武立辉   姚  亮
（多元环球水务，北京，102600）

         摘 要：结合实例介绍了反渗透/电去离子（RO/EDI）集成膜技术在实验室超纯水系统中的应用，描述了制备超纯水的工艺流程，单元设计，设备选型，并对投资和运行费用进行了分析。连续运行结果表明：该系统稳定，产水水质达到15MΩ.cm 以上，工艺流程设计合理，无污染，产水成本较低。
         关键词：反渗透/电去离子  超纯水  脱盐

         反渗透/电去离子（RO/EDI）集成膜技术是近年来迅速发展成熟，并得到大规模工业应用的最新一代超纯水制造技术，在国际上已逐渐成为纯水技术的主流。作为其中的技术关键，反渗透（RO）技术及其装置已经具有多年的发展历史，为人所熟知；而电去离子装置（EDI）于二十世纪九十年代才真正成熟起来，全面解决了超纯水生产时酸碱消耗、环境污染、自动化程度差、系统不稳定等一系列问题。因而，在相当长的时期内RO/EDI的集成膜技术将成为纯水产业领域竞争的热点^[1,2] 。
         RO/EDI的集成膜技术在电子企业用水，实验室纯水系统，电厂用水等方面具有独特的优势：自动化程度高、易维护、出水水质高、无环境污染副产物、EDI单元不需对树脂进行酸碱再生等^[3,4] 。针对实验室纯水系统的工艺特点，笔者对中科院北京某院所科研楼实验室纯水系统进行了设计。

1  项目概况
        本项目为中科院北京某院所科研楼的实验室纯水工程，以北京市市政自来水为原水，要求供出水电阻率大于15MΩ.cm， 使用点纯水电阻率为10～15MΩ.cm，产水量为1m³/h。

2  工艺设计及单元描述
         如图1所示，自来水由市政管网进入原水箱，通过原水泵增压，经砂滤器、炭滤器、阻垢剂加药、保安过滤器，到达反渗透单元，经两级反渗透过滤进入EDI单元，达到电阻率15MΩ.cm(25℃)进入纯水水箱。纯水供水设计为循环方式，经纯水供水泵增压，通过紫外线消毒器、抛光混床、0.22微米过滤器接入纯水供水管，到达使用点。

                                                                                     图1 工艺流程图

2.1 预处理单元
         采用石英砂过滤、活性炭过滤、保安过滤作为两级反渗透的预处理。
2.2 膜系统单元
         膜系统单元是本系统的核心，负责去除水中大部分的有害物质，保证终端产水达到标准要求。本设计中采用辅以pH值调节的两级反渗透作为初级脱盐工艺，EDI模块作为深度脱盐工艺。
2.2.1反渗透模块
         反渗透膜是以压力差为驱动力的液相膜分离方法，可以看作是渗透的一种反向作用。在压力推动下，溶液中的水分子透过膜，而其它分子、离子、细菌、病毒等被截留，从而实现脱盐效果，达到纯化目的。
         整个反渗透系统由高压泵、反渗透膜、压力容器以及相应的仪器、仪表、阀门、机架、管道及管件等组成；此外还有独立的化学清洗装置。
2.2.2EDI模块
         EDI技术是将膜法和离子交换法结合起来的新工艺，基本原理主要包括离子交换、直流电场下离子的选择性迁移及树脂的电再生。水中的离子首先通过交换作用吸附于树脂颗粒上，再在电场作用下经由树脂颗粒构成的“离子传输通道”迁移到膜表面并透过离子交换膜进入浓室。由于离子的交换、迁移及离子交换树脂的电再生相伴发生，犹如边工作边再生的混床离子交换树脂柱，因此可以连续不断地制取高质量的纯水、高纯水。
         EDI系统由增压泵、膜堆、电源以及相应的仪器、仪表、阀门、机架、管道等组成。
2.3 供水单元
         纯水供水循环采用254nm紫外线杀菌、抛光混床脱盐、0.22微米过滤，达到用户的纯水水质要求。
为保证纯水的品质以及生物学指标，在纯水制备的终端设置精度为0.22μm的微滤膜过滤器，用于截留去除脱盐设备出水中的微粒以及细菌尸体。由于0.22μm的微滤膜膜过滤器为整个脱盐工艺的最后一道处理设备，因此又称终端过滤器。过滤器内装折叠式微孔滤膜，过滤精度0.22μm，过滤器出口设置压力表。过滤器经过一段时间的运行后，滤膜表面截留了大量杂质，使滤膜堵塞，导致工作压力增加，当进出口压力差增大到某一设定值时，更换滤膜。
         终端过滤器由罐体、0.22μm滤芯、压力表组成。
2.4 主要设备及技术参数
         主要设备清单及技术参数如表1所示。
         电控单元自制，采用设备包括三菱PLC、Proface触摸屏、联想计算机、西门子电气元件等。另需要电导率检测仪、压力表、高低压传感器、机械流量计、电磁阀，电磁开关流量计、球阀等配件若干。

  表1 设备清单及技术参数

3  费用计算
3.1 投资费用
         纯水系统设备总价58.86万元；设计及安装调试费1万元；纯水管网费用18.54万元；机房装修、空调、配电费用3万元。总计费用约81.4万元。
3.2 运行费用
         人工费：因整个系统的自动化程度高，无须专人操作，由实验室部门派人兼管即可，人工费可不计入运行成本。
         电费：电费按0.6元/kW·h 计算，系统的运行功率约为4.5kW，电费不超过2.7 元/m³纯水。
         自来水费：制取1m³ 纯水约需1.5 m³ 自来水，按5.4元/ m³计算，则每吨水自来水费为8.1 元/m³。
本纯水系统产水成本为10.8元/m³，远远低于市售纯水价格。
4  结语
         该系统经过一年多的连续运行，反映良好。设备产水水质良好，水量稳定，回收率大于70%，产水终端电阻稳定达到15MΩ.cm 以上，日常水质检测（余氯、铁、电导率、硬度、细菌、内毒素）超过质控标准，设备具有关键单元备用从而杜绝了停水情况的发生，并大大缩短了紧急供水时间。本系统在反渗透和EDI 两大工艺的基础上，结合了PLC、触摸屏等先进控制装置及PID 控制理论，实现了系统的高效、稳定脱盐效果，并且产水成本低廉，无酸碱消耗，满足了科研实验室用水的要求。

参考文献
1 周柏青. 全膜水处理技术, 中国电力出版社, 2006:1-30.
2 王方. 电去离子净水技术，膜科学与技术, 2001 ,21 (2):50-54.
3 Henley M. Ion exchange markets, part 1-the changing role for ion exchange water treatment, Ultra pure Water, 2002, 19 (6):13-16.
4 刘红斌，龚承元，马军等.电去离子纯水制备技术.净水技术, 2004,23 (1):30-33.

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