水處理系統(tǒng)的組成和設(shè)計要求09.6

水處理系統(tǒng)的組成和設(shè)計要求

血液透析用反滲透水處理系統(tǒng)的基本要求1水處理系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)必須符合透析用水國家醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求（化學(xué)污染、生物污染）。2產(chǎn)水量滿足透析透析用水的需求（透析機(jī)、透析器復(fù)用用水）。3操作簡單，使用故障率低。4必要的清洗消毒裝置。透析用水國家醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（YY0572-2005）污染物允許的最大化學(xué)污染物的濃度（mg/L）鈣2(0.1mEq/L)鎂4(0.3mEq/L)鈉70(3.0mEq/L)鉀8(0.2mEq/L)氟化物0.2氯0.5氯胺0.1硝酸鹽2.0硫酸鹽100.0銅、鋇、鋅每種0.1鋁0.01砷、鉛、銀每種0.005鎘0.001鉻0.014硒0.09汞0.0002血液透析用水的生物污染要求細(xì)菌計數(shù)（CFU/mL）內(nèi)毒素（IU/mL）國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)＜100輸出端＜1輸送點＜5歐洲標(biāo)準(zhǔn)≤100≤0.25日本標(biāo)準(zhǔn)＜100＜0.1瑞典標(biāo)準(zhǔn)＜100＜0.25美國AAMI標(biāo)準(zhǔn)（2006）≤200（50）≤2（1）透析用反滲透水處理反滲透供水系統(tǒng)

1水的預(yù)處理

1.1預(yù)處理的組成及作用

2反滲透部分

2.1反滲透膜組件

2.2反滲透機(jī)的組成

2.3反滲透去除污染物的局限性

3透析用水的供給

4水處理機(jī)的安裝條件透析用反滲透水處理系統(tǒng)流程圖全自動軟化罐活性炭罐透析機(jī)透析機(jī)透析機(jī)全自動砂濾罐反滲透膜組件保安過濾器高壓泵

預(yù)處理作用:水質(zhì)達(dá)到反滲透膜進(jìn)水水質(zhì)的要求項目建議值最大值SDI15＜45濁度（FTU）＜0.21含鐵量mg/L＜0.10.1游離氯mg/L00.1水溫℃2545水壓（MPa）1.0-1.64.1pH值2-1111卷式復(fù)合膜對進(jìn)水水質(zhì)要求

1.1.1前級加壓泵；維持系統(tǒng)壓力。1.1.2機(jī)械過濾；除去不溶顆粒物。1.1.3除鐵裝置；除去水中的鐵離子。1.1.4軟化裝置；除去水的鈣鎂離子。1.15活性炭裝置；吸附水中的有機(jī)物，致熱源，除去殘余氯等。1.1水的預(yù)處理包括1.1.1前級加壓泵及壓力罐加壓泵提供水壓、水的流量壓力罐緩沖作用，防止震動和水流快速流過管道，維持水流量1.1.2機(jī)械過濾采用石英砂或濾芯作機(jī)械過濾

石英砂過濾：1砂床是由大到小的石英砂排列組成2可除去直徑大于25μm顆粒物3定期反沖，清除濾料中截流的雜質(zhì)，一般每周兩次

濾芯過濾：將濾芯裝入濾桶內(nèi)，可除去大于濾芯孔徑的雜質(zhì)。定期更換，一般每月一次。1.1.3除鐵裝置

水中的鐵能使交換樹脂失效，污染反滲透膜。除鐵常用錳砂過濾法，天然錳砂的主要成分是MnO2。鐵離子與錳砂接觸即可將Fe2+氧化成Fe3+

，生成的Fe3+立即水解生成絮狀氫氧化鐵沉淀，

Fe(OH)3沉淀物經(jīng)錳砂過濾后被除去。

Fe3+OH-=Fe(OH)3↓根據(jù)情況定時進(jìn)行反清洗除去沉淀物。

1.1.4水軟化裝置

除去水中鈣、鎂離子的過程稱為軟化。交換劑是鈉型陽離子交換樹脂。水中的硬度成分鈣離子、鎂離子與交換劑中鈉離子進(jìn)行交換。交換達(dá)到一定值時交換劑失效。為恢復(fù)交換能力可用再生液對其進(jìn)行再生，常用的再生液為飽和鹽溶液。樹脂交換反應(yīng)式鈉型陽樹脂工作過程鈉型陽樹脂再生過程控制器進(jìn)水出水排水排水吸鹽壓力容器鹽缸軟化裝置工作原理軟化裝置吸鹽工作原理軟化裝置反沖原理鈉型陽樹脂充填量的計算鈉型陽樹脂交換劑的工作交換容量（E）按下式計算：

E（eq/m3）=Q×（H-HC）÷V式中：Q—交換器的周期制水量（m3）

H—進(jìn)水硬度（meq/L）

HC—出水硬度（meq/L）

V—交換器裝載的交換劑體積（m3）一般情況下H>>HC,上式可簡化為：

E=Q×H÷V(eq/m3)

V=Q×H÷E例：某醫(yī)院有10臺透析機(jī)每小時用反滲水300L，每天開機(jī)12小時，自來水硬度400mg/L（CaCO3)，每三天再生一次，反滲機(jī)的回收率50%，1M3陽樹脂能除去1000克當(dāng)量的硬度，問需充填多少M(fèi)3的陽樹脂。

Q=300×12×2×3=21600(L)=21.6（M3）

Ca2+為400×（40÷100）=160mg/L=160g/M3H（Ca2+）=160÷40×2=8(eq/M3)E=1000(eq/M3)

V=Q×H÷E=21.6×8÷1000=0.169(M3)

需用0.169(M3)的陽樹脂。

應(yīng)選用大于0.19M3的樹脂罐

保障樹脂充分再生1）使用粗鹽或再生專用鹽。2）吸鹽口在鹽缸底部，保障吸入足量的飽和鹽水。3）及時補(bǔ)充再生用鹽，保證鹽缸內(nèi)有足夠的未溶解鹽。4）觀察鹽缸補(bǔ)水情況及控制器工作情況。1.1.5活性炭吸附

活性炭有非常多的微孔和巨大的表面積，因而具有很強(qiáng)的物理吸附能力。水中的有機(jī)物、致熱源、殘余氯、色素等用活性炭可除去。如果超過活性炭的吸附能力，有機(jī)物將漏掉進(jìn)入水中。活性炭再生困難，一般要定期更換。

活性炭除氯活性炭除氯不是單純的物理吸附，而是在其表面發(fā)生催化作用。

Cl2+H2O←→HCl+HClO

HClO→HCl+〔O〕

原子氧與碳原子由吸附狀態(tài)迅速地轉(zhuǎn)變成化合狀態(tài)：C+2〔O〕→CO2↑氯與活性炭的反應(yīng)可如下式:C+2Cl2+2H2O→4HCl+CO2計算所需活性炭體積V=S×EBCT

式中V—活性炭體積，m3S—水的流量，m3/hEBCT—空床接觸時間，h=1/6小時例：某醫(yī)院透析室有10臺透析機(jī)每小時用RO水300L，反滲機(jī)的回收率50%，需多少活性炭。

V=S×EBCT=0.3×2×（1/6）=0.1（m3）需用活性炭0.1m3?；钚蕴抗藜夹g(shù)要求1）保障水與活性炭的接觸時間大于10分鐘。2）采用雙罐結(jié)構(gòu)。選用硬質(zhì)果殼炭。3）活性炭罐出水處安裝取樣閥。2反滲透系統(tǒng)

2.1反滲透組件

2.1.1、分離膜的種類

2.1.2兩個基本的平衡公式

2.1.3反滲透原理

2.1.4反滲透膜的結(jié)構(gòu)

2.1.5膜元件的性能、參數(shù)及影響因素

2.1.6膜的特性

2.1.7膜的透過機(jī)理

2.1.1分離膜的種類給水Qv.f,cf

產(chǎn)品水Qv.p,cp

水濃Qv.b

cb

Qv,f=Qv.p+Qv,b

Qv.fcf=Qv.fcp+Qv.bcb

2.1.2兩個基本公式（圖解）反滲透系統(tǒng)的脫鹽率和回收率

A：溶質(zhì)平衡公式：給水溶質(zhì)含量等于產(chǎn)品水和濃水溶質(zhì)含量之和。

給水溶質(zhì)含量=產(chǎn)水溶質(zhì)含量+濃水溶質(zhì)含量反滲透膜的脫鹽率：濃水的含鹽量/進(jìn)水的含鹽量（99%）

反滲透系統(tǒng)脫鹽率：反滲透膜排列、組合有關(guān)（98%）B：流量平衡公式：給水流量等于產(chǎn)水量和濃水流量之和。給水量=產(chǎn)水量+排水量

反滲透膜的回收率：產(chǎn)水量/進(jìn)水量，單只膜回收率小于18%

反滲透系統(tǒng)回收率：一般控制在60-75%

2.1.3反滲透原理滲透作用是水分子從低濃度溶液經(jīng)半透膜到高濃度溶液的現(xiàn)象。在高濃度溶液一側(cè)用輔助加壓則可使水分子從高濃度溶液經(jīng)半透膜跑到低濃度溶液一側(cè)，這便是反滲透。

反滲透原理濃溶液稀溶液半透膜A濃溶液稀溶液半透膜滲透壓B濃溶液稀溶液半透膜外加壓力C2.1.4膜的結(jié)構(gòu)

目前膜的構(gòu)型主要有平板式、管式、卷式和中空纖維式。膜有醋酸纖維素膜、芳香聚酰胺膜和復(fù)合膜等。復(fù)合膜有三層組成，它們是：最上層的超薄脫鹽層、中間是多孔聚砜內(nèi)夾層、下面是聚酯支撐網(wǎng)層，脫鹽層厚度為0.2μm。分離機(jī)能層(0.2μm)卷式反滲透卷式反滲透膜2.1.5膜元件的性能、參數(shù)及影響因素

反滲透膜的性能由三個因素表述：①產(chǎn)品水流量；②脫鹽率；③運(yùn)行穩(wěn)定性。這些因素又受下列條件制約；第一，給水特性，如溫度、溶解物和固形物等；第二，膜本身的特性，如膜的材料、結(jié)構(gòu)等；第三，運(yùn)行條件，如壓力、回收率的等。透水量qv.w可由下式確定qv.w=kw(△p-△Ⅱ)S/δ

透鹽量qm,s可由下式確定

qm,s=ks(Δc)S/δ

水溫度升高透水量增大，一般溫度每改變一度透水量約改變3%反滲透的運(yùn)行條件對膜的影響

2.1.6膜的特性

膜的方向性，只有反滲透膜的致密層與給水接觸，才能達(dá)到脫鹽效果。離子透過膜的規(guī)律，一般來說，1價離子透過率大于2價、2價大于3價。

K+＞Na+

＞Ca2+＞Fe3+2.1.7膜的透過機(jī)理

膜去除有機(jī)物是建立在篩網(wǎng)機(jī)理基礎(chǔ)上的。分子量大于300的物質(zhì)被截流。膜有高的脫鹽率是由于半透膜對離子有排斥作用。膜表面對水分子有選擇吸附作用。2.2反滲透機(jī)的組成

2.2.1反滲透機(jī)框架。2.2.2壓力管路；一般采用PVC-U或不銹鋼材料，耐壓＞2.6Mpa2.2.3高壓泵；它向膜組件提供平穩(wěn)、不間斷的流量和合適的壓力。2.2.4電氣、儀表、控制系統(tǒng)。2.2.5膜組件的排列組合；常用給水串聯(lián)，產(chǎn)品水并聯(lián)的方式。2.2.6消毒裝置。2.2.1反滲透機(jī)框架2.2.3高壓泵；它向膜組件提供平穩(wěn)、不間斷的流量和合適的壓力。常規(guī)復(fù)合膜需要1.6MPa,對低壓復(fù)合膜需要1.05MPa。2.2.4電氣、儀表、控制系統(tǒng)

電器控制：動力電源一般選用380V三相電源，控制電源選用24V低壓直流電源。RO系統(tǒng)控制包括儀表指示參數(shù)、報警、高壓泵控制、電磁閥控制、消毒控制等。

顯示儀表顯示儀表有：進(jìn)水、產(chǎn)品水電導(dǎo)率顯示記錄，進(jìn)水、產(chǎn)品水、排水流量指示記錄，進(jìn)水、產(chǎn)品水余氯顯示，進(jìn)水、高壓泵進(jìn)出口、產(chǎn)品水壓力顯示記錄，進(jìn)水溫度、pH值顯示2.2.5膜組件的排列組合濃水給水產(chǎn)品水濃水循環(huán)高壓泵RO裝置流量計流量計針型閥針型閥雙級反滲透系統(tǒng)

采用雙級反滲透系統(tǒng)，第一級反滲透出水作為第二級反滲透的進(jìn)水，在一級系統(tǒng)除鹽率98%的基礎(chǔ)上，第二級在除去80%鹽類物質(zhì)。二級RO系統(tǒng)給水濃水循環(huán)高壓泵一級RO裝置流量計針型閥產(chǎn)品水二級RO裝置透析機(jī)流量計高壓泵針型閥針型閥排水雙級反滲透系統(tǒng)流程圖單級反滲透與雙級反滲透對化學(xué)污染物的清除污染物一級反滲透濃度mg/L雙級反滲透濃度mg/L允許值mg/L鈣0.030.03＜2鈉4.790.23＜70氯＜0.20.01＜0.5氯胺0.050.01＜0.1硝酸根1.000.01＜2.0硫酸根0.860.01＜100鋁0.0030.001＜0.01鉛0.001＜0.001＜0.005汞0.000130.00004＜0.0002顯示電導(dǎo)率16μs/cm3.6μs/cm無死腔膜殼可降低生物污染2.2.6反滲透的清洗消毒裝置清洗箱清洗泵反滲透機(jī)保安過濾器反滲透膜高壓泵衛(wèi)生熱消毒型反滲透膜2.3反滲透去除污染物的局限性A對化學(xué)污染物去除的局限反滲透膜的性能：脫鹽率、不能除去溶解性氣體（氯）

反滲透系統(tǒng)設(shè)計：濃水再循環(huán)B對微生物污染的去除

理論上：反滲透膜能截流分子量300的有機(jī)物，微生物將被截留。

反滲透去除污染物的局限性反滲透膜可截留分子量大于300的物質(zhì)，細(xì)菌、病毒、內(nèi)毒素均被截留，但事實上細(xì)菌、內(nèi)毒素卻存在于透析用水中。分析原因有以下可能性：a微生物透過膜材料的微觀缺損。b透過松動的O型環(huán)或其它密封材料。c給水或預(yù)處理造成微生物的嚴(yán)重污染。d產(chǎn)品水輸水管路及儲水容器被污染。反滲透膜壓力容器圖示反滲透膜元件的典型脫鹽率溶質(zhì)分子量脫除率（%）溶質(zhì)分子量脫除率（%）氟化鈉4299氰化鈉4994氯化鈉5899二氧化硅6098碳酸氫鈉8499硝酸鈉8597氯化鎂9599氯化鈣11199硫酸鎂120＞99硫酸鎳155＞99硫酸銅160＞99甲醛3040甲醇3230乙醇4670異丙醇6090尿素6070乳酸pH59099葡萄糖18098蔗糖34299含氯殺蟲劑/＞993透析機(jī)供水系統(tǒng)輸送管路及儲存容器選用衛(wèi)生級器件，管路直徑合理，如U-PVC、316L不銹鋼管，減少接頭，避免水流盲區(qū)，單路循環(huán)，管徑細(xì)，路徑短。透析機(jī)串行連接。