透系统组成，特别是一级反渗透系统，为最主要的脱盐系统。由热交换器+保安过滤器+一级高压泵+一级反渗透系统+缓冲水罐+二级高压泵+二级反渗透系统+产水水箱组成。由于反渗透系统允许进水含盐量相对较广，且脱盐率高，故能起到主要脱盐的功能，减轻后续工艺处理的脱盐负荷。精处理系统主要由进水泵+一级TOC UV+膜脱气系统+连续电除盐系统（CEDI）组成，主要是进一步去除水中的含盐量，为后续的精处理系统提供稳定的水质保障。后续精处理根据分布不同分两股水，由水罐+泵+二级 TOC UV+超纯水抛光混床+换热器+0.1 μm过滤器组成，之后不同温度的产水作为超纯水使用。着重介绍一级反渗透系统的运行情况，水处理流程
如图 1所示。

图 1 水处理流程

　　水处理设备配置如表 1所示。该水处理系统主要由多介质过滤器+活性炭过滤器+一级RO系统+二级RO系统+CEDI系统+PCW系统（锅炉补充水）+〔（25±1） ℃超纯水系统+（40 ± 1） ℃超纯水系统〕组成的。

表 1 水处理设备配置

名称	规格	材料	品牌	数量
				运行	备用
原水泵	CR90-3-2	SS304	格兰富	5台	1台
反洗水泵	PWT125-100-200S	SS304	滨特尔	1台	1台
多介质过滤器	D3.6m×H1.8m	碳钢衬胶	西门子	4个	1个
活性炭过滤器	D3.4m×H1.8m	碳钢衬胶	西门子	4个	1个
预处理水泵	PWT125-100-200S	SS304	滨特尔	2台	1台
热交换器	280mm3/h	SS304	萨莫威孚	2台	0
保安过滤器	40SL3-B	SS304	坤诺	4个	1个
一级RO高压泵	PWT100-65-315S	SS316	滨特尔	4台	1台
一级RO系统	103.0mm3/h	1	西门子	4套	1套
缓冲罐	105mm3	FRP	河北中意	1个	0
二级RO高压泵	PWT100-65-315S	SS316	滨特尔	4台	1台
二级RO系统	92.0mm3/h		西门子	4套	1套
一级TOCUV灯	SCD-1200-HE	SS316	Aquafine	2套	0
DO脱除装置	325.0mm3/h	PP	Liqui-cel	1套	0
连续电除盐装置(CEDI)	307.0mm3		Ionpure	1套	0
N2储气罐	2mm3	SS316	西门子	1个	0
40℃超纯水二级TOCUV系统	SCD-1000HE	SS316	Aquafine	2套	0
40℃超纯水抛光混床	RT-3072	FRP	罗门哈斯	4套	0
25℃超纯水二级TOCUV系统	SCD-1200HE	SS316	Aquafine	5套	0
25℃超纯水抛光混床	RT-3672	FRP	罗门哈斯	10套	2套

3 反渗透系统设计

　　反渗透系统是整个水处理系统中脱盐的核心，反渗透膜可除去水中绝大部分可溶性盐分，除去水中全部的胶体和微生物，保证了出水的水质，为后续的工艺提供优质的水源。考虑到原水（市政自来水）的水质受季节和气候的影响波动性很大，故此套水处理系统使用的反渗透膜是时代沃顿公司生产的聚酰胺复合抗污染膜PURO系列，对比普通系列的膜元件，此系列的膜元件采用特殊工艺对膜表面进行处理，改变了膜片表面的光滑度，增加膜表面亲水性，膜表面的电荷也趋近于中性，同时采用34 mil（8.636×10-4 m）的宽进水流道网设计，从而减小了胶体、污染物和微生物在膜表面的污染，延长膜的使用寿命，同时更易清洗。具体的膜型号为PURO-I，直径201 mm、长度1 016 mm的卷式组件，性能参数如表 2所示。

表 2 PURO-I性能参数

膜元件型号	有效膜面积/m2	平均透过水量/(mm3·d-1)	进水流道宽度/m	稳定脱盐率/%
PURO-I	37	39.7	8.636×10-4	99.5
运行压力/MPa	测试溶液(NaCl)/(mg·L-1)	膜片特点	回收率/%	最低脱盐率/%
1.55	2000	抗污染	15	99.3
进水自由氯/(mg·L-1)	进水SDI15	测试液pH	测试液温度/℃	最高操作压力/MPa
<0.1	<5	7.5	25	4.14
最高进水流量/(mm3·h-1)	进水pH	化学清洗pH	单支膜元件最大压降/MPa
17	3~10	2~12	0.1

　　一级反渗透系统单套设计为一级两段：（14∶6）×6，单套120支膜元件，系统设计产水103 mm3/h，设计回收率75%，温度为25 ℃，共5套，膜元件共600支。以反渗透膜系统为主介绍说明该水系统的运行情况。

4 反渗透系统的运行情况

　　反渗透技术在该厂大型水处理项目中的设计是可行的，经过实际应用的情况来看，运行效果较好，适用于该厂大规模电子超纯水的处理。时代沃顿的PURO-I膜在此系统中的运行较好，给该厂后续的水处理工艺提供了稳定的水质。一级反渗透系统在运行期间系统的运行压力在1 MPa左右；系统的进水电导率在300~400 μS/cm之间波动，产水电导率始终在5 μS/cm以下，系统的脱盐率在98.5%以上；系统的平均产水量在100 mm3/h左右，系统的回收率在75%左右，满足客户的供水要求。反渗透系统运行期间对运行情况进行了记录分析，以单套系统为例数据详情如表 3所示。

表 3 反渗透系统运行状况

时间	1日	5日	10日	17日	25日
产水流量/(mm3·h-1)	108.4	105.0	108.0	103.0	103.0
浓水流量/(mm3·h-1)	31	31	32	31	32
回收率/%	77.76	77.20	77.10	76.87	76.30
进水电导率/(μS·cm-1)	338	350	345	380	348
产水电导率/(μS·cm-1)	3.15	3.00	2.86	3.25	2.96
脱盐率/%	99.10	99.14	99.17	99.14	99.15
进水压力/MPa	0.992	1.000	1.020	0.980	0.990
进水温度/℃	25.0	25.7	26.5	26.7	26.3

5 反渗透系统的清洗情况

　　此套反渗透系统的污染物主要是有机物、胶体和微生物等物质，但污染不很严重，化学清洗的标准是产水流量降幅在10%左右的时候，就要进行化学清洗了，如果产水量降幅没有达到10%的时候也要进行维护性清洗，总的来说平均清洗周期约3个月。由于系统污染的原因是有机物和碳酸钙结垢，所以清洗的药剂选择上也主要是针对这些污染物，碱洗以复配药剂为主，复配药剂的组成为： NaOH（氢氧化钠）+Na-SDS（十二烷基苯磺酸钠）等药剂，pH为12左右，清洗时间为6 h左右；酸洗的清洗液为HCl（盐酸），pH为2~3，清洗时间为1 h，清洗液的温度为30 ℃；最后系统用非氧化性杀菌剂DBNPA进行杀菌清洗处理。系统清洗时进行单段清洗，每段都分三段流速进行清洗：开始的时候单支膜壳流速在5 mm3/h（碱洗1 h，酸洗为10 min）；然后单支膜壳清洗液流量为5 mm3/h左右进行循环清洗（碱洗4.5 h，酸洗40 min的功能）；最后用大流量进行冲洗，流量在10 mm3/h左右（碱洗0.5 h，碱洗10 min）。每次化学清洗后开启纯水泵进行冲洗，直至清洗液被纯水冲出为止。

6 效益分析

　　整个水处理系统固定资产折旧费、电耗、药剂消耗以及人工等各种费用进行核算，其中一级反渗透产水成本为2.87元/t，二级反渗透产水成本为4.47元/t，总的超纯水产水成本为6.85元/t，当地自来水的价格为2.33元/t，该水处理系统给工厂提供了优质而稳定的水源。

7 结论

　　反渗透技术在该厂大型电子超纯水项目中得到成功应用，为后续的脱盐处理工艺提供了优质的水源，保证了后续脱盐工艺的稳定，也验证了反渗透技术在电子超纯水项目应用中的良好表现，同时也增加了一个可供参考的成熟案例。时代沃顿反渗透膜在其中的优良表现，也给电子超纯水客户多了一个反渗透膜品牌的选择。