生物制药纯水技术方案.doc

山东胶东生物制药有限公司化学水处理系统技术方案目录一、概述二、方案基础三、工艺系统说明四、经济比较五、控制系统说明六、设备材料清单一、概述本项目是2t/h纯水处理系统，水源为城市自来水（备用水源为地下深井水），根据本项目的水源特点和目前化学水处理系统的工艺技术状况，将本水处理工艺系统分为三个子系统，即预处理系统、脱盐系统、纯水供水系统。预处理系统主要用于去除水中的悬浮物、胶体、有机物和铁锰等离子，保证出水有机物含量及污染指数（SDI）等指标满足反渗透进水要求。脱盐系统主要用于去除水中各种溶解固形物即盐份。纯水供水系统主要用于工艺用水杀菌消毒，并循环送至各用水点。根据该项目的水源水质情况、产水水质指标及业主的要求，建议采用下述方案，多介质过滤器+活性炭过滤器+一级反渗透+二级反渗透+紫外线杀菌+臭氧处理，由纯水泵送至各用水点。二、设计基础2.1 设计依据水质分析报告及业主用水水质水量的要求。2.2 原水水源及水质原水水源为乳山市城市自来水，主要水质指标见水质分析报告:项目单位mg/L项目单位mmol/L全固型物酚酞碱度溶解固形物全碱度悬浮物全硬度全硅电导率(s/cm)活性硅化学耗氧量（重铬酸钾快速法）mgO2/L非活性硅游离二氧化碳PH项目mg/Lmmol/L项目mg/Lmmol/L钙离子（1/2Ca2+）氟离子（F-）镁离子（1/2Mg2+）氯离子(Cl-)铁离子(1/2Fe2- 3/1Fe3+)硫酸根(1/2SO42-)钠离子（Na+）重碳酸根(HCO3-)钾离子（K+）氢氧根(OH-)锶（1/2Sr2+）碳酸根(1/2CO32-)钡（1/2Ba2+）硝酸根(NO3-)总阳离子总阴离子2.3水质特点分析2.4水质要求项目单位数值总硬度微摩尔/升二氧化硅微克/升电导率微西/厘米2.5产水规模系统总出水 ：2m3/h三、工艺系统说明3.1 工艺流程：来水原水箱原水泵（絮凝剂加药装置）换热器管道混合器多介质过滤器活性炭过滤器（阻垢剂加药装置）一级保安过滤器一级高压泵一级反渗透装置中间水箱中间水泵（碱加药装置）二级保安过滤器二级高压泵二级反渗透装置纯水箱纯水泵紫外线杀菌臭氧发生器使用点3.2 概述本工艺系统可分为三个子系统：即预处理系统、脱盐系统、纯水输送系统。预处理系统主要由原水泵、絮凝剂加药装置、换热器、多介质过滤器、活性炭过滤器等组成。脱盐系统由阻垢剂加药装置、一级保安过滤器、一级高压泵、一级反渗透装置、中间水泵、碱加药装置、二级保安过滤器、二级高压泵、二级反渗透装置、反渗透清洗装置等组成。纯水输送系统由纯水泵、紫外线杀菌器、臭氧发生器等组成。3.3 主要工艺设备功能简述3.3.1预处理系统3.3.1.1絮凝剂加药装置为了保证预处理的效果，在多介质过滤器前投加絮凝剂，使水中悬浮物、胶体、有机物等颗粒形成絮凝体，在多介质过滤器上被截留去除。本方案中的絮凝剂是浅黄色液体，其有效成分是10-11的Al2O3。它的作用原理是通过吸附架桥作用使胶体形成大颗粒絮体，从而达到除胶的目的。本加药装置主要由絮凝剂溶药箱、絮凝剂计量箱和絮凝剂计量泵组成。3.3.1.2多介质过滤器多介质过滤器是利用石英砂、无烟煤两种滤料去除原水中的悬浮物，属于普通快滤设备。含有悬浮物颗粒的水在管道混合器中与絮凝剂充分混合，使水中形成胶体颗粒的双电层被压缩。当胶体颗粒流过多介质过滤器的滤料层时，滤料缝隙对悬浮物起筛滤作用使悬浮物易于截留在滤料表面。当在滤料表层截留了一定量的污物形成滤膜，随时间推移过滤器的产水量将会逐渐下降。此时需要利用逆向水流反洗滤料，使过滤器内石英砂及无烟煤层悬浮松动，从而使粘附于石英砂及无烟煤表面的截留物剥离并被水流带走，恢复过滤功能。本工程中使用的双层滤料是在过滤层上部放置较轻的大颗粒无烟煤，下部为大比重的小颗粒石英砂，这样可以充分发挥整个滤层的效率、提高截污能力。3.3.1.3活性炭过滤器活性炭过滤器主要去除水中的部分有机物和游离余氯。由于原水中加入了杀菌剂，会产生余氯。余氯如果直接进入RO系统，则会氧化RO膜，对RO膜造成不可逆的破坏。过多的有机物非常容易滋生细菌，产生对膜的微生物污染。活性炭可以吸附余氯和部分有机物，保护RO膜。3.3.2脱盐系统3.3.2.1阻垢剂加药装置阻垢剂加药装置的作用是在预处理后的原水进入反渗透之前，加入高效率的专用阻垢剂，以防止反渗透浓水侧产生结垢。反渗透的工作过程是原水在膜的一端流向另一端，水分子透过膜表面，从原水侧到达产水侧，而无机盐离子就留在原来的一侧。随着原水的流程逐渐增长，水分子不断进入到产水侧，留在原水中的含盐量逐步增大，即原水逐步得到浓缩，而最终成为浓水，从装置中排出。浓水受浓缩后各种离子浓度将成倍增加。自然水源中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-、SiO2等易产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数，所以不会有结垢出现，但经浓缩后，各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数，因此会产生严重的结垢。本系统设计采用进口的阻垢/分散剂，它可以提高水中的难溶盐的饱和度，它具有以下功能：抑制析出作用分散作用晶格扭曲作用络合作用3.3.2.2 5保安过滤器5过滤器的主要目的是截留膜前水中可能透过来的残留的颗粒、胶体、悬浮物，以防止大颗粒物进入高压泵、反渗透膜。保安过滤器的外壳采用不锈钢，内装过滤精度5m聚丙烯滤芯。在正常工作情况下，滤芯可维持3-6个月的使用寿命，当大于设定的压差（通常为0.15MPa）时更换。3.3.2.3反渗透主机反渗透系统主要去除水中的绝大部分溶解盐类，同时去除一些有机大分子和前阶段未去除的细小微粒等。预处理产水进入反渗透膜组，在压力作用下，大部分水分子和微量其它离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，通过产水管道进入后续设备；水中的大部分盐分、有机物等不能透过反渗透膜，残留在少量浓水中，由浓水管排出。当反渗透装置停运时，由于浓水直接接触反渗透膜的外表面，浓水经过静置后，水中难溶物质会附着在反渗透膜外表面，污堵反渗透膜。因此，我们在设计中，通过PLC可编程控制器设定程序，在RO停机时用RO产品水自动冲洗反渗透膜35分钟，将浓水排出RO主机。为保证产水水质满足工艺用水要求，本系统设置两级反渗透装置串联运行。3.3.2.4化学清洗系统反渗透膜经过长期运行后，会积累某些难以冲洗的污垢，如有机物、无机盐垢等，造成系统能耗上升产水量下降。这类污垢必须使用化学药品进行清洗才能去除。化学清洗使用反渗透清洗装置进行，其中包括一台清洗液箱、清洗过滤器、清洗泵以及配套管道、阀门和仪表。清洗泵与清洗液箱设有循环回路，通过泵打循环的方式使清洗液充分与水混合。根据膜污染物的不同配置不同的清洗液。333纯水输送系统3.3.3.1 紫外线杀菌器工艺原理：设置紫外线杀菌灯，将水中余留的少量细菌杀死，确保系统的细菌指标达到用户要求。其紫外线波长为254nm，照射强度30000ws/cm2，照射时间8000h，杀菌率99%。技术要求:规格：UV-6波长：254nm外壳材质：不锈钢 3.3.3.2臭氧发生器 与2t/h纯化水系统配套五、控制系统说明51控制系统51.1控制系统概述根据工艺条件，系统的控制对象主要是开关量，涉及到的控制对象除了开关阀以外，主要是泵设备的控制。也就是说系统是一个以开关量控制为主的系统；所以本控制系统采用可编程逻辑控制器(PLC)系统的自动控制，同时通过各类在线仪表监测系统的运行状态。PLC数据总线还保留与工厂DCS系统的接口能力。51.2 PLC控制原理本控制系统采用PLC进行控制。PLC即可编程逻辑控制器，它根据编制的程序以及采得的数据信息进行逻辑运算，并将运算结果通过信号输出到执行机构来控制系统设备的运行。采集的数据信号（如流量、液位、阀门和马达的反馈信号等）通过开关量输入、模拟量输入等卡件传送中央处理器CPU，CPU经过逻辑运算，将运算结果通过开关量输出、模拟量输出等卡件以及配合的外围电路驱动执行机构（如阀门、马达等），用户将编制的程序下传至CPU，CPU按用户指令进行运算，实现可编程控制。51.3 工艺过程控制方案1）水泵控制系统中所有水泵均带有低液位保护装置，当前面用水水箱液位低时，会发出低液位报警信号，停止相应水泵的运行，来保护水泵不在空转情况下工作。RO装置的高压泵进出口装有低压和高压保护开关。当供水量不足使高压泵入口的水压低于某一设定值（正常为0.05MPa）, 会自动发出信号停止高压泵运行, 保护高压泵不在空转情况下工作。 当系统因其它的原因或误操作， 使高压泵的出口压力超过某设定值时， 高压泵出口压力保护会自动切断高压泵供电，同时停运相应的RO装置，保护系统设备不受损害。2）加药控制对于配比加药的控制，本系统是根据对应装置的启停控制对应计量泵的启停，从而实现定量投加。3）反渗透系统(RO)控制RO系统的启动、运行、冲洗、停机备用等过程均可由PLC实现自动控制。同时，RO系统还设置一块就地仪表盘和一块就地操作盘，在就地盘上可读出RO的有关工艺参数，如电导率、流量、压力等；以及能在就地操作盘上启停RO进水高压泵及相关的自动阀门。4）反渗透（RO）启停保护当RO投入运行时,为了防止高压泵突然启动升压，产生对RO膜元件的高压冲击破坏反渗透膜，在RO装置的高压泵出口至RO膜组件间设置一个慢开阀门，由可编程序控制器(PLC)控制打开阀门，使反渗透膜元件逐渐升压至一定的压力。在RO 停止使用时，打开冲洗阀、浓水端排放阀和产水阀，用产品水对RO膜组件自动冲洗5min左右，以避免浓水中的高浓度盐类在RO膜表面沉积结垢而影响膜的性能。51.4 PLC控制方案1）数据采集采集整个系统各个装置的重要工艺参数、设备运行状态等重要数据。2）实时监控对整个工艺生产过程实现实时操作、设置、控制、显示、报警，最大限度的减少值守人员。3）动态仿真对工艺流程画面实现动态模拟显示，动态跟踪工艺参数，直观了解设备运行状况。4）联锁、报警对非正常的工艺参数和设备的运行状态实施声光报警，出现危险和异常状态时对设备进行联锁保护，如系统中的液位与相应的泵及阀门设备的联锁，高压泵与进、出口压力的联锁。5）流量的累积及清零本系统对过滤器、反渗透(RO)、混床等设备的流量计都设有流量的瞬时显示及累积功能，并且对于每个累计流量均设有回零功能。6）报表输出提供装置运行状态的各种统计、积算报表，报表可以按班、日、月等各种需求的时间段输出。同时提供打印输出功能。7）手动控制系统可以实现手动和自动的切换，在非正常运行状态下，对每台泵设备和控制阀可以进行手动控制。8）网络功能系统保留通过以太网与工厂管理信息网络（MIS）连接，也可以通过扩展与工厂的其他控制网络通讯。提供WINDOWS2000、WINCC或CIMPLICIHY SOFTWARE等软件支持平台。9）电仪控制一体化电气设备和工艺过程的控制由一个控制系统完成，提高系统的完整性和可靠性。51.5 控制系统配置1）硬件控制系统硬件组成包括可编程控制器（PLC）和上位机构成的控制网络。上位机采用工业控制机，PLC采用性能可靠、广泛应用于工业控制领域的产品。2）软件PLC应用软件:运行于PLC，实现各种控制功能；监控软件:基于WINDOWS2000平台，功能强、使用简单、运用可靠的软件。作为人机界面，用于操作、调试人员监视装置运行状态、控制现场设备的接口。 52仪表52.1 概述现场仪表包括温度、压力、液位、流量、在线分析仪表和控制阀。分析仪表有电导率等检测仪表。52.2 仪表选型现场仪表的选型原则是满足工艺要求、质量可靠。53电气53.1 供配电水处理站用电设备电压等级为380/220VAC。车间内设动力配电中心。动力中心向全车间动力设备供电。53.2 电气设备控制电动机采用自动/手动两种操作方式。集控操作在中央控制室统一操作，控制由PLC实现。泵的联锁、备用自投均由PLC实现。中央控制室上位机能监控电气设备的运行状态、参数、电气设备故障报警等。所有电动机旁均设有机旁就地操作按钮。