CN110342708A - 一种适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置及超纯水制取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置及超纯水制取方法。本发明装置包括设有带保温夹层的集装箱，所述集装箱内设有依次连接的预处理装置、两级反渗透装置、EDI装置和精处理装置；其中，所述预处理装置用于滤除水中的杂质，所述两级反渗透装置用于去除水中的离子、细菌，所述EDI装置用于进一步去除所述两级反渗透装置处理后的水中的离子，所述精处理装置用于水质提纯得到最终的超纯水；所述集装箱内设有供暖设备，所述集装箱底部为带轮胎可移动底盘。本发明装置结构合理、布局紧凑、可移动性强、可在室外运行。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种水处理设备，具体地涉及一种适用于高海拔地区可移动超纯水制取装置及超纯水制取方法。
背景技术
超纯水，既将水中的导电介质几乎完全去除，又将水中不离解的胶体物质、气体及有机物均去除至很低程度的水，电阻率大于18MΩ*cm，或接近18.3MΩ*cm极限值(25℃)。在水处理技术领域，超纯水处理设备中一般采用二级反渗透装置和EDI装置，来自预处理的水经过二级反渗透装置处理，反渗透水进入EDI装置处理，之后通过抛光混床精处理后可以得到电阻率大于18MΩ·cm(25℃)的超纯水。
在高海拔(海拔≥1000m)地区上也同时有超纯水的需求，高海拔地区有不同于平原地区的恶劣环境，面临电气和人工降效问题，水温和环境温度低，制取超纯水是困难的，目前缺少这样针对性的技术解决方案。
现有超纯水制取装置都是体积庞大而且没有可移动性，一般来说都要建造专用设备间存放超纯水设备，投资大而且维护成本高，空气中含有二氧化碳、细菌、尘埃等物质，超纯水一旦接触这样的空气电阻率会迅速下降，如果用水点距离超纯水出水口距离远，则到达用水点的水电阻率和水质无法保证，可能无法满足超纯水的用水需求。
发明内容
克服现有技术的不足，本发明的目的在于有针对性的提出一种结构合理、布局紧凑、可移动性强、考虑设备高原降效的可移动超纯水制取装置及超纯水制取方法。该装置可在室外运行。
本发明的的可移动超纯水制取装置，含有带保温夹层的集装箱，集装箱里设置预处理装置、两级反渗透装置、EDI装置、精处理装置。其中，两级反渗透装置、EDI装置、精处理装置设取样阀和电导、PH、流量等传感器，PLC控制，全自动运行。所述集装箱侧壁和顶部有保温夹层，集装箱里有壁挂式电暖气，集装箱底部有带轮胎可移动底盘，底盘前面有拖车钩，可用交通工具牵引移动到需要的区域，集装箱内部设置有柴油发电机组，不受外部供电的影响，整个装置可放于高海拔地区室外运行。
本发明的可移动超纯水制取装置里的水泵会根据装置所在地区的海拔高度对配套电机功率进行计算修正，水泵配套电机选用高原型电机，确保装置正常运转，克服高原降效的问题。
本发明的技术方案为：
一种适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置，其特征在于，包括设有带保温夹层的集装箱，所述集装箱内设有依次连接的预处理装置、两级反渗透装置、EDI装置和精处理装置；其中，所述预处理装置用于滤除水中的杂质，所述两级反渗透装置用于去除水中的离子、细菌，所述EDI装置用于进一步去除所述两级反渗透装置处理后的水中的离子，所述精处理装置用于水质提纯得到最终的超纯水；所述集装箱内设有供暖设备，所述集装箱底部为带轮胎可移动底盘。
进一步的，所述两级反渗透装置、EDI装置、精处理装置上分别设置有取样阀、电导传感器、PH传感器、流量传感器，所述取样阀、电导传感器、PH传感器、流量传感器分别与PLC控制器连接。
进一步的，所述集装箱的侧壁和顶部设有保温夹层；所述供暖设备为壁挂式电暖气，所述集装箱上设有拖车钩。
进一步的，所述预处理装置包括用于抽取待处理水的原水取水泵、带加热器的原水箱、原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器；其中，所述原水取水泵、原水泵位于所述原水箱内，所述原水取水泵用于抽取待处理水的注入到所述原水箱内，所述原水泵用于将所述原水箱内的泵入所述多介质过滤器，所述多介质过滤器与所述活性炭过滤器连接。
进一步的，所述两级反渗透装置包括依次连接的5微米过滤器、两级高压泵、两级反渗透装置和反渗透水箱；其中，所述预处理装置处理后的水经一阻垢剂加药装置后输入所述5 微米过滤器，所述5微米过滤器过滤后的水通过第一级高压泵进入第一级反渗透装置，第一级反渗透装置处理后的水经过NAOH加药装置调节PH值后通过第二级高压泵进入第二级反渗透装置，第二级反渗透装置处理后的纯水进入到所述反渗透水箱中；所述阻垢剂加药装置中加有阻垢剂。
进一步的，所述EDI装置包括EDI增压泵、第一紫外线杀菌器、1微米过滤器和EDI装置；所述EDI增压泵用于将所述两级反渗透装置处理后的水加压后泵入所述第一紫外线杀菌器进行杀菌，所述1微米过滤器与所述第一紫外线杀菌器连接，用于对杀菌后的水进行过滤后输入到所述EDI装置中。
进一步的，所述精处理装置包括超纯水箱、超纯水泵、膜脱气装置、TOC脱除器、两级抛光混床、第二紫外线杀菌器、0.1微米过滤器；其中，所述超纯水箱与所述EDI装置连接，用于存储所述EDI装置处理后的水；所述超纯水泵用于将所述超纯水箱中的水泵入所述TOC脱除器，所述TOC脱除器与所述两级抛光混床连接，所述两级抛光混床用于对输入的水质提纯后输入到所述第二紫外线杀菌器进行杀菌；所述第二紫外线杀菌器与所述0.1微米过滤器连接，用于对杀菌后的水进行过滤制得超纯水；所述膜脱气装置与所述超纯水箱连接，用于将制取的氮气输入所述超纯水箱中对超纯水进行氮气封装。
进一步的，所述集装箱内设有供电设备，所述供电设备与所述原水箱的加热器、原水取水泵、原水泵、两级高压泵、EDI增压泵、超纯水泵和供暖设备电连接。
进一步的，所述预处理装置中用于获取待处理水的原水取水泵功率设置方法为：首先根据公式(h-1000)×0.0001<40-ta判断该原水取水泵的电机所在地区环境温度是否满足电机保持额定输出功率的要求，如果满足，则将该原水取水泵的电机功率设置为额定输出功率；否则将该原水取水泵的电机功率设置为其中，h为水泵电机使用地海拔高度，h的单位为米，ta为环境温度，ta单位为℃，P1为该原水取水泵的电机额定输出功率，单位为KW，k为一设定的安全系数，Δt为电动机绕组温升限值，Δt的单位为℃。
一种适用高海拔地区的可移动超纯水制取方法，其步骤包括：
1)在设有带保温夹层的集装箱内设有依次连接的预处理装置、两级反渗透装置、EDI装置和精处理装置；所述集装箱内设有供暖设备，所述集装箱底部为带轮胎可移动底盘；
2)所述预处理装置从地表水源中抽取水并送到原水箱中，然后将所述集装箱移动到超纯水的用水区域；测量所述原水箱中的水温，如果水温低于设定值，则开启加热器对该原水箱中的水进行加热，然后进行步骤3)；否则直接进行步骤3)；
3)所述预处理装置滤除水中的杂质后送入所述两级反渗透装置；
4)所述两级反渗透装置去除水中的离子、细菌并将处理后的水送入所述EDI装置；
5)所述EDI装置进一步去除水中的离子，并将处理后的水送入所述精处理装置；
6)所述精处理装置对输入的水进行水质提纯得到最终的超纯水。
进一步的，所述预处理装置依次通过多介质过滤器和活性炭过滤器对所述原水箱中的水进行预处理，滤除水中的细小颗粒、悬浮物、胶体和有机物；所述两级反渗透装置包括依次连接的5微米过滤器、两级高压泵、两级反渗透装置和反渗透水箱；所述预处理装置处理后的水经一阻垢剂加药装置后输入所述5微米过滤器，5微米过滤器过滤后的水通过第一级高压泵进入第一级反渗透装置进行脱盐处理，处理后的水经过NAOH加药装置调节PH值后通过第二级高压泵进入第二级反渗透装置，进一步去除水中的离子、细菌后的纯水进入到反渗透水箱中；所述EDI装置包括EDI增压泵、第一紫外线杀菌器、1微米过滤器和EDI装置；所述EDI增压泵将所述反渗透水箱中的水加压后泵入所述第一紫外线杀菌器进行杀菌，所述 1微米过滤器对杀菌后的水进行过滤后输入到所述EDI装置中，进一步去除水中的离子之后送入到所述精处理装置的超纯水箱；所述精处理装置还包括超纯水泵、膜脱气装置、TOC脱除器、两级抛光混床、第二紫外线杀菌器、0.1微米过滤器；所述超纯水泵将所述超纯水箱中的水泵入所述TOC脱除器，进一步去除水中残余的有机物，然后将处理后的水送入所述两级抛光混床，所述两级抛光混床对输入的水质提纯后输入到所述第二紫外线杀菌器进行杀菌；然后所述0.1微米过滤器对杀菌后的水进行过滤制得超纯水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过预处理装置、两级反渗透装置、EDI装置、精处理装置的处理后，可以制取出电阻率大于18MΩ·cm(25℃)的超纯水。
2.本发明所有设备都安装在同一集装箱内，可以通过交通工具进行牵引移动到所需的区域，集装箱侧壁和顶部内有保温层，集装箱内部有壁挂式电暖气，保持温度适宜，装置不会结冻，装置可在高海拔地区室外运行。
3.本发明设备考虑了高海拔地区电气降效问题，进行了仔细计算和选型，设备可在高海拔地区正常运行，满足超纯水用水的需求，考虑到高原地区的特点，空气压力或空气密度的降低，会引起空气介质冷却效应的降低。对于以自热对流、强迫通风或者空气散热为主要方式的电机，由于散热能力的下降、温升增加，设计时，首先判断电机所在地区环境温度是否满足电机保持额定输出功率的要求，按照(1)进行判断：
(h-1000)×0.0001<40-ta (1)
式中：h-水泵电机使用地海拔高度，m；
ta-水泵电机使用地环境温度，℃；
若环境温度不满足条件，按照(2)进行计算
式中：P1-在平原地区计算出水泵配套电机额定功率，KW；
k-安全系数，一般取1.1～1.3；
Δt-电动机绕组温升限值，℃，可根据电动机绝缘等级按表1取值；
P2-考虑高海拔地区计算出的水泵配套电机功率；
把计算出的p2对照厂家样本，选择配有相近电功率的配套电机的水泵。
表1电动机的绝缘等级与温升限制
| 电动机绝缘等级 | A级 | E级 | B级 | F级 | H级 |
| 最高允许温度 | 105 | 120 | 130 | 155 | 180 |
| 电动机绕组温升限值(℃) | 60 | 75 | 80 | 105 | 125 |
4.本发明设计考虑到，冬天设备停机，管道积水会结冰导致管道破裂，在所有的主体设备管道最低点设计有手动排放阀，便于设备停机排放积水，大大增强了设备的抗冻性能。
5.本发明通过废水回收，将二级反渗透浓水、EDI浓水全部利用，水的利用率达到70％。
6.本发明设计有水质监测电导率、电阻率仪、溶解氧、pH仪等，多参数控制产水水质，提升设备的智能化。
7.本发明使用原水箱内配备三根电加热棒，通过PLC控制，当水温度低于某一设定值时，可部分开启或全部开启加热棒进行加热，满足反渗透装置进水温度要求。
8.本发明可配备柴油发电机，能够自主提供所需要的电力，可独立在室外运行，不受外部供电的限制。
本发明结构合理、布局紧凑、可移动性强、可在高海拔地区室外运行，制取电阻率大于 18MΩ*cm的超纯水。通过实验验证，本装置在海拔4410m的地方能够正常运行，满足科研超纯水的需求。
附图说明
图1是一种适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置的平面布置图；
图2是一种适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置的工艺流程图。
其中，1-原水取水泵，2-原水箱(带加热器)，3-原水泵，4-多介质过滤器，5-活性炭过滤器，6-阻垢剂加药装置，7-5微米过滤器，8-一级高压泵，9-一级反渗透装置，10-NAOH加药装置，11-二级高压泵，12-二级反渗透装置，13-反渗透水箱，14-EDI增压泵，15-紫外线杀菌器，16-1微米过滤器，17-EDI装置，18-超纯水箱，19-制氮机，20-超纯水泵，21-膜脱气装置，22-TOC脱除器，23-抛光混床，24-0.1微米过滤器，25-柴油发电机，26-壁挂式电暖气，27-集装箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细描述。
实施例一：
本发明的超纯水制取装置参见图1，图中，1-原水取水泵，2-原水箱(带加热器)，3-原水泵，4-多介质过滤器，5-活性炭过滤器，6-阻垢剂加药装置，7-5微米过滤器，8-一级高压泵，9-一级反渗透装置，10-NAOH加药装置，11-二级高压泵，12-二级反渗透装置，13-反渗透水箱，14-EDI增压泵，15-紫外线杀菌器，16-1微米过滤器，17-EDI装置，18-超纯水箱，19-制氮机，20-超纯水泵，21-膜脱气装置，22-TOC脱除器，23-抛光混床，24-0.1微米过滤器，25-柴油发电机，26-壁挂式电暖气，27-集装箱；其中，各水泵的配套电机功率针对高海拔地区进行了计算修正，并选用了高原电机。
本发明的超纯水制取装置的工艺流程如图2所示，其中制水时，原水取水泵1从地表水源中抽取水送到原水箱(带电加热器)2中，如果水温度过低，则开启加热器加热，抽取的水经过原水泵3输送到多介质过滤器4和活性炭过滤器5进行预处理，除去水中的细小颗粒、悬浮物、胶体、有机物等杂质，满足反渗透进水水质要求，接着通过阻垢剂加药装置6加入阻垢剂，分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐结垢，加药处理后的水进入5 微米过滤器7过滤后通过第一级高压泵8进入第一级反渗透装置9进行脱盐处理，处理后的水经过NAOH加药装置10调节PH值后通过第二级高压泵11进入第二级反渗透装置12，进一步有效去除水中的离子、细菌等，处理后的纯水进入到反渗透水箱13中，通过EDI增压泵14加压后进入紫外线杀菌器15进行杀菌，然后进入到1微米过滤器16过滤，之后进入到 EDI装置17进一步去除水中的离子，之后纯水进入到超纯水箱18，超纯水箱18内充有氮气，使水与空气隔绝，氮气由制氮机19制取输入到超纯水箱18中对超纯水进行氮气封装，制得的纯水通过超纯水泵20输送到膜脱气装置21，脱除水中的氧气和二氧化碳。
脱完气的纯水进入TOC脱除器22，进一步去除水中残余的有机物，之后纯水进入两级抛光混床23进行最终水质提纯，使出水电阻率大于18MΩ·cm(25℃)，制得的超纯水进入到紫外线杀菌器15进行杀菌，经过0.1微米过滤器24过滤，制得超纯水供用水点使用。
根据需要，集装箱27内设有柴油发电机25，该柴油发电机组25与需用电的组件动力机构(原水箱的加热器、原水取水泵、原水泵、两级高压泵、EDI增压泵、超纯水泵和供暖设备电连接)相连接，为整个装置提供电力。集装箱27侧壁和顶部有保温绝热夹层，集装箱 27内还设有壁挂式电暖气26，可以抵御高海拔地区较寒冷的气温，保证装置不结冰，正常运行。
本发明技术先进，设备运行可靠，维护简单，装置集成在带轮胎可移动底盘的集装箱内，结构紧凑占地面积小，可以利用交通工具运输到需要的区域，利用本发明可以在高海拔地区室外条件下制取电阻率大于18MΩ*cm(25℃))的超纯水，具有很强的实用性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置，其特征在于，包括设有带保温夹层的集装箱，所述集装箱内设有依次连接的预处理装置、两级反渗透装置、EDI装置和精处理装置；其中，所述预处理装置用于滤除水中的杂质，所述两级反渗透装置用于去除水中的离子、细菌，所述EDI装置用于进一步去除所述两级反渗透装置处理后的水中的离子，所述精处理装置用于水质提纯得到最终的超纯水；所述集装箱内设有供暖设备，所述集装箱底部为带轮胎可移动底盘。
2.如权利要求1所述的适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置，其特征在于，所述两级反渗透装置、EDI装置、精处理装置上分别设置有取样阀、电导传感器、PH传感器、流量传感器，所述取样阀、电导传感器、PH传感器、流量传感器分别与PLC控制器连接。
3.如权利要求1所述的适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置，其特征在于，所述集装箱的侧壁和顶部设有保温夹层；所述供暖设备为壁挂式电暖气，所述集装箱上设有拖车钩；所述集装箱内设有供电设备，所述供电设备与所述原水箱的加热器、原水取水泵、原水泵、两级高压泵、EDI增压泵、超纯水泵和供暖设备电连接。
4.如权利要求1或2或3所述的适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置，其特征在于，所述预处理装置包括用于抽取待处理水的原水取水泵、带加热器的原水箱、原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器；其中，所述原水取水泵、原水泵位于所述原水箱内，所述原水取水泵用于抽取待处理水的注入到所述原水箱内，所述原水泵用于将所述原水箱内的泵入所述多介质过滤器，所述多介质过滤器与所述活性炭过滤器连接。
5.如权利要求1或2或3所述的适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置，其特征在于，所述两级反渗透装置包括依次连接的5微米过滤器、两级高压泵、两级反渗透装置和反渗透水箱；其中，所述预处理装置处理后的水经一阻垢剂加药装置后输入所述5微米过滤器，所述5微米过滤器过滤后的水通过第一级高压泵进入第一级反渗透装置，第一级反渗透装置处理后的水经过NAOH加药装置调节PH值后通过第二级高压泵进入第二级反渗透装置，第二级反渗透装置处理后的纯水进入到所述反渗透水箱中；所述阻垢剂加药装置中加有阻垢剂。
6.如权利要求1或2或3所述的适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置，其特征在于，所述EDI装置包括EDI增压泵、第一紫外线杀菌器、1微米过滤器和EDI装置；所述EDI增压泵用于将所述两级反渗透装置处理后的水加压后泵入所述第一紫外线杀菌器进行杀菌，所述1微米过滤器与所述第一紫外线杀菌器连接，用于对杀菌后的水进行过滤后输入到所述EDI装置中。
7.如权利要求1或2或3所述的适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置，其特征在于，所述精处理装置包括超纯水箱、超纯水泵、膜脱气装置、TOC脱除器、两级抛光混床、第二紫外线杀菌器、0.1微米过滤器；其中，所述超纯水箱与所述EDI装置连接，用于存储所述EDI装置处理后的水；所述超纯水泵用于将所述超纯水箱中的水泵入所述TOC脱除器，所述TOC脱除器与所述两级抛光混床连接，所述两级抛光混床用于对输入的水质提纯后输入到所述第二紫外线杀菌器进行杀菌；所述第二紫外线杀菌器与所述0.1微米过滤器连接，用于对杀菌后的水进行过滤制得超纯水；所述膜脱气装置与所述超纯水箱连接，用于将制取的氮气输入所述超纯水箱中对超纯水进行氮气封装。
8.如权利要求1所述的适用高海拔地区的可移动超纯水制取装置，其特征在于，所述预处理装置中用于获取待处理水的原水取水泵功率设置方法为：首先根据公式(h-1000)×0.0001<40-ta判断该原水取水泵的电机所在地区环境温度是否满足电机保持额定输出功率的要求，如果满足，则将该原水取水泵的电机功率设置为额定输出功率；否则将该原水取水泵的电机功率设置为其中，h为水泵电机使用地海拔高度，h的单位为米，ta为环境温度，ta单位为℃，P1为该原水取水泵的电机额定输出功率，单位为KW，k为一设定的安全系数，Δt为电动机绕组温升限值，Δt的单位为℃。
9.一种适用高海拔地区的可移动超纯水制取方法，其步骤包括：
1)在设有带保温夹层的集装箱内设有依次连接的预处理装置、两级反渗透装置、EDI装置和精处理装置；所述集装箱内设有供暖设备，所述集装箱底部为带轮胎可移动底盘；
2)所述预处理装置从地表水源中抽取水并送到原水箱中，然后将所述集装箱移动到超纯水的用水区域；测量所述原水箱中的水温，如果水温低于设定值，则开启加热器对该原水箱中的水进行加热，然后进行步骤3)；否则直接进行步骤3)；
3)所述预处理装置滤除水中的杂质后送入所述两级反渗透装置；
4)所述两级反渗透装置去除水中的离子、细菌并将处理后的水送入所述EDI装置；
5)所述EDI装置进一步去除水中的离子，并将处理后的水送入所述精处理装置；
6)所述精处理装置对输入的水进行水质提纯得到最终的超纯水。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预处理装置依次通过多介质过滤器和活性炭过滤器对所述原水箱中的水进行预处理，滤除水中的细小颗粒、悬浮物、胶体和有机物；所述两级反渗透装置包括依次连接的5微米过滤器、两级高压泵、两级反渗透装置和反渗透水箱；所述预处理装置处理后的水经一阻垢剂加药装置后输入所述5微米过滤器，5微米过滤器过滤后的水通过第一级高压泵进入第一级反渗透装置进行脱盐处理，处理后的水经过NAOH加药装置调节PH值后通过第二级高压泵进入第二级反渗透装置，进一步去除水中的离子、细菌后的纯水进入到反渗透水箱中；所述EDI装置包括EDI增压泵、第一紫外线杀菌器、1微米过滤器和EDI装置；所述EDI增压泵将所述反渗透水箱中的水加压后泵入所述第一紫外线杀菌器进行杀菌，所述1微米过滤器对杀菌后的水进行过滤后输入到所述EDI装置中，进一步去除水中的离子之后送入到所述精处理装置的超纯水箱；所述精处理装置还包括超纯水泵、膜脱气装置、TOC脱除器、两级抛光混床、第二紫外线杀菌器、0.1微米过滤器；所述超纯水泵将所述超纯水箱中的水泵入所述TOC脱除器，进一步去除水中残余的有机物，然后将处理后的水送入所述两级抛光混床，所述两级抛光混床对输入的水质提纯后输入到所述第二紫外线杀菌器进行杀菌；然后所述0.1微米过滤器对杀菌后的水进行过滤制得超纯水。
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|---|---|---|---|---|
| EP4204366A4 (en) * | 2021-03-16 | 2024-04-10 | Artas Endüstriyel Tesisler Taahhüt ve Ticaret Anonim Sirketi | MOBILE PLANT FOR THE PRODUCTION OF DEMINERALIZED WATER |
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