利用反滲透技術(shù)的RO－SPC超純水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

黃 京

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430074）

反滲透是用足夠的壓力使溶液中的溶劑（一般常指水）通過(guò)反滲透膜（一種半透膜）而分離出來(lái)，方向與滲透方向相反，可使用大于滲透壓的反滲透法進(jìn)行分離、提純和濃縮溶液。反滲透膜的主要分離對(duì)象是溶液中的離子范圍。超純水系統(tǒng)是指系統(tǒng)從原水至超純水完整產(chǎn)生的生產(chǎn)系統(tǒng)。一般超純水系統(tǒng)是經(jīng)由多重過(guò)濾、離子交換、除氣、逆滲透、紫外線、超濾、納米率、離子吸附過(guò)濾所產(chǎn)生的超純水。

本文主要基于武漢科信科學(xué)儀器有限公司所生產(chǎn)的RO—SPC系列超純水系統(tǒng)，從工作原理、結(jié)構(gòu)流程等方面研究分析超純水的形成。

1 工作原理

超純水處理系統(tǒng)工作原理按照檢測(cè)分析儀器用水標(biāo)準(zhǔn)，一般分為四個(gè)部分，如圖1所示。

第一部分為預(yù)處理。通常在這部分去掉進(jìn)入超純水處理系統(tǒng)的原水中的顆粒雜質(zhì)，如泥沙、鐵銹以及懸浮物，還會(huì)去除水中的膠體、大分子有機(jī)物和自來(lái)水中的余氯。以RO—SPC 系列超純水機(jī)為例，采用的則是5μm 的PP 濾芯和燒結(jié)活性炭濾芯。

第二部分為反滲透。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的水由高壓泵送入反滲透系統(tǒng)，在這部分通常利用反滲透膜的半透性，通過(guò)濃水的排放，去掉水中所含有的各種離子、細(xì)菌、病毒、殘余有機(jī)物，經(jīng)過(guò)反滲透部分的水離子濃度會(huì)下降95%以上，電導(dǎo)率會(huì)小于20μs／㎝。但是這還不符合監(jiān)測(cè)分析儀器用水標(biāo)準(zhǔn)。

第三部分為離子交換。反滲透出來(lái)的淡水要在這部分去掉殘余的離子，一般采用離子交換技術(shù)，通過(guò)官能團(tuán)的作用吸附殘余離子。以RO—SPC系列超純水機(jī)為例，采用的則是多級(jí)串聯(lián)的混床樹(shù)脂濾芯，通過(guò)深層離子交換，去掉淡水中陰、陽(yáng)離子，形成超純水。

第四部分為保安過(guò)濾。這部分為了確保科研檢測(cè)分析儀器用水的安全性，防止第三部分中的離子交換材料的碎料進(jìn)入儀器管路，造成堵塞，影響后續(xù)使用。

圖1 超純水處理系統(tǒng)原理

2 結(jié)構(gòu)流程

以RO—SPC 系列超純水機(jī)為例，其結(jié)構(gòu)流程如圖2所示，包括自來(lái)水→PP濾芯→活性炭→RO 半透膜→混床樹(shù)脂→保安過(guò)濾→超純水等過(guò)程。

圖2 RO—SPC系列超純水機(jī)結(jié)構(gòu)流程圖

在此過(guò)程中，往往會(huì)加入檢測(cè)控制元件，用來(lái)檢測(cè)自來(lái)水壓力表測(cè)試進(jìn)水壓力是否能夠使水機(jī)達(dá)到正常工作壓力，低壓開(kāi)關(guān)在自動(dòng)控制方面起到一定的作用，比如自來(lái)水壓力過(guò)低，通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)向控制模塊反饋，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并使水機(jī)停止工作處于待機(jī)狀態(tài)。進(jìn)水電磁閥和濃水電磁閥一起控制水機(jī)是在沖洗狀態(tài)還是制水狀態(tài)。比如進(jìn)水電磁閥打開(kāi)，濃水電磁閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)濃水調(diào)節(jié)閥使得經(jīng)過(guò)前處理的水流向RO 膜和樹(shù)脂，從而制得超純水；當(dāng)這兩個(gè)電磁閥都在打開(kāi)狀態(tài)，自來(lái)水則直接通過(guò)濃水排出，起到?jīng)_洗目的，也在一定程度上延長(zhǎng)RO 膜的使用壽命。在這里入口壓力和出口壓力都是針對(duì)24V 水泵而言的，起到監(jiān)測(cè)泵是否處于正常工作狀態(tài)的作用，其次出口壓力也是RO 膜的工作壓力，在這便于調(diào)節(jié)RO 膜的回收率。電阻率表起到一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)水水質(zhì)的作用，并且在水質(zhì)不符合要求的情況下發(fā)出報(bào)警信號(hào)，也方便使用者判別是否需要更換耗材。最后的淡水流量計(jì)簡(jiǎn)單明了的反應(yīng)超純水產(chǎn)量。在超純水儲(chǔ)水箱中還有水位監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)反饋來(lái)控制水機(jī)的工作狀態(tài)。

以上這些監(jiān)測(cè)元件，通過(guò)人或者控制模塊的CPU 的篩選拾取，從而控制水機(jī)的運(yùn)行，也方便使用者得一鍵啟停，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

3 自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化控制，通常在系統(tǒng)加入了控制電路模塊，通常采用單片機(jī)或者PLC 作為控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)拾取各個(gè)檢測(cè)元件輸入的信號(hào)，監(jiān)測(cè)產(chǎn)水水質(zhì)。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄，在水路各部分添加壓力表、傳感器，便于方便讀取數(shù)據(jù)。

依據(jù)用水儀器要求，可以編寫不同程序來(lái)控制超純水機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行。在此以RO—SPC 系列超純水機(jī)工作流程部分PLC 程序?yàn)槔Ｈ鐖D3所示，該程序控制水機(jī)的沖洗功能。一鍵啟動(dòng)水機(jī)，在不欠壓的情況下，通過(guò)定時(shí)器的作用，控制進(jìn)水電磁閥、濃水電磁閥、水泵在剛開(kāi)機(jī)、儲(chǔ)水箱水位處于高或者低時(shí)工作，從而使得水機(jī)沖洗兩分鐘。

圖3 沖洗功能控制程序

如圖4所示，這個(gè)程序則是對(duì)出現(xiàn)欠壓情況下的處理。在網(wǎng)絡(luò)7中，為防止進(jìn)水電磁閥故障，在出現(xiàn)欠壓時(shí)，進(jìn)水電磁閥每三秒開(kāi)啟一次，以便在解除欠壓條件下使水機(jī)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。而在網(wǎng)絡(luò)8中，則是排出水壓不穩(wěn)，防止出現(xiàn)水機(jī)誤動(dòng)作。

圖4 欠壓處理程序

4 結(jié) 語(yǔ)

超純水在現(xiàn)代許多領(lǐng)域中都有所應(yīng)用，如電子工業(yè)、化工工業(yè)、食品工業(yè)等等，通過(guò)對(duì)RO—SPC系列超純水機(jī)的分析，反滲透技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)：如不需加熱、沒(méi)有相變，能耗少，過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定，設(shè)備體積小、操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染。

1 方啟軍，呂輝.RO-SPC系列生化超純水機(jī)原理及維護(hù)［J］.醫(yī)療裝備，2010（9）：78-79

2 許德洪.半導(dǎo)體行業(yè)超純水制造技術(shù)［J］.工業(yè)水處理，2010，30（5）：90-92

3 章華.反滲透裝置的運(yùn)行管理［J］.工業(yè)用水與廢水，2006，37（6）：62-64

4 施健榮，秦新安.反滲透在超純水排放水處理中應(yīng)用［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2013（6）：95

5 任彬.超純水系統(tǒng)的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)與故障診斷［D］.東北大學(xué)，2008