長(zhǎng)沙純水設(shè)備有限公司，分享湖南歐亞生物制藥純水系統(tǒng)實(shí)例：系統(tǒng)采用的是一級(jí)RO+EDI工藝，由于本工藝流程中設(shè)置了活性炭過(guò)濾器和軟化器使原水水質(zhì)得到改善，達(dá)到RO進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)，且長(zhǎng)期運(yùn)行能夠防止反滲透膜表面和EDI結(jié)垢，大大提高反滲透膜和EDI的的工作壽命和處理效果。采用一級(jí)RO+EDI工藝能長(zhǎng)期保證出水電導(dǎo)率小于4.3pS/cm。實(shí)際工程中雖然一級(jí)RO+EDI的出水水質(zhì)在一般情況下不如二級(jí)RO+EDI，但是一級(jí)RO+EDI比二級(jí)RO+EDI在造價(jià)成本和維修維護(hù)成本上更具有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)該公司原水水質(zhì)情況及產(chǎn)品水水質(zhì)要求，結(jié)合用水單位實(shí)際情況，綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素，采用一級(jí)RO+EDI工藝制備純水，利用PLC和觸摸屏構(gòu)成全自動(dòng)控制系統(tǒng)。原水為市政自來(lái)水，出水水質(zhì)指標(biāo)以《藥典(2010版)》為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。東莞佳潔對(duì)該純水設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行情況、工藝的產(chǎn)水水質(zhì)、運(yùn)行成本等方面進(jìn)行了介紹、評(píng)價(jià)和探討。
1工程概況本純水站采用一級(jí)RO-EDI工藝制備純水，EDI裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為5.0m/h，為滿足API車間和GMP車間的設(shè)備清洗間， 粉碎、混合、包裝間，溶劑泵房，離心機(jī)房，壓濾罐間等共20個(gè)用水點(diǎn)的水量，終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水量峰值為20m/h。
1.1原水水質(zhì)原水水質(zhì)如表1所示。
1.2純水水質(zhì)要求純水設(shè)備產(chǎn)水應(yīng)滿足《藥典(2010版)》純化水要求。具體要求如表2所示。
2工藝流程
通過(guò)原水水質(zhì)報(bào)告可以看出原水的余氯較高，因此選擇活性炭過(guò)濾器作為過(guò)濾介質(zhì)。原水中總硬度高，需要在系統(tǒng)中增加軟化處理單元，減少RO膜負(fù)擔(dān)。RO作為初級(jí)脫鹽，可有效去除大部分的細(xì)菌、溶解性固體及相對(duì)分子質(zhì)量在200以上的有機(jī)物等雜質(zhì)，降低電導(dǎo)率，一級(jí)RO處理后，產(chǎn)水水質(zhì)還不能完全達(dá)到純化水要求，通過(guò)EDI深度除鹽，除去RO水中剩余的少量離子，使產(chǎn)水能夠達(dá)到合格的制藥用水要求。為保證制藥生產(chǎn)線所用純化水的電導(dǎo)率小于4.3uS/cm，采用由預(yù)處理、一級(jí)RO-EDI脫鹽、終端三大系統(tǒng)組成的純化水工藝系統(tǒng)。一級(jí)RO-EDI工藝流程如圖1所示。
3工藝流程描述和設(shè)備參數(shù)
3.1工藝流程說(shuō)明
由于自來(lái)水的供水量和水壓不斷變化，為了保證后續(xù)用水的穩(wěn)定性，預(yù)處理設(shè)置原水箱，由液位控制器和進(jìn)水電磁閥控制原水箱進(jìn)出水，通過(guò)原水增壓泵提高壓力后，進(jìn)人后續(xù)活性炭過(guò)濾器去除余氯、膠體微粒、有機(jī)物、色度、異味及碳酸鈣、硫酸鈣等沉淀物后，出水再進(jìn)人離子交換軟化裝置去除水中的硬度，當(dāng)軟化器中的樹脂失效后必須通過(guò)飽和氯化鈉進(jìn)行再生處理。為防止膜的表面形成碳酸鹽垢、硫酸鹽垢等污染和堵塞膜表面，進(jìn)RO裝置前的水中投加阻垢劑。保安過(guò)濾器可截留來(lái)自活性炭過(guò)濾器和樹脂軟化過(guò)濾器溢出的活性炭粉末、樹脂顆粒以及加人阻垢劑后產(chǎn)生的聚合物，滿足反滲透裝置進(jìn)水SDI值小于3的要求。過(guò)濾后的水進(jìn)人后續(xù)脫鹽裝置，RO裝置利用高壓水泵加壓，使原水在壓力的作用下滲透過(guò)孔徑只有0.0001pm的反滲透膜，該膜只允許水分子通過(guò)，而離子和細(xì)菌、病毒等微生物不能通過(guò)，隨廢水一起排出。反滲透的利用率一般為70%~75%，脫鹽率一般大于95%。為預(yù)防一級(jí)RO出水速率與EDI進(jìn)水速率不平衡對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性造成影響，設(shè)置中間水箱，經(jīng)過(guò)中間水泵提供EDI裝置的水流動(dòng)力。RO產(chǎn)水進(jìn)人EDI裝置進(jìn)行深度脫鹽，EDI裝置是采用一種離子選擇性膜和離子交換樹脂夾在直流電流下陰/陽(yáng)兩極之間，在兩極間的直流電源電場(chǎng)從RO脫鹽處理過(guò)的水中進(jìn)一步去除離子。EDI裝置是通過(guò)水電離成H+和OH-使失效的陰陽(yáng)離子交換樹脂分別再生，電再生沒有酸、堿化學(xué)再生時(shí)廢酸、廢堿的排放，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，只消耗少量的電能，使用方便，費(fèi)用低廉。終端水箱儲(chǔ)存足夠的生產(chǎn)用純化水，純化水泵為后續(xù)設(shè)備和循環(huán)管路提供水流動(dòng)力，純化水經(jīng)過(guò)紫外線殺菌后進(jìn)人微孔過(guò)濾器將紫外線殺死的細(xì)菌尸體全部截留住。板式換熱器是為了對(duì)終端水箱和循環(huán)管路進(jìn)行定期80~85℃巴氏高溫殺菌。
3.2主要處理單元與設(shè)計(jì)參數(shù)
3.2.1 預(yù)處理部分
原水箱容積為2m3。原水增壓泵采用不銹鋼泵，流量為6.5m3/h，揚(yáng)程為32.5m，功率為1.85kW?；钚蕴窟^(guò)濾器采用中600mmx1850mm的玻璃鋼過(guò)濾器，內(nèi)裝果殼活性炭，運(yùn)行流速為20~25m3/h，產(chǎn)水量為6.5m3/h。離子交換軟化過(guò)濾器采用山600mmx1850mm的玻璃鋼過(guò)濾器， 陽(yáng)樹脂采用英國(guó)漂萊特C-100E，運(yùn)行流速為20~25m/h，產(chǎn)水量為6.5m3/h。保安過(guò)濾器的過(guò)濾精度為5m，產(chǎn)水量為6.5m3/h。加阻垢劑裝置中阻垢分散劑PTP-0100的投加量為3mg/L， 每次加1030mL阻垢劑標(biāo)準(zhǔn)液配置100L水，調(diào)至計(jì)量泵40%的輸出比例。
3.2.2 RO脫鹽裝置
反滲透裝置主要由反滲透膜、壓力容器、高壓泵、流量計(jì)、壓力表、電導(dǎo)率儀、閥門管件等組成。高壓泵采用國(guó)產(chǎn)立式多級(jí)不銹鋼離心泵，流量為6.5m3/h，揚(yáng)程為124m，功率為4.0kW。
透膜的水通量，綜合考慮最大和最小給水流量，考慮水溫因素結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，選用反滲透膜元件型號(hào)為ESPA 2-4040，數(shù)量為20支，壓力容器數(shù)量為5支(4芯裝膜殼)，采用3：2兩段的排列方式進(jìn)水，操作壓力為1.3MPa左右，產(chǎn)水量為5m3/h， 24h連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)回收率可達(dá)到78%左右。采用聚酰胺復(fù)合膜性能參數(shù)：最大運(yùn)行壓力為4.14MPa， 最大進(jìn)水SDI為5.0，最大壓損為0.04MPa，進(jìn)水pH值范圍為1~12，最高進(jìn)水溫度為45℃。
3.2.3EDI深度脫鹽裝置
EDI裝置主要由EDI模塊、流量計(jì)、壓力表、電導(dǎo)率儀、閥門管件等組成。EDI裝置前設(shè)置5m不銹鋼水箱，中間供水泵流量為5.5m3/h，揚(yáng)程為28m，功率為1.1kW。運(yùn)行期間對(duì)反滲透產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行分析：pH值為7.0~8.0，p(TO C) <0.5mg/L，硬度<1.0mg/L，p(余氯) <0.05mg/L，SDI<1.0，RO產(chǎn)水電導(dǎo)率為5~20uS/cm，滿足EDI進(jìn)水要求。本系統(tǒng)采用2臺(tái)EDI模塊并聯(lián)運(yùn)行，EDI的濃水回流至原水箱。由于各車間用水點(diǎn)不是連續(xù)24h用水，且20個(gè)用水點(diǎn)不是同時(shí)使用，故設(shè)計(jì)2臺(tái)EDI模塊的總產(chǎn)水量為5.0m/h，24h連續(xù)運(yùn)行。EDI膜塊工作參數(shù)如表3所示。
3.2.4終端系統(tǒng)
終端水箱容積設(shè)計(jì)為半小時(shí)的峰值用水量即10m3。采用SUS316L材質(zhì)， 水箱上安裝聚四氟乙烯疏水性空氣過(guò)濾器，防止大氣中塵埃顆粒和細(xì)菌進(jìn)人水箱。為滿足峰值用水量，終端水泵流量為20m3/h，揚(yáng)程為38m，功率為4.0kW。紫外線殺菌器產(chǎn)水量為20m3/h，筒體材質(zhì)為316L。微孔過(guò)濾器產(chǎn)水量為20m3/h，筒體材質(zhì)為316L。
3.2.5控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC) 和觸摸屏(人機(jī)界面)控制，既可自動(dòng)控制也可隨時(shí)切換到手動(dòng)狀態(tài)。利用PLC控制各水箱的液位，水泵及各裝置的工作狀態(tài)。系統(tǒng)可在線監(jiān)測(cè)一級(jí)RO出水電導(dǎo)率、EDI產(chǎn)水電導(dǎo)率、終端水箱出水電導(dǎo)率、循環(huán)回水的電導(dǎo)率、回水TOC。人機(jī)界面可顯示工藝流程參數(shù)以及控制對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)，可對(duì)參數(shù)越線和故障進(jìn)行報(bào)警。
高壓泵前后設(shè)高低壓控制。一級(jí)RO設(shè)有自動(dòng)沖洗閥，在開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)自動(dòng)打開沖洗閥對(duì)RO膜元件自動(dòng)沖洗，可避免濃水中的高濃度鹽類在反滲透膜表面沉積結(jié)垢面影響膜的性能。EDI產(chǎn)水設(shè)有不合格水排放閥，禁止不達(dá)標(biāo)純水進(jìn)人終端系統(tǒng)。泵與水箱液位聯(lián)動(dòng)，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。
4系統(tǒng)運(yùn)行效果
4.1系統(tǒng)運(yùn)行情況
活性炭過(guò)濾器通過(guò)多路閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反洗和正洗，1~2d進(jìn)行1次反洗和正洗，反洗和正洗時(shí)間分別為10min和15min。離子交換軟化器產(chǎn)水量每到達(dá)91m³時(shí)，多路閥控制器自動(dòng)對(duì)軟化器進(jìn)行反洗、吸鹽再生、慢沖洗和正洗。RO裝置通過(guò)PLC控制RO膜的開機(jī)沖洗和關(guān)機(jī)沖洗各1次。當(dāng)發(fā)現(xiàn)RO膜脫鹽率和產(chǎn)水性能下降時(shí)對(duì)RO膜進(jìn)行1次酸-堿-酸藥洗。EDI裝置產(chǎn)水量和產(chǎn)水電導(dǎo)率下降時(shí)通過(guò)加大電流對(duì)EDI模塊進(jìn)行再生。中間水箱、終端水箱和循環(huán)管路定期進(jìn)行化學(xué)清洗和巴氏高溫殺菌。由于本系統(tǒng)以PLC和觸摸屏為中心的控制系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定。
系統(tǒng)處理效果
系統(tǒng)設(shè)備自2016年投產(chǎn)以來(lái)，實(shí)際產(chǎn)水量和電導(dǎo)率達(dá)到設(shè)計(jì)值，EDI產(chǎn)水量可達(dá)5.0m3/h，EDI出水電導(dǎo)率為0.46~0.50uS/cm，循環(huán)回水電導(dǎo)小于1.3uS/cm，一級(jí)反滲透裝置的回收率為78%，EDI裝置的回收率為90%。RO和EDI的脫鹽率能達(dá)到97%。
除反滲透膜藥洗和EDI再生，更換濾芯、濾料和紫外線燈管外，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，產(chǎn)水水質(zhì)合格，如表4所示。
5系統(tǒng)投資及運(yùn)行成本
湖南歐亞生物制藥純水設(shè)備系統(tǒng)處理成本為3.99元/m³，電費(fèi)2.18元/m³，人工費(fèi)1.17元/m³，化學(xué)藥劑費(fèi)用0.64元/m³.
湖南歐亞生物制藥20T/H一級(jí)RO+EDI現(xiàn)場(chǎng)圖
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