18MΩ超純水工藝方案的技術比選研究

文_李葉然 謝建麗 李鋆 浙江天地環保科技有限公司

目前超純水的生產主要有預處理、脫鹽、后處理三個模塊，其中脫鹽技術為超純水制備的核心技術模塊。近年來，各用水企業通過膜分離與EDI 技術串聯制備超純水，具體工藝為UF+RO+EDI，這種工藝出水水質能達到傳統的混床工藝出水標準，且清洗恢復無需消耗過多的化學藥劑。

本研究擬對現有主流超純水制備系統工藝進行分析篩選，結合源水水質和運行參數，對主要脫鹽設備利用國產無膜EDI(MFEDI)代替進口EDI，使投資及運行成本降低，形成18MΩ·cm 超純水制備工藝。

1 超純水（18 MΩ·cm）產水指標要求

超純水各項指標標準：系統出水電阻率≥18MΩ·cm（MΩ·cm，25℃）；TOC＜20ppb；全硅≤2ppb；細菌個數：最大值0.01 個/mL；其他技術指標滿足電子級水國標規定（GB/T11446.1-2013）的EW-I 級水質標準。

2 工藝流程調研比選

太原鋼鐵（集團）公司自備電廠的亞臨界鍋爐和煉鋼焦化的高壓鍋爐補給水采用UF+RO+EDI 工藝，EDI 產水電阻率平均值為16MΩ·cm。

2017 年臺州電廠化水250t/h 的供熱規劃擴容改造項目，采用國產MFEDI 代替進口EDI 設備，產水電阻率平均值也能穩定達到16MΩ·cm。

從運行情況看，此工藝具有連續運行周期長，出水穩定，且自動化程度高等優點，是性價比更優的超純水制備工藝。結合目前國內外超純水制備工藝調研結果，本項目采用國產MFEDI代替進口EDI，降低EDI 投資成本，簡化EDI 模塊裝置；在實際運行中試裝置上，后續再配備脫氣膜+拋光混床+精密過濾器，以保證出水電阻率達到18MΩ·cm。此工藝路線具有良好的抗沖擊負荷能力，可形成完整的18MΩ·cm 超純水制備工藝。

3 MFEDI中試運行

3.1 MFEDI中試試驗裝置

方案擬定MFEDI 產水工藝在中試裝置試驗，其工藝流程為原水→超濾保安過濾器→超濾→反滲透保安過濾器→一級反滲透→二級反滲透→MFEDI →中試裝置產水。

3.2 MFEDI中試試驗產水水質數據分析

MFEDI 中試試驗裝置連續試運行產水數據及趨勢見圖1。從產水數據和趨勢圖可以看出，此試驗裝置連續運行41 天，二級RO 產水電導率基本保持在1 ～2μS/cm，MFEDI 進水水質穩定。在此情況下，MFEDI 產水電導率維持在0.062 ～0.058μS/cm 之間，即產水電阻率維持在16MΩ·cm，產水流量基本維持在12 ～15m3/h，產水水質和水量穩定。此結果證明，本項目擬定的用國產MFEDI 替代進口EDI 制備超純水的工藝方案可行，可以在此基礎上繼續探討后續精處理模塊，最終形成具有抗沖擊負荷力的超純水制備工藝方案。

圖1 （a）二級RO 和MFEDI 產水連續運行趨勢圖

圖1 （b） MFEDI 中試裝置日平均產水流量趨勢圖

3.3 MFEDI產水指標分析

對方案中主要設備的指標完成情況進行了比對，具體見表1。由表可知，MFEDI 產水電阻率和SiO2指標要求均已達到進口EDI 設備產水品質。

表1 MFEDI產水水質

4 MFEDI產水后續精處理

超純水中雜質含量非常低，很容易受外界環境的影響而電導率升高，因此一般超純水處理工藝在深度除鹽后會配備進一步精處理裝置。本研究工藝流程中脫氣膜是為了消除二氧化碳等氣體對超純水電導率的影響，紫外線用于殺菌，拋光混床是進一步除去極少量殘留或管網中溶解在超純水中的鹽分，微膜過濾器則是超純水處理工藝的最終保障。因此本方案設計的MFEDI產水后續流程：脫氣膜（MDG）→純水箱→TOC→UV→拋光混床→精密過濾器0.1μm 可以保證產水電導率的穩定性，為用戶提供高質量的超純水。對方案中MFEDI 產水后續精處理設備的運行情況進行了分析，具體見表2。

表2 MFEDI產水后續精處理水質

5 結果與創新

5.1 工藝流程

18 MΩ·cm 超純水制備工藝處理流程如下：

原水箱→超濾保安過濾器→超濾→RO 保安過濾器→一級反滲透→一級RO 水箱→二級反滲透→二級RO 水箱→UV→1 μm 微濾→電除鹽（MFEDI）—脫氣膜（MDG）→純水箱→TOC →UV→拋光混床→精密過濾器0.1μm →超純水用戶。

5.2 項目創新點

通過對超純水制備系統技術影響因素分析，以及國內電廠超純水制備工藝調研篩選，采用國產MFEDI 代替進口EDI 工藝，對現有主流超純水制備系統工藝進行分析篩選。在浙能臺州發電廠鍋爐補給水制備工藝基礎上，MFEDI 產水后端新增精處理單元，結合項目源水水質和運行參數，優化運行條件，最終形成運行周期長，產水穩定的18MΩ·cm 超純水制備工藝。

6 經濟社會效益分析

18MΩ 超純水技術研究工藝方案針對傳統典型的超純水系統，保持系統穩定的基礎上通過系統集成提高了廠房利用率，降低投資成本，實現95%以上的水回收率，提高原水的利用率，減少了廢水的排放；裝置結構簡單，便于維護，還可以為今后的擴產提供靈活、方便等多方面開發優勢，形成了全新的超純水全膜法制備系統。同時，MFEDI 具備與進口EDI 近似甚至更低的運行能耗，因而具有明顯的經濟效益。

由于18 MΩ 超純水工藝系統在于制備工業高品質的超純水，適用于對水質要求高的工業行業。運行過程僅耗費電能，無需酸堿藥劑，不僅可減少酸堿等污染物的排放，也可節省廢水處理及排污費用，從而具有顯著的社會效益。

因此，本工藝技術方案在占地面積、投資費用及運行費用等直接效益方面，以及不產生污染物等社會效益方面均占有極大優勢，是目前高品質超純水處理工藝的首選之一。

7 結論及展望

通過在中試試驗，18MΩ 超純水制備系統的技術比對研究，此工藝方案運行穩定可靠，可操作性強，具有推廣價值。采用由超濾+2 級反滲透+MFEDI+脫氣膜+拋光混床+精密過濾器，出水電阻率可以達到18MΩ·cm。此工藝路線保持系統穩定性能同時降低投資成本；提高水利用率減少廢水的排放；保持擴產靈活性；具有良好的抗沖擊負荷能力等方面優勢，形成了全新的超純水全膜法制備系統，是一種經濟有效制備超純水的水處理方法，尤其在發電產業、電子行業等工業使用方面有著廣闊的應用推廣前景。