1、摘 要自从美国科技界为了研制超纯材料应用蒸馏、去离子化、反渗透技术或其它适当的超临界精细技术生产出来的水以来，如今高纯水已在生物、医药、汽车等领域已经广泛应用，因此高纯水的制备也备受人们关注。而本文从高纯水水质要求，高纯水制备及处理方法的对比，凸现出膜工艺处理的优点。项目采用膜处理工艺设计，在达到水质要求的前提下，以提高回收率为目标。整个设计包含预处理系统、反渗透系统和后处理系统三方面的设计计算，最终给出50m3/h高纯水膜法制备的设计方案。阅读本文，你可以充分了解高纯水制备的原理及过程，相信读者对高纯水和膜工艺能有更深刻的理解。关键词：高纯水；反渗透；膜工艺ABSTRACTSince the
2、 U.S. science to research the ultra pure material using distillation, to ionization, reverse osmosis technology or other appropriate supercritical fine technology production comes out water, now highly purified water since already in biology, medicine, automobile, etc have been widely applied, so hi
3、ghly purified water preparation also attracted much attention. According to the high pure water quality, membrane techniques were selected to use widely in the high pure water treatment comparing with other treatment method. In this paper, membrane treatment process was designed with the target of i
4、ncreasing the pure water recovery rate. Pretreatment, reverse osmosis system and the post treatment was included in this system. Finally, an design project of 50m3/h highly pure water treatment was put forward. Reading this article, you can fully understand the highly purified water the principle an
5、d process of preparation, and believe and readers can film process a deeper understanding to highly purified water. Key words: High pure water；reverse osmosis；membrane techniques 目 录第一章 高纯水11.1 纯水的概念与分级11.2 高纯水的定义及其应用21.3 高纯水制备的主要方法2第二章 膜分离技术42.1 膜分离技术简介42.2 膜分离技术在高纯水制备中的应用62.3 反渗透技术7第三章 任务背景及说明103.
6、1项目设计及依据103.2 项目设计原则113.3 本设计工艺11第四章 计算说明144.1 预处理系统144.2 反渗透系统184.3 后处理系统204.4 项目预算224.5 总结24参考文献致谢第一章 高纯水1.1 纯水的概念与分级1.1.1 纯水的概念水的“纯”与“不纯”，主要是指水中各种导电介质（水中各种盐类的阴阳离子）、溶解气体、各种微生物、有机物及各种细小微粒等杂质含量的多少而言，其的概念是相对的。化学意义上纯水（液态的H2O）的理论电导率为18.3Mcm。在实际生产中，用来表示水的纯度的主要指标是水中含盐量的大小1。目前纯水中微量离子数量的测定，是用水的电导率（或电阻率）来间接
7、表示的。电导率（也叫比电导）是电阻率的导数姆欧，测量时是在25下使用相距1厘米的两个面积为1平方厘米的电极测出的电阻，其关系为：1微欧姆/厘米=1.0106欧姆厘米=1.0毫克/升1 S/cm=1 Mcm=1.0 mg/L1西蒙=1兆欧=1毫克/升总含盐量纯水中微生物可用培养法测定，可以用测总有机碳(TOC)的方法测定有机物的含量，微细颗粒借助电子显微镜等方法进行观测。1.1.2 纯水的分级根据各工业部门对水质的不同要求，工业用纯水一般分为初纯水（脱盐水）、纯水（去离子水）、高纯水（纯净水）、和超纯水四级2。纯水的各项技术指标见表1-1。表1-1 纯水的各项技术指标纯水类型25电阻率/Mcm1
8、0m微细颗粒数/个ml微生物/个ml总有机碳/mgl溶解气体总硅（SiO)/mgl理论纯水18.300000超纯水16.01.01.00.051010.0高纯水10.010.010.00.210050纯水1.050501.0500100初纯水0.11001002.010001000初纯水是以去除水中无机盐为主要目标，在除盐过程中也去除了部分机械杂质和有机物质；纯水的处理对象仍为无机盐类，但对水中的剩余微生物、有机物等较初纯水有较严格的要求；高纯水对残余无机盐的要求极为严格，对有机物、微生物及微粒粒径和数量都有严格的要求；超纯水中各项指标接近理想的理论纯水的指标。1.2 高纯水的定义及其应用 1
9、.2.1 高纯水的定义高纯水（high-purity water，ultra-high purity water）是指将水中的导电介质几乎全部去除，又将水中不解离的胶体物质、气体和有机物均去除至很低程度的水。高纯水的含盐量在0.3 mg/L以下,电导率小于0.2 s/cm，是化学纯度极高的水3。1.2.2 高纯水的应用高纯水最初是美国科技界为了研制超纯材料（半导体原件材料、纳米精细陶瓷材料等）应用蒸馏、去离子化、反渗透技术或其它适当的超临界精细技术生产出来的水，如今超纯水已在电力，化工，生物、医药、汽车等领域广泛应用，它的出现是水处理技术的一次革命性进步，标志着水处理跨入绿色产业的行列。高纯水
10、的品质已成为产品质量，生产成品率及生产成本的重要元素之一，对高纯水水质的要求也越来越高。高纯水制备系统的工程项目设计显得非常普遍和实用。1.3 高纯水制备的主要方法 从表1中可看出，制备纯水的主要任务是深度除盐（尤其是微量电解质离子的去除）、灭菌和去除各种微粒（有机物、胶体和灭菌后的微生物细菌尸体等）。纯水制备的水源一般都是自来水，即使是自备水源，也须经过净化处理的地表水或清澈的自来水。1.3.1 深度除盐深度除盐的方法目前在国内外主要有蒸馏法、离子交换法、膜分离法、冷冻法、萃取法和水合物法4。其中蒸馏法、冷冻法、萃取法和水合物法由于成本高、运行操作复杂等原因应用很少，且大部分用于高盐水的淡化
11、。目前，深度除盐的方法最普遍的是采用离子交换法。近年来，由于膜分离技术的发展，纯水制备工艺流程多采用膜分离（电渗析或反渗透）预脱盐的方式，以减轻离子交换装置的负荷，节省酸碱耗量，延长再生周期并提高水质等；电渗析是利用交换膜的选择透过性，在外电场的作用下强制去除电解质离子；反渗透是利用膜的单向透过性，靠渗透压原理去除电解质离子。运行经验表理的水，最后经混床、精床处理能达到深度除盐的目的，水的电阻率及微量离子的含量都能达到高纯水或超纯水的指标要求5。1.3.2 灭菌 在水处理中，灭菌的方法有加药、氧化、光照紫外射线等方法。其中，利用光照紫外射线灭菌法具有杀菌能力强、速度快、不改变水环境等优点，是纯
12、水制备中灭菌的最好方法，因此，在纯水制备中得到广泛的应用。1.3.3 微粒的去除水中各种微粒（溶解的、非溶解的、无机或有机的、各种微生物等）都是具有一定粒径范围的微粒。目前，还没有一种水处理方法可以把各种粒径的微粒一次性全部去除。不同的微粒需要用不同的方法去除。在去除水中微粒方面，先经膜分离预脱盐，再经过离子交换除盐处理的水处理方法会有不同的效果。表1-2 常用水处理方法去除水中微粒的效果处理方法一价金属离子多价金属离子有机物分子量300有机物分子量5000胶体粒径0.1m胶体粒径0.2m0.2m粒径微粒大部分细菌溶解气体蒸馏较好很好一般很好很好很好很好很好好离子交换很好很好/一般/吸附/一般
13、好/反渗透一般很好好很好很好很好很好很好/超滤/一般很好很好很好很好很好/微滤/好一般很好很好/以上所述的水处理方法均有其局限性。蒸溜法对去除各种微粒有较好的适应性，但其去除电解质离子的彻底性远不如离子交换柱，经过2-3次重复蒸溜的水，其电阻率只有1-2 Mcm，而离子交换柱出水的电阻率可达16-18 Mcm；再如反渗透对溶解性气体及一价无机金属离子的去除彻底性很差，但是对各种微粒均有很好的去除效果。但和各种传统水处理工艺比较，膜分离方法（如反渗透，电渗析等）有操作简单、运行费用小、出水水质优良、环保等优点，是一种前沿的水处理技术。它把传统的电渗析技术和离子交换技术有机地结合起来，克服了电渗析
14、不能深度脱盐的缺点，弥补了离子交换不能连续工作的不足；无需消耗酸碱再生，不排放酸碱废水，是“物理”的净化过程，不污染环境；产水水质满足锅炉用水对电阻率、硬度和硅等要求；现场安装工作量小，施工周期短，设备占地面积小，厂房投资较低，运行费用低，管理方便，因此被大量应用6。第二章 膜分离技术高纯水制备的主要方法有蒸馏法、离子交换法、膜分离法。当今，随着科学技术水平快速提高和自动化程度的迅猛发展，对高纯水的需求量和水质要求越来越高。离子交换再生频繁、操作复杂、维护麻烦、运行费用高等缺陷就越来越突出。蒸馏法、电渗析法由于成本高、运行操作复杂等原因应用很少，且大部分用于高盐水的淡化。随着膜分离技术的发展，以超滤（UF）和微滤（MF）为预处理手段，反渗透（RO）为脱盐技术核心，结合活性炭吸附等辅助方法面市，此法不仅净化效果远远优于传统工艺，出水品质更优；而且设备更紧凑、操作更简便。且膜分离方法具有运行稳定、占地少、操作维护简单、可实现高度自控，处理水量越大，被大量的应用于高纯水制备的工程中（如电厂等企业）。2.1 膜分离技术简介2.1.1 膜分离法定义 膜分离工程是一门科学，是人类在生产和科学领域中的一大进步。用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学差为推动力，对双组份或者多组分的溶质和溶剂进行分
