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一级反渗透+二级EDI超纯水生产工艺

[导读]重点介绍一级反渗透+二级 EDI 超纯水生产工艺,与传统的离子交换法纯水生产工艺相比,分析了该工艺的降耗减排效果,阐述了一级反渗透+二级 EDI 超纯水工艺的先进性

中山大学化工与工程学院实验大楼(下称中大化工实验楼)共有 8 层,每层有十多间实验室,共计八十多间实验室。其八楼采用中央超纯水生产系统制备超纯水,再利用超纯水输送管网向各实验室供应实验室纯水。该套系统采用广州市晶源海水淡化与水处理有限公司提供的“一级反渗透+二级EDI”(下称 1RO+2EDI)超纯水工艺设备,使用至今已达八年之久,目前其产水技术指标仍然远远超过中国实验室分析用各级纯水技术指标。

中大化工实验楼中央超纯水机是国内首台采用“1RO+2EDI”的超纯水生产工艺的超纯水机。其先进性表现在工艺先进,采用二级 EDI 进行高精度提纯、产水质量高;无需酸碱再生,污水零排放;与该实验室以前使用的阳+阴+阴+混+混床纯水生产工艺相比,不仅节水节电,而且环保,实现了污水零排放,空气零污染,在降耗减排方面取得明显效果。

为使“1RO+2EDI 超纯水生产工艺在全国大学实验室中进一步获得推广应用,促进大学实验室在纯水生产中降耗减排,现将“1RO+2EDI”纯水生产工艺的先进性介绍如下,以供相关人员参考之用。

1 中大化工实验楼用“1RO+2EDI”超

纯水生产工艺及其分支供水原理简介

1.1 中大化工实验楼用中央供纯水系统组成图(见图 1)

1.2 系统原理说明

(1)全自动预处理设备包括:机械过滤器、活性炭过滤器、软水器。

①机械过滤器去除水中的固体微粒、铁锈、悬浮物及胶体杂质等,以控制浊度小于 1NTU,达到反渗透(以下称 RO)进水对浊度的要求。

②活性炭过滤器去除有机物杂质、臭味、余氯等,防止有机物污染反渗透膜和防止余氯分解反渗透膜,使游离余氯小于0.1 ppm,达到RO进水对余氯的要求。

③软水器去除水中的钙镁离子,使硬度小于 1ppm,防止反渗透膜结垢,达到 RO 进水对硬度的要求。该点出水水质达到锅炉用软化水标准,该点出水水质适用于锅炉用软化水及对钙镁离子要求小于 0.5 ppm 的用水。

(2)预除盐设备采用一级反渗透;精除盐部分采用二级 EDI。

①一级反渗透去除直径在 2000 nm 以上的有机物大分子、有毒有害物质和绝大部分离子,除盐率达 99%,产水水质达到实验室用水Ⅲ级标准,电导率<10 μs/cm。

该点出水水质适用于实验室玻璃器皿清洗;缓冲液、化学试剂配制、微生物培养制备;氢气发生器、室内加湿器、中压消毒锅用纯水。

②一级EDI 去除 RO反渗透产水中剩余的0.9%离子,产水水质达到实验室Ⅱ级用水标准,电阻率>10 MΩ/cm。

③二级 EDI 去除一级 EDI 产水中剩余的 0.1%离子,该点出水水质达到实验室用水一级标准,产水电阻率>18 MΩ/cm。

该点出水水质适用于动、植物细胞培养用水;医疗用生化机、免疫分析、血液透析用水;分析试剂及药品配置稀释用水;生理、病理、毒理学实验用水;原子吸收光谱用水;试管婴儿用水;各种高效液相色谱、离子色谱用水;其它实验室分析用水,如化工、电子、材料、环境等。

(3)超精提纯系统包括:超纯水循环泵、TOC分解器、三级抛光树脂滤器、UV 杀菌灯和 0.01 微米超滤器。TOC 分解器为 185 mm 波长的 UV 灯,当纯水通过时,其将水中的有机碳氧化分解成碳酸根离子浸于水后形成碳酸氢根离子。一级抛光树脂超精除离子,使产水提纯到 18.2 MΩ·cm。二级抛光树脂滤器精除 SiO2;使 SiO2 含量达到电子一级纯水要求。三级抛光树脂除有机碳,使 TOC 含量<1ppb。UV 杀菌灯灭菌,0.01 μm 超滤器除热源和固态微粒,使最终产水水质达到电子Ⅰ级超纯水标准。该水适合于所有精密分析仪器用水。

该点出水水质适用于:注射用水、氨基酸分析、原子吸收/发射、BOD/COD 分析、转印/杂交、微生物试验室、分子生物试验室、毛细管电泳、植物组织培养、溶解实验、DNA/RNA 制备、DNA 测序、酶分析/动力学、水栽法、免疫诊断、超声波清洗医疗器械、超声波清洗电子器件、蛋白质分析、蛋白质纯化、无热源/无内毒素、固相萃取、TOC 分析、毒性检测、痕量金属分析、痕量硼分析、痕量硅分析等。

2 中大化工实验楼中央超纯水机 8 年

水质检测跟踪报告(见表 1~表 3)

3 中大化工实验楼 2001 年 6 月以前使用的全离子交换纯水生产装置介绍

3.1 原用全离子交换纯水生产工艺流程

自来水→预处理设备→预除盐复床设备→精除盐双混床设备→高纯水箱→高纯水泵→UV 杀菌灯→0.2 μm 滤器→实验室一级用水点。

3.2 原用全离子交换纯水系统设备各单元设备功能说明

(1)预处理设备由机械过滤器、活性炭过滤器、保安滤器组成。

①机械过滤器去除水中的固体微粒、铁锈、悬浮物及胶体杂质等,以控制浊度小于 3NTU。

②活性炭过滤器去除有机物杂质、臭味、余氯等,防止有机物污染反渗透膜和防止余氯分解反渗透膜,使游离余氯小于 0.1 ppm,可防止有机物污染阳阴混床树脂。

③保安过滤器防止破碎石英砂和破碎活性炭进入树脂罐,并去除其它一些大于 5 μm 的颗粒物质。

(2)预除盐复床设备由阳床+阴床+阴床组成。

阳床去除阳离子;阴床去除阴离子;复床预除盐的纯水电导率一般达到 20~5 μs·cm。该水常做三级纯水使用。

(3)精除盐设备采用粗混床+精混床组成。

①粗混床用于精除离子,去除阳阴复床产水中剩余的 1%离子,产水电阻率一般>10 MΩ·cm,其产水水质一般达到实验室Ⅱ级纯水标准。

②精混床用于超精除离子,经过超纯混床的超纯水电阻率一般达到 18~18.2MΩ·cm,其产水水质达到实验室Ⅰ级纯水标准,

3.3 全离子交换纯水工艺存在的问题

(1)全离子交换装置需酸碱再生,产生大量废水、废气,污染环境。

(2)全离子交换装置再生频率高,浪费大量人力物力。

(3)使用酸碱危险性高,对操作人员危害极大。

(4)酸碱废气对厂房厂内设备腐蚀严重,加速厂房和设备的折旧。

(5)辅助设备多,占地面积大,设备和辅助设施投资高、运行费用高制水成本高。

4 中大化工实验楼现“1RO+2EDI”

纯水生产工艺与原全离子交换纯水生产工艺的降耗减排效果比较(见表 4~表 7)

由 表 4 ~ 表 7 可知,现在所使用的“1RO+2EDI”超纯水制水工艺与全离子交换法纯水工艺相比,在 8 年的时间内节水 2400m3,节电 6080 度,少排放废水 100 92m3,节约酸74 720 kg,节约碱 49 760kg,节约管理人员 1人×1600 天,节约设备维修费用 56 000 元。总节约费用 40 余万元。

5 结 论

(1)“1RO+2EDI”纯水生产工艺是当今环保性能最好的超纯水生产工艺。应用此种纯水生产工艺实现纯水生产降耗减排具有极其明显的效果。

(2)“1RO+2EDI”纯水生产工艺是当今运行费用最低的纯水生产工艺。用其生产纯水可以实现最低的运行成本和投资成本。吨水生产费用小于 5 元。

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