2 t/h超纯水 (UPW) 系统

技术规格 · 设备选型及工艺概述

水电阻率 ≥ 18.0 M欧米茄·厘米 (25°C) | 专为纳滤材料生产和高纯度漂洗水应用而设计

目录

1. 概述

1.1设备概述

该设备为连续超纯水 (UPW) 制备系统，产水速度为每小时2吨 (在25°C)。它采用了主流工艺路线，包括 “预处理双级反渗透 (RO) 电去离子 (EDI)”，确保最终产品水保持稳定的电阻率≥ 18.0 M欧米茄·厘米 (在25°C)。这符合纳滤膜 (NF) 材料的合成，分散，涂覆，改性和最终冲洗阶段所需的超纯水的严格水质要求。

该系统采用模块化集成设计，包括预处理单元，反渗透单元，EDI精细处理单元，后处理灭菌单元，纯水存储和分配单元，PLC自动控制柜，在线仪表。它具有结构紧凑，自动化程度高，运行稳定，维护方便等特点。

1.2应用环境和用水特征

纳滤材料及其膜元件对制造过程中引入的杂质高度敏感。即使水中的痕量离子、颗粒、有机化合物、微生物或残留的活性氯也会改变材料的表面电荷，堵塞纳米级孔隙，或引起不可逆的结垢，从而影响其分离效率、通量和使用寿命。因此，纳滤材料生产中使用的水必须满足以下要求:

• 超低离子含量 – 防止金属离子的沉积 (例如，Na⁺,钙²⁺, Fe³⁺) 在材料表面或其与活性官能团的配合；

• 超低总有机碳 (TOC) – 防止膜孔内有机物的吸附，从而避免通量衰减；

• 超低颗粒和微生物含量 – 防止纳米孔堵塞和生物污染；

• 无余氯和氧化剂 – 保护有机聚合物材料免受氧化降解；

• 水质高度稳定 – 确保各批次产品性能的一致性。

该设备是专门设计来满足上述要求，保持水的电阻率在 ≥ 18.0 M欧米茄·cm并同时控制TOC，颗粒，细菌和二氧化硅等参数，从而确保纳米级材料的生产质量。

1.3设计目标和技术规格

1.4主要特点

• 成熟可靠的技术: 两阶段RO工艺去除99% 以上的离子和有机化合物，而EDI系统提供持续的深度脱盐，无需酸碱再生; 出水电导率保持稳定在18 M欧米茄·厘米。

• 高且稳定的水质: 管道末端配置，具有185/254 nm的双波长紫外线消毒和0.22 穆m末端过滤，有效降解TOC，同时保留颗粒和微生物；

• 绿色操作: EDI取代传统混床系统，消除酸碱排放，符合环保要求；

• 高度自动化: 通过PLC触摸屏集中控制 – 自动启动/停止、冲洗、保护和报警功能 – 减少对人工操作的依赖；

• 在线监测: 电阻率 (电导率) 、流量、压力、液位实时显示和联锁；

• 材料安全: 与纯水接触的区域由SUS304/316L不锈钢或卫生级塑料制成，以防止二次污染。

2、设计依据及执行标准

本设备的工艺设计、制造、检验、水质分级等主要依据和参考以下国家和行业标准、规范:

注: 水质参数严格按照《电子级水》 (EW-Ⅰ) 和 “半导体级超纯水” 标准，确保符合适用于纳滤材料生产的严格规范。

3、原水条件及处理水水质

3.1原水水质假设

本系统以市政自来水为水源，经验证设计符合以下水质要求 (实际工程见现场水质报告):

如果原水水质差 (例如，高硬度，高硅含量或高有机物含量)，则可以在预处理阶段添加化学剂量 (防垢/还原/PH调节)，或者可以安装超滤 (UF) 单元，以确保RO系统的长期稳定运行。

3.2水产品质量指标 (纳米级要求)

系统流出物必须同时满足以下标准; 核心参数 – 电阻率 – 必须保持稳定在 ≥ 18.0 M欧米茄·厘米在25°C:

3.3关键绩效指标 (kpi) 解释

• 电阻率 ≥ 18.0 M欧米茄·cm: 这表明水中的总离子浓度极低，是超纯水的核心标准；

• 目录 ≤ 30 ppb: 控制有机物，以防止纳米孔中与吸附有关的污染; 由活性炭和185 nm紫外线的组合保护；

• 细菌 ≤ 0.1 CFU/mL: 通过254 nm紫外线灭菌0.22进行双重控制 穆m终端过滤；

• 颗粒含量 ≤ 1粒/毫升 (≥0.22 穆m): 终端微孔过滤确保在纳米材料涂覆或冲洗过程中不会引入颗粒；

• 二氧化硅₂ ≤ 2 穆g/L: 两级RO系统的高效硅排斥能力防止纳米材料表面的硅尺度污染。

4.工艺计划和工作流程

4.1工艺路线选择

满足 “电阻率” 的要求≥ 18 M欧米茄·纳米材料级杂质的cm控制，“该设备采用主流组合的“ 两级反渗透EDI ”，解释如下:

注: 对于需要较高电阻率裕度的应用 (例如，长期要求 ≥ 18.2 M欧米茄·cm) 或原水水质波动较大的地方，可以在EDI系统之后安装一个额外的抛光混合床装置 (带有核级树脂) 作为最终保障; 这可以根据需要进行可选配置。

4.2工艺流程图

完整的系统流程如下图所示; 整个流程—从原水取水到使用点—分为三个主要功能部分: 预处理，反渗透和最终处理。

4.3过程描述

① 预处理部分

原水首先在原水储罐中缓冲，然后通过原水泵加压，然后依次通过多介质过滤器 (以去除悬浮固体，胶体和浊度)，活性炭过滤器 (以吸附残留的氯，有机化合物和气味)，软水器或阻垢加药装置 (以防止CaCO的形成₃、MgCO₃,或ro膜表面的二氧化硅垢)，最后通过一个5 穆m安全过滤器去除细小颗粒，从而保护高压泵和ro膜。

② 反渗透段 (双级RO)

过滤后的水由一级高压泵加压，并送入一级反渗透 (RO) 单元，该单元保留98%–离子、有机化合物和微生物的99%; 然后通过次级高压泵将初级RO产品水输送到次级RO单元进行进一步净化，之后将其储存在RO产品水箱中。这种两阶段RO工艺将电导率降低到大约1以下–2 穆S/cm，为EDI系统提供了极好的给水来源。

③ 先进的处理部分 (EDI后处理)

RO处理后的水被送入EDI模块，在电场和离子交换树脂的协同作用下，发生连续的深度脱盐; 出口水的电阻率然后上升到15–18 M欧米茄·cm。随后将水转移到纯水储罐中，使用185/254 nm双波长紫外线灭菌器进行灭菌 (以降解TOC并消除微生物)，然后通过0.22 穆最终过滤系统，用于在最终输送到纳米材料生产和冲洗过程的供水点之前去除任何颗粒物质。

4.4关键工艺参数

5.各单元设备详细规格

5.1原水储存和加压

原水箱 (PE材料，2.0米³) 装有液位传感器，可防止泵空转; 原水泵 (SUS304，Q ≈ 3.5 m³/h, H≈ 0.30 MPa) 为预处理过程提供了稳定的流速和压力，并附有压力表和入口/出口阀。

5.2预处理系统

预处理配置包括自动反冲洗 (多介质/活性炭) 和再生 (软化) 序列，可根据时间或压差设置由PLC触发，确保操作和维护简单。

5.3反渗透系统 (RO)

使用防污芳族聚酰胺复合膜模块 (8040)。初级RO系统包括四个膜元件 (两个压力容器，每个压力容器包含以2:2构造布置的两个膜)，而次级RO系统包括两个膜元件 (一个压力容器包含两个膜)。所有高压泵均为立式多级离心泵 (SUS304/316L)，配备变频驱动或恒压控制系统，并具有高/低压保护，浓缩物排放和冲洗阀。

5.4电去离子 (EDI)

选择一个大型EDI模块 (具有额定处理能力 ≥ 2.3 m³/h，例如，ip-lxm系列或e-cell MK系列) 由专用直流电源供电; 精确控制进水参数 (流量，压力和电阻率) 后，在电场的影响下不断去除残留离子，导致出口水电阻率范围从15到18米欧米茄·cm. EDI既不需要酸碱再生，也不需要化学排放。

5.5纯化水储存

两个RO储水箱 (PE，1.0 m³) 和纯水储罐 (PE或SUS316L，1.0 m³) 配有液位联锁: 低液位启动制水系统，高液位停止; 然后在恒压下将水输送到最终用户 (可选: 纯水增压泵变频恒压系统)。

5.6后处理和灭菌

紫外线消毒器采用双波长灯在185 nm (用于TOC降解和羟基自由基的产生) 和254 nm (用于细菌消除)，与SUS304外壳; 终端过滤器具有0.22 穆m卫生级滤芯 (SUS316L外壳)，有效捕获颗粒和微生物，确保最终用水点的纳米级清洁度。

5.7抛光混合床 (可选)

如果要求电阻率保持在 ≥ 18.2 M欧米茄·cm在较长时间内或如果原水水质出现明显波动，则可以在EDI系统之后安装额外的抛光混合床装置 (使用核级混合床树脂)，作为最终深度脱盐的保障。本机是可选组件，应根据需要进行配置。

6.控制和自动化系统

6.1控制系统结构

该系统采用 “PLC触摸屏 (HMI)” 架构，并辅以现场控制柜。PLC处理逻辑控制、联锁保护和数据采集; 触摸屏提供实时运行状态、参数设置、报警记录和趋势显示，支持本地和远程操作和维护。

6.2自动运行逻辑

• 一键启停: 自动依次启动所有泵、阀门，停机自动冲洗；

• 液位联锁: 原水箱或净化水箱液位传感器控制水处理单元的启动/停止运行，防止空转和溢出；

• 自动反冲洗/再生: 多介质、活性炭、水软化根据时间或压差自动执行；

• RO自动冲洗: 启动/停止时自动低压冲洗，以延迟膜污染；

• 恒压供水: 纯水段支持变频恒压控制，保证各用水点压力稳定。

6.3在线监测仪

6.4安全联锁和报警系统

• 高压泵低压保护 (进水不足自动停机) 、高压保护 (超压泄压/停机)；

• 当水电阻率低于设定值时，触发自动报警并切换放电模式 (水不进入纯水箱)；

• 电气保护功能包括: 高/低水箱液位检测、电机过载保护、相序或缺相检测；

• 故障自诊断和历史警报记录有助于操作和维护的可追溯性。

7.管道、阀门及材料选择

7.1材料选择原则

坚持 “逐步净化、防止二次污染” 的原则，对接触不同质量等级水的材料进行分级选用:

7.2管道和阀门

管道系统采用卫生夹或热熔连接，以最大限度地减少死区; 阀门配置主要由气动/电动球阀和隔膜阀组成，以方便自动控制; 纯水部分设计有适当的坡度和排放口，以方便清洁 (CIP) 和排水。

8.主要设备配置清单 (BOM)

下表显示了系统主要设备的配置 (典型配置; 实际设置取决于最终设计确认):

9、厂房设施及公用设施条件

10.安装、调试及验收

10.1安装

• 设备的位置、水平和安全; 根据图纸连接原水、处理水、浓水、排水和电源；

• 管道水压试验和冲洗; 电气接线和接地检查；

• 仪器校准和PLC程序下载。

10.2调试

• 分步独立系统调试 (泵、阀门、仪表) → 综合试运行 → 水质合规性验证；

• 将RO治愈率、EDI电流/流速和UV操作参数优化到最佳水平；

• 连续运行24–48 h验证产水量和出水水质的稳固性。

10.3验收标准

设备连续稳定运行后，若产水率 ≥ 2.0 m³/h，水电阻率为 ≥ 18.0 M欧米茄·厘米 (在25°C)，并且所有其他水质参数均符合3.2节中规定的要求，则该设备应被视为已通过验收。

11.操作维护和消耗品

11.1日常操作

• 操作压力、流量、电阻率、报警等日常检查记录；

• 保持水箱水位，使系统自动运行，避免频繁的启停循环；

• 用于离线参数监测的定期采样，包括TOC、细菌和微粒。

11.2维护和耗材更换周期

12。质量保证和售后服务

• 制造应按JB/T 2932和GB/T 19249等标准进行，装运前应完成水压试验和功能试验。

• 提供设备合格证、材料合格证、电气原理图、操作维护手册等文件资料；

• 设备主机保修: 12个月 (自成功验收之日起)，终身技术支持；

• 提供安装指导、调试培训、远程/现场故障响应服务；

• 长期供应耗材和备件，包括滤芯、膜组件和树脂。

13。技术规格汇总表