18MΩ超纯水工艺方案的技术比选研究

文_李叶然 谢建丽 李鋆 浙江天地环保科技有限公司

目前超纯水的生产主要有预处理、脱盐、后处理三个模块，其中脱盐技术为超纯水制备的核心技术模块。近年来，各用水企业通过膜分离与EDI 技术串联制备超纯水，具体工艺为UF+RO+EDI，这种工艺出水水质能达到传统的混床工艺出水标准，且清洗恢复无需消耗过多的化学药剂。

本研究拟对现有主流超纯水制备系统工艺进行分析筛选，结合源水水质和运行参数，对主要脱盐设备利用国产无膜EDI(MFEDI)代替进口EDI，使投资及运行成本降低，形成18MΩ·cm 超纯水制备工艺。

1 超纯水（18 MΩ·cm）产水指标要求

超纯水各项指标标准：系统出水电阻率≥18MΩ·cm（MΩ·cm，25℃）；TOC＜20ppb；全硅≤2ppb；细菌个数：最大值0.01 个/mL；其他技术指标满足电子级水国标规定（GB/T11446.1-2013）的EW-I 级水质标准。

2 工艺流程调研比选

太原钢铁（集团）公司自备电厂的亚临界锅炉和炼钢焦化的高压锅炉补给水采用UF+RO+EDI 工艺，EDI 产水电阻率平均值为16MΩ·cm。

2017 年台州电厂化水250t/h 的供热规划扩容改造项目，采用国产MFEDI 代替进口EDI 设备，产水电阻率平均值也能稳定达到16MΩ·cm。

从运行情况看，此工艺具有连续运行周期长，出水稳定，且自动化程度高等优点，是性价比更优的超纯水制备工艺。结合目前国内外超纯水制备工艺调研结果，本项目采用国产MFEDI代替进口EDI，降低EDI 投资成本，简化EDI 模块装置；在实际运行中试装置上，后续再配备脱气膜+抛光混床+精密过滤器，以保证出水电阻率达到18MΩ·cm。此工艺路线具有良好的抗冲击负荷能力，可形成完整的18MΩ·cm 超纯水制备工艺。

3 MFEDI中试运行

3.1 MFEDI中试试验装置

方案拟定MFEDI 产水工艺在中试装置试验，其工艺流程为原水→超滤保安过滤器→超滤→反渗透保安过滤器→一级反渗透→二级反渗透→MFEDI →中试装置产水。

3.2 MFEDI中试试验产水水质数据分析

MFEDI 中试试验装置连续试运行产水数据及趋势见图1。从产水数据和趋势图可以看出，此试验装置连续运行41 天，二级RO 产水电导率基本保持在1 ～2μS/cm，MFEDI 进水水质稳定。在此情况下，MFEDI 产水电导率维持在0.062 ～0.058μS/cm 之间，即产水电阻率维持在16MΩ·cm，产水流量基本维持在12 ～15m3/h，产水水质和水量稳定。此结果证明，本项目拟定的用国产MFEDI 替代进口EDI 制备超纯水的工艺方案可行，可以在此基础上继续探讨后续精处理模块，最终形成具有抗冲击负荷力的超纯水制备工艺方案。

图1 （a）二级RO 和MFEDI 产水连续运行趋势图

图1 （b） MFEDI 中试装置日平均产水流量趋势图

3.3 MFEDI产水指标分析

对方案中主要设备的指标完成情况进行了比对，具体见表1。由表可知，MFEDI 产水电阻率和SiO2指标要求均已达到进口EDI 设备产水品质。

表1 MFEDI产水水质

4 MFEDI产水后续精处理

超纯水中杂质含量非常低，很容易受外界环境的影响而电导率升高，因此一般超纯水处理工艺在深度除盐后会配备进一步精处理装置。本研究工艺流程中脱气膜是为了消除二氧化碳等气体对超纯水电导率的影响，紫外线用于杀菌，抛光混床是进一步除去极少量残留或管网中溶解在超纯水中的盐分，微膜过滤器则是超纯水处理工艺的最终保障。因此本方案设计的MFEDI产水后续流程：脱气膜（MDG）→纯水箱→TOC→UV→抛光混床→精密过滤器0.1μm 可以保证产水电导率的稳定性，为用户提供高质量的超纯水。对方案中MFEDI 产水后续精处理设备的运行情况进行了分析，具体见表2。

表2 MFEDI产水后续精处理水质

5 结果与创新

5.1 工艺流程

18 MΩ·cm 超纯水制备工艺处理流程如下：

原水箱→超滤保安过滤器→超滤→RO 保安过滤器→一级反渗透→一级RO 水箱→二级反渗透→二级RO 水箱→UV→1 μm 微滤→电除盐（MFEDI）—脱气膜（MDG）→纯水箱→TOC →UV→抛光混床→精密过滤器0.1μm →超纯水用户。

5.2 项目创新点

通过对超纯水制备系统技术影响因素分析，以及国内电厂超纯水制备工艺调研筛选，采用国产MFEDI 代替进口EDI 工艺，对现有主流超纯水制备系统工艺进行分析筛选。在浙能台州发电厂锅炉补给水制备工艺基础上，MFEDI 产水后端新增精处理单元，结合项目源水水质和运行参数，优化运行条件，最终形成运行周期长，产水稳定的18MΩ·cm 超纯水制备工艺。

6 经济社会效益分析

18MΩ 超纯水技术研究工艺方案针对传统典型的超纯水系统，保持系统稳定的基础上通过系统集成提高了厂房利用率，降低投资成本，实现95%以上的水回收率，提高原水的利用率，减少了废水的排放；装置结构简单，便于维护，还可以为今后的扩产提供灵活、方便等多方面开发优势，形成了全新的超纯水全膜法制备系统。同时，MFEDI 具备与进口EDI 近似甚至更低的运行能耗，因而具有明显的经济效益。

由于18 MΩ 超纯水工艺系统在于制备工业高品质的超纯水，适用于对水质要求高的工业行业。运行过程仅耗费电能，无需酸碱药剂，不仅可减少酸碱等污染物的排放，也可节省废水处理及排污费用，从而具有显著的社会效益。

因此，本工艺技术方案在占地面积、投资费用及运行费用等直接效益方面，以及不产生污染物等社会效益方面均占有极大优势，是目前高品质超纯水处理工艺的首选之一。

7 结论及展望

通过在中试试验，18MΩ 超纯水制备系统的技术比对研究，此工艺方案运行稳定可靠，可操作性强，具有推广价值。采用由超滤+2 级反渗透+MFEDI+脱气膜+抛光混床+精密过滤器，出水电阻率可以达到18MΩ·cm。此工艺路线保持系统稳定性能同时降低投资成本；提高水利用率减少废水的排放；保持扩产灵活性；具有良好的抗冲击负荷能力等方面优势，形成了全新的超纯水全膜法制备系统，是一种经济有效制备超纯水的水处理方法，尤其在发电产业、电子行业等工业使用方面有着广阔的应用推广前景。