18MΩ超純水工藝方案的技術(shù)比選研究

文_李葉然 謝建麗 李鋆 浙江天地環(huán)?？萍加邢薰?/p>

目前超純水的生產(chǎn)主要有預(yù)處理、脫鹽、后處理三個模塊，其中脫鹽技術(shù)為超純水制備的核心技術(shù)模塊。近年來，各用水企業(yè)通過膜分離與EDI 技術(shù)串聯(lián)制備超純水，具體工藝為UF+RO+EDI，這種工藝出水水質(zhì)能達(dá)到傳統(tǒng)的混床工藝出水標(biāo)準(zhǔn)，且清洗恢復(fù)無需消耗過多的化學(xué)藥劑。

本研究擬對現(xiàn)有主流超純水制備系統(tǒng)工藝進(jìn)行分析篩選，結(jié)合源水水質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)，對主要脫鹽設(shè)備利用國產(chǎn)無膜EDI(MFEDI)代替進(jìn)口EDI，使投資及運(yùn)行成本降低，形成18MΩ·cm 超純水制備工藝。

1 超純水（18 MΩ·cm）產(chǎn)水指標(biāo)要求

超純水各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：系統(tǒng)出水電阻率≥18MΩ·cm（MΩ·cm，25℃）；TOC＜20ppb；全硅≤2ppb；細(xì)菌個數(shù)：最大值0.01 個/mL；其他技術(shù)指標(biāo)滿足電子級水國標(biāo)規(guī)定（GB/T11446.1-2013）的EW-I 級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 工藝流程調(diào)研比選

太原鋼鐵（集團(tuán)）公司自備電廠的亞臨界鍋爐和煉鋼焦化的高壓鍋爐補(bǔ)給水采用UF+RO+EDI 工藝，EDI 產(chǎn)水電阻率平均值為16MΩ·cm。

2017 年臺州電廠化水250t/h 的供熱規(guī)劃擴(kuò)容改造項(xiàng)目，采用國產(chǎn)MFEDI 代替進(jìn)口EDI 設(shè)備，產(chǎn)水電阻率平均值也能穩(wěn)定達(dá)到16MΩ·cm。

從運(yùn)行情況看，此工藝具有連續(xù)運(yùn)行周期長，出水穩(wěn)定，且自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，是性價比更優(yōu)的超純水制備工藝。結(jié)合目前國內(nèi)外超純水制備工藝調(diào)研結(jié)果，本項(xiàng)目采用國產(chǎn)MFEDI代替進(jìn)口EDI，降低EDI 投資成本，簡化EDI 模塊裝置；在實(shí)際運(yùn)行中試裝置上，后續(xù)再配備脫氣膜+拋光混床+精密過濾器，以保證出水電阻率達(dá)到18MΩ·cm。此工藝路線具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力，可形成完整的18MΩ·cm 超純水制備工藝。

3 MFEDI中試運(yùn)行

3.1 MFEDI中試試驗(yàn)裝置

方案擬定MFEDI 產(chǎn)水工藝在中試裝置試驗(yàn)，其工藝流程為原水→超濾保安過濾器→超濾→反滲透保安過濾器→一級反滲透→二級反滲透→MFEDI →中試裝置產(chǎn)水。

3.2 MFEDI中試試驗(yàn)產(chǎn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)分析

MFEDI 中試試驗(yàn)裝置連續(xù)試運(yùn)行產(chǎn)水?dāng)?shù)據(jù)及趨勢見圖1。從產(chǎn)水?dāng)?shù)據(jù)和趨勢圖可以看出，此試驗(yàn)裝置連續(xù)運(yùn)行41 天，二級RO 產(chǎn)水電導(dǎo)率基本保持在1 ～2μS/cm，MFEDI 進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定。在此情況下，MFEDI 產(chǎn)水電導(dǎo)率維持在0.062 ～0.058μS/cm 之間，即產(chǎn)水電阻率維持在16MΩ·cm，產(chǎn)水流量基本維持在12 ～15m3/h，產(chǎn)水水質(zhì)和水量穩(wěn)定。此結(jié)果證明，本項(xiàng)目擬定的用國產(chǎn)MFEDI 替代進(jìn)口EDI 制備超純水的工藝方案可行，可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)探討后續(xù)精處理模塊，最終形成具有抗沖擊負(fù)荷力的超純水制備工藝方案。

圖1 （a）二級RO 和MFEDI 產(chǎn)水連續(xù)運(yùn)行趨勢圖

圖1 （b） MFEDI 中試裝置日平均產(chǎn)水流量趨勢圖

3.3 MFEDI產(chǎn)水指標(biāo)分析

對方案中主要設(shè)備的指標(biāo)完成情況進(jìn)行了比對，具體見表1。由表可知，MFEDI 產(chǎn)水電阻率和SiO2指標(biāo)要求均已達(dá)到進(jìn)口EDI 設(shè)備產(chǎn)水品質(zhì)。

表1 MFEDI產(chǎn)水水質(zhì)

4 MFEDI產(chǎn)水后續(xù)精處理

超純水中雜質(zhì)含量非常低，很容易受外界環(huán)境的影響而電導(dǎo)率升高，因此一般超純水處理工藝在深度除鹽后會配備進(jìn)一步精處理裝置。本研究工藝流程中脫氣膜是為了消除二氧化碳等氣體對超純水電導(dǎo)率的影響，紫外線用于殺菌，拋光混床是進(jìn)一步除去極少量殘留或管網(wǎng)中溶解在超純水中的鹽分，微膜過濾器則是超純水處理工藝的最終保障。因此本方案設(shè)計的MFEDI產(chǎn)水后續(xù)流程：脫氣膜（MDG）→純水箱→TOC→UV→拋光混床→精密過濾器0.1μm 可以保證產(chǎn)水電導(dǎo)率的穩(wěn)定性，為用戶提供高質(zhì)量的超純水。對方案中MFEDI 產(chǎn)水后續(xù)精處理設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行了分析，具體見表2。

表2 MFEDI產(chǎn)水后續(xù)精處理水質(zhì)

5 結(jié)果與創(chuàng)新

5.1 工藝流程

18 MΩ·cm 超純水制備工藝處理流程如下：

原水箱→超濾保安過濾器→超濾→RO 保安過濾器→一級反滲透→一級RO 水箱→二級反滲透→二級RO 水箱→UV→1 μm 微濾→電除鹽（MFEDI）—脫氣膜（MDG）→純水箱→TOC →UV→拋光混床→精密過濾器0.1μm →超純水用戶。

5.2 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

通過對超純水制備系統(tǒng)技術(shù)影響因素分析，以及國內(nèi)電廠超純水制備工藝調(diào)研篩選，采用國產(chǎn)MFEDI 代替進(jìn)口EDI 工藝，對現(xiàn)有主流超純水制備系統(tǒng)工藝進(jìn)行分析篩選。在浙能臺州發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給水制備工藝基礎(chǔ)上，MFEDI 產(chǎn)水后端新增精處理單元，結(jié)合項(xiàng)目源水水質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化運(yùn)行條件，最終形成運(yùn)行周期長，產(chǎn)水穩(wěn)定的18MΩ·cm 超純水制備工藝。

6 經(jīng)濟(jì)社會效益分析

18MΩ 超純水技術(shù)研究工藝方案針對傳統(tǒng)典型的超純水系統(tǒng)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上通過系統(tǒng)集成提高了廠房利用率，降低投資成本，實(shí)現(xiàn)95%以上的水回收率，提高原水的利用率，減少了廢水的排放；裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，還可以為今后的擴(kuò)產(chǎn)提供靈活、方便等多方面開發(fā)優(yōu)勢，形成了全新的超純水全膜法制備系統(tǒng)。同時，MFEDI 具備與進(jìn)口EDI 近似甚至更低的運(yùn)行能耗，因而具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

由于18 MΩ 超純水工藝系統(tǒng)在于制備工業(yè)高品質(zhì)的超純水，適用于對水質(zhì)要求高的工業(yè)行業(yè)。運(yùn)行過程僅耗費(fèi)電能，無需酸堿藥劑，不僅可減少酸堿等污染物的排放，也可節(jié)省廢水處理及排污費(fèi)用，從而具有顯著的社會效益。

因此，本工藝技術(shù)方案在占地面積、投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用等直接效益方面，以及不產(chǎn)生污染物等社會效益方面均占有極大優(yōu)勢，是目前高品質(zhì)超純水處理工藝的首選之一。

7 結(jié)論及展望

通過在中試試驗(yàn)，18MΩ 超純水制備系統(tǒng)的技術(shù)比對研究，此工藝方案運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可操作性強(qiáng)，具有推廣價值。采用由超濾+2 級反滲透+MFEDI+脫氣膜+拋光混床+精密過濾器，出水電阻率可以達(dá)到18MΩ·cm。此工藝路線保持系統(tǒng)穩(wěn)定性能同時降低投資成本；提高水利用率減少廢水的排放；保持?jǐn)U產(chǎn)靈活性；具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力等方面優(yōu)勢，形成了全新的超純水全膜法制備系統(tǒng)，是一種經(jīng)濟(jì)有效制備超純水的水處理方法，尤其在發(fā)電產(chǎn)業(yè)、電子行業(yè)等工業(yè)使用方面有著廣闊的應(yīng)用推廣前景。