水处理系统的组成和设计要求课件

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1、 北京友谊医院 透析中心 宋伟血液透析用反渗透水处理系统的基本要求1 水处理系统的产水水质必须符合透析用水国家水处理系统的产水水质必须符合透析用水国家医药行业标准的要求（化学污染、生物污染）。医药行业标准的要求（化学污染、生物污染）。2 产水量满足透析透析用水的需求（透析机、透产水量满足透析透析用水的需求（透析机、透析器复用用水）。析器复用用水）。3 操作简单，使用故障率低。操作简单，使用故障率低。4 必要的清洗消毒装置。必要的清洗消毒装置。透析用水国家医药行业标准（YY0572-2005）污染物污染物允许的最大化学污染物的浓度（允许的最大化学污染物的浓度（mg/L）钙钙2(0.1mEq/L)

2、镁镁4(0.3mEq/L)钠钠70(3.0mEq/L)钾钾8(0.2mEq/L)氟化物氟化物0.2氯氯0.5氯胺氯胺0.1硝酸盐硝酸盐2.0硫酸盐硫酸盐100.0铜、钡、锌铜、钡、锌每种每种0.1铝铝0.01砷、铅、银砷、铅、银每种每种0.005镉镉0.001铬铬0.014硒硒0.09汞汞0.0002血液透析用水的生物污染要求 细菌计数（细菌计数（CFU/mL）内毒素（内毒素（IU/mL）国家行业标准国家行业标准100输出端输出端1 输送点输送点5欧洲标准欧洲标准1000.25日本标准日本标准1000.1瑞典标准瑞典标准1000.25美国美国AAMI标准标准（2006）200（50）2（1）n

3、反渗透供水系统反渗透供水系统 1 水的预处理水的预处理 1.1预处理的组成及作用预处理的组成及作用 2 反渗透部分反渗透部分 2.1反渗透膜组件反渗透膜组件 2.2反渗透机的组成反渗透机的组成 2.3反渗透去除污染物的反渗透去除污染物的局限性局限性 3 透析用水的供给透析用水的供给 4 水处理机的安装条件水处理机的安装条件全自动软化罐活性炭罐透析机透析机透析机全自动砂滤罐反渗透膜组件保安过滤器高压泵 预处理作用:水质达到反渗透膜进水水质的要求项项 目目建议值建议值最大值最大值SDISDI15154 45 5浊度（浊度（FTUFTU）0.20.21 1含铁量含铁量 mg/Lmg/L0.10.10

4、.10.1游离氯游离氯 mg/Lmg/L0 00.10.1水温水温 25254545水压（水压（MPaMPa）1.0-1.61.0-1.64.14.1pHpH值值2-112-111111 卷式复合膜对进水水质要求 1.1.1前级加压泵前级加压泵；维持系统压力。；维持系统压力。1.1.2机械过滤机械过滤；除去不溶颗粒物。；除去不溶颗粒物。1.1.3除铁装置除铁装置；除去水中的铁离子。；除去水中的铁离子。1.1.4软化装置软化装置；除去水的钙镁离子。；除去水的钙镁离子。1.15活性炭装置活性炭装置；吸附水中的有机物，致；吸附水中的有机物，致热热 源，除去残余氯等。源，除去残余氯等。1.1.1前级加

5、压泵及压力罐前级加压泵及压力罐加压泵提供水压、水的加压泵提供水压、水的流量流量压力罐缓冲作用，防止压力罐缓冲作用，防止震动和水流快速流过震动和水流快速流过管道，维持水流量管道，维持水流量1.1.2机械过滤n采用石英砂或滤芯作机械过滤采用石英砂或滤芯作机械过滤 石英砂过滤石英砂过滤：1砂床是由大到小的石英砂砂床是由大到小的石英砂排列组成排列组成 2可除去直径大于可除去直径大于25m颗粒颗粒物物 3 定期反冲，清除滤料中截流的杂质，定期反冲，清除滤料中截流的杂质，一般每周两次一般每周两次 滤芯过滤滤芯过滤：将滤芯装入滤桶内，可除去：将滤芯装入滤桶内，可除去大于滤芯孔径的杂质。大于滤芯孔径的杂质。定

6、期更换，一般每月一次。定期更换，一般每月一次。1.1.3除铁装置 n水中的铁能使交换树脂失效，污染反渗透膜水中的铁能使交换树脂失效，污染反渗透膜。n除铁常用锰砂过滤法，天然锰砂的主要成分是除铁常用锰砂过滤法，天然锰砂的主要成分是MnO2。n铁离子与锰砂接触即可将铁离子与锰砂接触即可将Fe2+氧化成氧化成Fe3+，生成生成的的Fe3+立即水解生成絮状氢氧化铁沉淀立即水解生成絮状氢氧化铁沉淀，Fe(OH)3沉淀物经锰砂过滤后被除去沉淀物经锰砂过滤后被除去。Fe3+OH-=Fe(OH)3 n根据情况定时进行反清洗除去沉淀物根据情况定时进行反清洗除去沉淀物。1.1.4水软化装置 n除去水中钙、除去水中

7、钙、镁离子的镁离子的过程称为软化过程称为软化。n交换剂是钠型阳离子交交换剂是钠型阳离子交换树脂。换树脂。n水中的硬度成分钙离子、水中的硬度成分钙离子、镁离子与交换剂中钠离镁离子与交换剂中钠离子进行交换子进行交换。n交换达到一定值时交换交换达到一定值时交换剂失效。为恢复交换能剂失效。为恢复交换能力可用再生液对其进行力可用再生液对其进行再生，常用的再生液为再生，常用的再生液为饱和盐溶液饱和盐溶液。树脂交换反应式4232242223)()(2SOClHCONaMgCaRSONaMgClHCOCaRNa2222ClMgCaRNaNaClMgCaR钠型阳树脂工作过程钠型阳树脂再生过程n树脂罐结构图控制器

8、进水出水排水排水吸盐压力容器盐缸软化装置工作原理软化装置吸盐工作原理软化装置反冲原理钠型阳树脂充填量的计算n钠型阳树脂交换剂的工作交换容量（钠型阳树脂交换剂的工作交换容量（E）按下）按下式计算：式计算：E（eq/m3）=Q（H-HC）V 式中：式中：Q 交换器的周期制水量（交换器的周期制水量（m3）H 进水硬度（进水硬度（meq/L）HC出水硬度（出水硬度（meq/L）V 交换器装载的交换剂体积（交换器装载的交换剂体积（m3）一般情况下一般情况下HHC,上式可简化为：上式可简化为：E=QHV (eq/m3)V=QHEn例：某医院有例：某医院有10台透析机每小时用反渗水台透析机每小时用反渗水30

9、0L，每，每天开机天开机12小时，自来水硬度小时，自来水硬度400mg/L（CaCO3)，每，每三天再生一次，反渗机的回收率三天再生一次，反渗机的回收率50%，1M3阳树脂能阳树脂能除去除去1000克当量的硬度，问需充填多少克当量的硬度，问需充填多少M3的阳树脂。的阳树脂。Q=3001223=21600(L)=21.6（M3）Ca2+为为400（40100）=160mg/L=160g/M3 H（Ca2+）=16040 2=8(eq/M3)E=1000(eq/M3)V=QHE=21.681000=0.169(M3)需用需用0.169(M3)的阳树脂的阳树脂。应选用大于应选用大于0.19M3的树脂

10、罐的树脂罐1.1.5活性炭吸附 n活性炭有非常多的微孔和巨大活性炭有非常多的微孔和巨大的表面积，因而具有很强的物的表面积，因而具有很强的物理吸附能力理吸附能力。n水中的有机物、致热源、残余水中的有机物、致热源、残余氯、色素等用活性炭可除去氯、色素等用活性炭可除去。n如果超过活性炭的吸附能力，如果超过活性炭的吸附能力，有机物将漏掉进入水中。有机物将漏掉进入水中。n活性炭再生困难，一般要定期活性炭再生困难，一般要定期更换。更换。活性炭除氯n活性炭除氯不是单纯的物理吸附，而是活性炭除氯不是单纯的物理吸附，而是在其表面发生催化作用。在其表面发生催化作用。Cl2+H2OHCl+HClO HClOHCl+

11、O 原子氧与碳原子由吸附状态迅速地转变原子氧与碳原子由吸附状态迅速地转变成化合状态：成化合状态：C+2OCO2n氯与活性炭的反应可如下式氯与活性炭的反应可如下式:C+2Cl2+2H2O4HCl+CO2计算所需活性炭体积 nV=SEBCT 式中式中 V活性炭体积，活性炭体积，m3 S水的流量，水的流量，m3/h EBCT空床接触时间，空床接触时间，h=1/6小时小时n例：某医院透析室有例：某医院透析室有10台透析机每小时用台透析机每小时用RO水水300L，反渗机的回收率，反渗机的回收率50%，需多少活性，需多少活性炭。炭。n V=SEBCT=0.32（1/6）=0.1（m3）n需用活性炭需用活性

12、炭0.1m3。活性炭罐技术要求1）保障水与活性炭的）保障水与活性炭的接触时间大于接触时间大于10分钟。分钟。2）采用双罐结构。选采用双罐结构。选用硬质果壳炭。用硬质果壳炭。3）活性炭罐出水处安）活性炭罐出水处安装取样阀。装取样阀。2反渗透系统 2.1反渗透组件反渗透组件 2.1.1、分离膜的种类、分离膜的种类 2.1.2两个基本的平衡公式两个基本的平衡公式 2.1.3反渗透原理反渗透原理 2.1.4反渗透膜的结构反渗透膜的结构 2.1.5膜元件的性能、参数及影响因素膜元件的性能、参数及影响因素 2.1.6膜的特性膜的特性 2.1.7膜的透过机理膜的透过机理 2.1.1分离膜的种类给水Qv.f,

13、cf 产品水 Qv.p,cp 水浓 Qv.b cb Qv,f=Qv.p+Qv,b Qv.fcf=Qv.fcp+Qv.bcb 2.1.2两个基本公式（图解）反渗透系统的脱盐率和回收率反渗透系统的脱盐率和回收率 A：溶质平衡公式：给水溶质含量等于产品水和浓：溶质平衡公式：给水溶质含量等于产品水和浓水溶质含量之和。水溶质含量之和。给水溶质含量给水溶质含量=产水溶质含量产水溶质含量+浓水溶质含量浓水溶质含量反渗透膜的脱盐率：浓水的含盐量反渗透膜的脱盐率：浓水的含盐量/进水的含盐进水的含盐量量（99%）反渗透系统脱盐率：反渗透膜排列、组合有关反渗透系统脱盐率：反渗透膜排列、组合有关（98%）B：流量平衡

14、公式：给水流量等于产水量和浓水流流量平衡公式：给水流量等于产水量和浓水流量之和。量之和。给水量给水量=产水量产水量+排水量排水量 反渗透膜的回收率：产水量反渗透膜的回收率：产水量/进水量进水量，单只膜回，单只膜回收率小于收率小于18%反渗透系统回收率：一般控制在反渗透系统回收率：一般控制在60-75%2.1.3反渗透原理n渗透作用是水分子从低浓度溶液经半透渗透作用是水分子从低浓度溶液经半透膜到高浓度溶液的现象膜到高浓度溶液的现象。n在高浓度溶液一侧用辅助加压则可使水在高浓度溶液一侧用辅助加压则可使水分子从高浓度溶液经半透膜跑到低浓度分子从高浓度溶液经半透膜跑到低浓度溶液一侧，这便是反渗透。溶液

15、一侧，这便是反渗透。反渗透原理浓溶液稀溶液半透膜A浓溶液稀溶液半透膜渗透压B浓溶液稀溶液半透膜外加压力C2.1.4膜的结构 n目前膜的构型主要有平板式、管式、目前膜的构型主要有平板式、管式、卷式和中空纤维式卷式和中空纤维式。n膜有醋酸纤维素膜、芳香聚酰胺膜膜有醋酸纤维素膜、芳香聚酰胺膜和复合膜等和复合膜等。n复合膜有三层组成，它们是：最上复合膜有三层组成，它们是：最上层的超薄脱盐层、中间是多孔聚砜层的超薄脱盐层、中间是多孔聚砜内夹层、下面是聚酯支撑网层，脱内夹层、下面是聚酯支撑网层，脱盐层厚度为盐层厚度为0.2m。分离机能层(0.2 m)卷式反渗透卷式反渗透膜2.1.5膜元件的性能、参数及影响

16、因素 n反渗透膜的性能由三个因素表述反渗透膜的性能由三个因素表述：产品水流量；产品水流量；脱盐率；脱盐率；运行稳定性运行稳定性。n这些因素又受下列条件制约；第一，给水特性，如温这些因素又受下列条件制约；第一，给水特性，如温度、溶解物和固形物等；第二，膜本身的特性，如膜度、溶解物和固形物等；第二，膜本身的特性，如膜的材料、结构等；第三，运行条件，如压力、回收率的材料、结构等；第三，运行条件，如压力、回收率的等的等。n透水量透水量qv.w可由下式确定可由下式确定 qv.w=kw(p-)S/n透盐量透盐量qm,s可由下式确定可由下式确定 qm,s=ks(c)S/n 水温度升高透水量增大，一般温度每改

17、变一度透水量水温度升高透水量增大，一般温度每改变一度透水量约改变约改变3%反渗透的运行条件对膜的影响反渗透的运行条件对膜的影响 2.1.6膜的特性 n膜的方向性，只有反渗透膜的致密层与膜的方向性，只有反渗透膜的致密层与给水接触，才能达到脱盐效果给水接触，才能达到脱盐效果。n离子透过膜的规律，一般来说，离子透过膜的规律，一般来说，1价离子价离子透过率大于透过率大于2价、价、2价大于价大于3价价。n K+Na+Ca2+Fe3+2.1.7膜的透过机理 n膜去除有机物是建立在筛网机理基础上膜去除有机物是建立在筛网机理基础上的的。分子量大于。分子量大于300的物质被截流。的物质被截流。n膜有高的脱盐率是

18、由于半透膜对离子有膜有高的脱盐率是由于半透膜对离子有排斥作用排斥作用。膜表面对水分子有选择吸附作用膜表面对水分子有选择吸附作用。DOW膜产品规范2.2反渗透机的组成 2.2.1反渗透机框架反渗透机框架。2.2.2压力管路；一般采用压力管路；一般采用PVC-U或不锈或不锈钢材料，耐压钢材料，耐压2.6Mpa 2.2.3高压泵高压泵；它向膜组件提供平稳、不它向膜组件提供平稳、不间断的流量和合适的压力间断的流量和合适的压力。2.2.4电气、仪表、控制系统电气、仪表、控制系统。2.2.5膜组件的排列组合；常用给水串联，膜组件的排列组合；常用给水串联，产品水并联的方式产品水并联的方式。2.2.6消毒装置

19、。消毒装置。2.2.1反渗透机框架反渗透机框架2.2.3高压泵高压泵；n它向膜组件提供平稳、它向膜组件提供平稳、不间断的流量和合适不间断的流量和合适的压力的压力。2.2.4电气、仪表、控制系统电气、仪表、控制系统 电器控制：动力电源电器控制：动力电源一般选用一般选用380V三相三相电源，控制电源选用电源，控制电源选用24V低压直流电源。低压直流电源。RO系统控制包括仪系统控制包括仪表指示参数、报警、表指示参数、报警、高压泵控制、电磁阀高压泵控制、电磁阀控制、消毒控制等。控制、消毒控制等。显示仪表显示仪表显示仪表有：进水、产显示仪表有：进水、产品水电导率显示记录，品水电导率显示记录，进水、产品水

20、、排水进水、产品水、排水流量指示记录，进水、流量指示记录，进水、产品水余氯显示，进产品水余氯显示，进水、高压泵进出口、水、高压泵进出口、产品水压力显示记录，产品水压力显示记录，进水温度、进水温度、pH值显值显示示2.2.5膜组件的排列组合膜组件的排列组合浓水 给水产品水 浓水循环高压泵RO装置流量计流量计针型阀针型阀双级反渗透系统 采用双级反渗透系统，第一级反渗采用双级反渗透系统，第一级反渗透出水作为第二级反渗透的进水，透出水作为第二级反渗透的进水，在一级系统除盐率在一级系统除盐率98%的基础上，的基础上，第二级在除去第二级在除去80%盐类物质。盐类物质。给水浓水循环高压泵一级RO装置流量计针

21、型阀产品水 二级RO装置透析机流量计高压泵针型阀针型阀排水双级反渗透系统流程图单级反渗透与双级反渗透对化学污染物的清除污染物污染物一级反渗透浓度一级反渗透浓度mg/L双级反渗透浓度双级反渗透浓度mg/L允许值允许值mg/L钙钙0.030.032钠钠4.790.2370氯氯0.20.010.5氯胺氯胺0.050.010.1硝酸根硝酸根1.000.012.0硫酸根硫酸根0.860.01100铝铝0.0030.0010.01铅铅0.0010.0010.005汞汞0.000130.000040.0002显示电导率显示电导率16s/cm3.6s/cm无死腔膜壳可降低生物污染2.2.6反渗透的清洗消毒装置

22、清洗箱清洗泵反渗透机保安过滤器反渗透膜高压泵卫生热消毒型反渗透膜2.3反渗透去除污染物的局限性A 对化学污染物去除的局限对化学污染物去除的局限 反渗透膜的性能：脱盐率、反渗透膜的性能：脱盐率、不能除去溶不能除去溶解性气体（氯）解性气体（氯）反渗透系统设计：浓水再循环反渗透系统设计：浓水再循环B 对微生物污染的去除对微生物污染的去除 理论上：反渗透膜能截流分子量理论上：反渗透膜能截流分子量300的的有机物，微生物将被截留。有机物，微生物将被截留。反渗透去除污染物的局限性 反渗透膜可截留分子量大于反渗透膜可截留分子量大于300的物质，的物质，细菌、病毒、内毒素均被截留，但事实细菌、病毒、内毒素均被

23、截留，但事实上细菌、内毒素却存在于透析用水中。上细菌、内毒素却存在于透析用水中。分析原因有以下可能性：分析原因有以下可能性：a微生物透过膜微生物透过膜材料的微观缺损。材料的微观缺损。b透过松动的透过松动的O型环或型环或其它密封材料。其它密封材料。c给水或预处理造成微生给水或预处理造成微生物的严重污染。物的严重污染。d产品水输水管路及储水产品水输水管路及储水容器被污染。容器被污染。反渗透膜压力容器图示反渗透膜元件的典型脱盐率溶质溶质分子量分子量脱除率脱除率（%）溶质溶质分子量分子量脱除率脱除率（%）氟化钠氟化钠4299氰化钠氰化钠4994氯化钠氯化钠5899二氧化硅二氧化硅6098碳酸氢钠碳酸氢

24、钠8499硝酸钠硝酸钠8597氯化镁氯化镁9599氯化钙氯化钙11199硫酸镁硫酸镁12099硫酸镍硫酸镍15599硫酸铜硫酸铜16099甲醛甲醛3040甲醇甲醇3230乙醇乙醇4670异丙醇异丙醇6090尿素尿素6070乳酸乳酸pH59099葡萄糖葡萄糖18098蔗糖蔗糖34299含氯杀虫剂含氯杀虫剂/993 透析机供水系统n输送管路及储存容器选用卫生级器件，输送管路及储存容器选用卫生级器件，管路直径合理，如管路直径合理，如U-PVC、316L不锈钢不锈钢管，减少接头，避免水流盲区，单路循管，减少接头，避免水流盲区，单路循环，管径细，路径短。环，管径细，路径短。n透析机串行连接。透析机串行连

25、接。透析机透析机透析机卫生级管件n管路水流速大于管路水流速大于0.4m/s 15mm管路水处理产水量大管路水处理产水量大于用水量于用水量4.2L/min20mm管路大于用水量管路大于用水量8.4L/min输送管路热消毒系统 热消毒的温度，管路循环温度保持热消毒的温度，管路循环温度保持8293，30min。优点：环保，消毒后无残留安全性高。优点：环保，消毒后无残留安全性高。不足：消耗大量电能，现多数只对供水管路消不足：消耗大量电能，现多数只对供水管路消毒，水处理机、透析机不能联合消毒。毒，水处理机、透析机不能联合消毒。非直供方式4 水处理机的安装条件水处理机的安装条件水处理机房水处理机房1）面积

26、大于水处理机占地面积）面积大于水处理机占地面积1.5倍以上。倍以上。2）地面作防水，多出地漏。）地面作防水，多出地漏。3）避免阳关直接照射。）避免阳关直接照射。4）高层建筑应考虑建筑物承重。）高层建筑应考虑建筑物承重。水、电供给水、电供给1）水量应大于水处理机产水量的）水量应大于水处理机产水量的2.5倍以上，水压大于倍以上，水压大于0.1MPa 2）根据水处理机的要求安装）根据水处理机的要求安装380V三相或三相或220V单线电源，单线电源，功率大于标称量的功率大于标称量的1.5倍，应装有相应的过流、漏电保倍，应装有相应的过流、漏电保护护 水处理机房反渗透系统配置应注意的因素反渗透系统配置应注

27、意的因素n应根据透析机台数、复用用水和未来发展合应根据透析机台数、复用用水和未来发展合理确定反渗透机的产水量，根据本院水源的理确定反渗透机的产水量，根据本院水源的水质分析报告合理配置预处理组件，根据透水质分析报告合理配置预处理组件，根据透析用水标准和用量选用膜类型及数量，测算析用水标准和用量选用膜类型及数量，测算膜元件合理的排列组合。膜元件合理的排列组合。n每台透析机用水一般为每台透析机用水一般为500ml/min，每小，每小时时30L，如透析室有，如透析室有10台透析机每小时用反台透析机每小时用反渗水渗水300L，设计时透析机的用水应大于，设计时透析机的用水应大于N（透析机台数）（透析机台数）30L/h1.3(倍倍)，如反，如反渗水是循环供给方式则设计时透析机的用水渗水是循环供给方式则设计时透析机的用水应大于应大于N30L/h1.5(倍倍)。谢谢