水处理设计计算手册(超滤反渗透).doc

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1、水处理技术手册(内部资料，务需外传)编辑： 审核：* 水务有限公司贰零二一年一月.目 录一.常用管道的允许流速3二.流速、流量与管道直径的关系3三.原水箱设计规则3四.管道与流量的关系参考数据表4五.管道内外径的关系4六.原水泵设计规则4七.絮凝剂、助凝剂加药设计规则（可参照exsell表格）5八.机械过滤器设计规则5九.活性炭过滤器设计参数6十.反洗水泵设计规则7十一. 罗茨鼓风机的选择7十二. 5um精密过滤器的参考数据7十三. 阻垢加药的设计8十四. 反渗透系统的设计8十五. 反渗透清洗系统的选择8十六. 中间水箱的有效容量设计规则9十七. 鼓风填料式除碳器的设计9十八. 混床的运行设计

2、及再生工艺过程技术数据11十九. 混床再生周期及耗酸碱量的计算12二十. 各类交换床常用运行流速13二十一.树脂再生周期及耗盐量的计算14二十二.过滤器滤料填充计算公式及参考数据14二十三.无油空压机的选择17二十四.换热器的设计原理17二十五.超滤系统17二十六.EDI装置18一. 常用管道的允许流速介质管道种类允许流速（M/S）盐溶液污水浓酸压力管12.40.90.51稀酸12浓碱液0.51稀碱液12离心泵进水管0.51水离心泵出水管及压力水管23虹吸管0.81二. 流速、流量与管道直径的关系Q = (D2)2 V3600Q流量(单位：m3/h)D管道直径(单位：m)V水流速(单位：m/s

3、)3600单位换算系数(单位：s/h)三. 原水箱设计规则1. 预处理采用全自动表头出力为 1 吨及 1 吨以下系统可按预处理每小时处理量的 80100； 出力为 1 吨以上系统可按预处理每小时处理量的 5080；2. 预处理不采用全自动表头，且反冲从原水箱抽水; 原水箱可按照预处理每小时处理量 12 倍选型；3. 预处理不采用全自动表头，且反冲不从原水箱抽水; 原水箱可按照预处理每小时处理量的 50100；4. 对于大型设备，修筑原水池时，原水池的容量一般按原水 2 个小时处理量来选择。QD0.511.522.533.5150.30.641.01.271.591.912.2四. 管道与流量的

4、关系参考数据表VD=mmV=m/sQ=T/ H42.5200.61.131.72.262.833.394.04.5250.91.772.63.534.425.306.27.1321.42.894.35.797.248.6810.111.6402.34.526.89.0411.3113.5615.818.1503.57.0710.614.1317.6721.2024.728.3656.011.9417.923.8829.8635.8241.847.8809.018.0927.136.1745.2454.2663.372.310014.128.2642.456.5270.6984.7898.911

5、3.012522.144.1666.288.31110.45132.47154.5176.615031.863.5995.4127.17159.04190.76222.5254.320056.5113.04169.6226.08282.74339.12395.6452.222571.5143.07214.6286.13357.85429.20500.7572.325088.3176.63264.9353.25441.79529.88618.2706.5300127.2254.34381.5508.68635.9763.02890.21017.4350173.1346.2519.3692.486

6、5.51038.61211.61384.7400226.1452.2678.2904.31130.41356.51582.61808.6五. 管道内外径的关系管材通经英寸值PVC管外径不锈钢外径管材通经英寸值PVC管外径不锈钢外径DN151/22018DN1004110108DN203/42525DN1255140133DN2513232DN1506160159DN321+1/44038DN2008200219DN401+1/25045DN25010250273DN5026357DN30012315325DN652+1/27576DN35014355377DN8039089DN40016400

7、425六. 原水泵设计规则1. 如果客户使用原水箱原水泵扬程范围为：30 50 m；流量就高不就低；超出量不超过 20；2. 如果客户不使用原水箱若原水供水水压满足 35kg 的压力可不设原水加压泵；若原水供水水压低于 2kg 则必须设置加压泵，使后续设备的供水压力达到 35kg；3. 泵的操作台数：在不设变频器的情况下，需要连续运行的水泵一般一用一备，但供水量超过150T/H 以上时，可设两用一备或三用一备，尤其在作电厂项目时，一定要考虑备用；七. 絮凝剂、助凝剂加药设计规则（可参照exsell 表格）1.常用絮凝剂有：硫酸铝、聚合氯化铝(PAC)、硫酸亚铁、氯化铁、聚合铁(PFS)。在目前

8、的水处理设计中，各种混凝剂的加药量可参考数据如下：硫酸亚铁 40100mg/L; 三氯化铁 2560mg/L； 硫酸铝 3580 mg/L；聚合铝 510 mg/L。实际运行中还要进行混凝试验后予以确认。常用助凝剂有：用于调节 PH 值的石灰(CaO)或纯碱(Na2CO3)；作为氧化剂的氯(Cl2)或漂白粉(CaOCl2)；作为絮凝物加固剂的水玻璃(Na2OxSiO2yH2O)；用作高分子吸附剂的聚丙烯酰氨(PAM)等。一般来说，阳离子型适用于 PH 较低的水质，阴离子型适用于 PH 较高的水质，非离子型受 PH 影响很小；PAM 有一定的毒性，饮用水中单体丙烯酰胺的最高允许浓度为0.25ug

9、/L；它不能提高除铁和除有机物的效果。电厂项目中，通常选用聚丙烯酰氨(PAM)作助凝剂，其加药浓度为 13ppm，配比浓度为 0.1%-0.5%。实际运行中还要进行混凝试验后予以确认。直流混凝单层滤料610八. 机械过滤器设计规则A过滤器的滤速过滤器的形式滤速（m/h） 混凝澄清正常滤速强制滤速细砂过滤68单流8101014双流1518双层滤料10141418三层滤料18202025B过滤器滤料级配及反洗强度表无烟煤0.81.570010重单层滤料石英砂0.51.270015力大理石0.51.270015式双普通快无烟煤0.81.8400500滤层滤池石英砂0.51.2400500池滤料接触滤

10、池无烟煤石英砂1.21.80.51.0400600400600压细砂过滤石英砂0.30.560080010122733滤双层滤料石英砂0.51.2800器无烟煤0.81.8400项目过滤器型式种类滤料粒径 mm反洗强度 L/M2.S层高 mm水反洗空气擦洗空气水1316101515171010力式单层滤料石英砂无烟煤0.51.2 12000.51.2 120012151012201013161015810注：1 表中所列为反洗水温 20 度的数据，水温每增减 1 度，反洗强度相应增减 1%。2 反洗时间根据过滤器（池）的形式和预处理方式而定，一般510min。3 重力式过滤器是水流对大气敞开，

11、它流经滤料是靠其自身重力来完成的；4 压力式过滤器是水流在压力作用下，流经装在压力容器内的滤料，并以比进水压力稍低的压力流出压力容器。C 过滤器的罐体直径计算公式：R = SQR Q / ( V ) SQR开平方R过滤器半径（单位：m）Q设备处理水量（单位：m3/h）V-设计流速（单位：m/h，通常按 V=8m/h 计算） 九.活性炭过滤器设计参数活性炭床的水流速度 v515m/h，一般不大于 15m/h； 活性炭床的层高 H10002000mm，一般不低于 1000mm；滤料：当处理饮用水时多采用木质碳，如椰壳碳、桔壳碳、山核桃碳等；当处理工业水时多采用煤质碳，粒径一般为 23mm；反洗方式

12、：采用空气和水联合反洗，反洗强度为 0.5m3/(.S),反洗时间为 10 15min（或反洗流速 2030m/h，反洗时间 410min，36d 反洗一次），滤层膨胀率为 3050）。使用寿命一般为 23 年，饱和碳去再生或更换，目前有的厂每年更换 50。罐体直径计算公式同机械过滤器的计算公式。十. 反洗水泵设计规则反冲水泵的流量的确定主要需考虑过滤器截面积和反洗强度两个因素，原则上在没有空气擦洗时，流量较大，若设置了罗茨风机进行空气擦洗，则反洗流量会缩小 1/3,具体计算公式如下：Q = KS3.6Q流量(单位：m3/h)K滤料的反洗强度（单位：L/m2s）S罐体截面积(单位：m2)3.6

13、比例常数(单位：s/hm3/L)反洗时间一般为 510min。反洗水泵的台数一般的情况下，一台即可，但是在罐体数量较多、反洗频率又大时， 建议备用一台。十一.罗茨鼓风机的选择罗茨鼓风机的选择主要取决于排出压力及风量。过滤器的气洗压力一般为 5070Kpa;气洗强度参照滤料的反洗强度。风量的计算公式为：Q = KS10-360Q流量(单位：m3/min)K反洗强度(单位：L/m2s)(参见表一)S罐体截面积(单位：m2)60单位换算系数(单位：s/min)10-3单位换算系数(单位：m3/L)十二.5um 精密过滤器的参考数据1. 250mm 长滤芯2. 500mm 长滤芯3. 1000mm 长

14、滤芯每根滤芯可过 0.5 吨/小时； 每根滤芯可过 1.0 吨/小时； 每根滤芯可过 1.5-2 吨/小时。十三.阻垢加药的设计清力公司的阻垢剂 PTP-0100，加药量一般为 2-4ppm，可根据原水水质报告，在设计软件上计算出加药量，实际添加量一般在设计值上加 0.5-1ppm。可按下公式计算加药箱中应加入浓缩液的体积：U = ( QaV ) ( 81000U应加入浓缩液的体积(单位：L)Q反渗透给水流量，(单位：m3/h)a加药剂量(单位：ppm，g/T)V加药箱有效容积(单位：L)X )浓-阻垢剂浓缩液密度(单位：Kg/L)( =1.45， =1.08)浓标X加药计量泵实际工作出力(单

15、位：L/h)1000单位换算系数(单位：g/Kg)8浓缩倍数十四.反渗透系统的设计反渗透系统因为投资较高，一般不考虑备用， 但是针对 50T/H 以上的系统一般设计为 23 套独立的装置，出水总量满足供水即可。系统的回收率为 75，脱盐率按选用膜元件的性能确定，浓水原则上应该无压力排放，但为了降低运行费用，我司建议将浓水收集至反洗水箱，用来反洗机械过滤器，反洗水箱容量的确定看具体系统的大小，满足过滤器的 1-2 次用量即可。膜元件的选择以膜供应厂家提供的选型原则为准，在进行软件模拟后确定。高压泵的选择要考虑 3 年后的增压，故要在软件模拟数据之上加 23kg。十五.反渗透清洗系统的选择1. 清

16、洗泵的选择清洗泵的大小根据下表的流量和压力再加上管路和滤芯的压力损失来选择，水泵的材质必须是 316 不锈钢或非金属聚酯复合材料。清洗压力元件直径(in)每支压力容器的流量值在高流量循环期间每支压力容器推荐清洗流量psigbargpmm3/h20601.54.02.5350.71.220601.54.048101.82.320601.54.0616203.64.520601.54.0830406.09.120601.54.0835458.010.22. 清洗药箱的选择混合循环清洗水箱可以是聚丙烯或玻璃钢(FRP)，清洗水箱应有盖子和温度表计，提高清洗温度有利于提高清洗效率。一个确定清洗箱大小的

17、大致原则是将空的压力容器的体积加上清洗液循环管路的体积而得。3. 清洗过滤器的选择清洗系统的过滤器安装在清洗水泵的出口，为一次性使用，使用周期为 34 个月， 故清洗过滤器的出水量可比正常出水量高 23 倍，单支过滤芯的出水量可比保安过滤器的滤芯出水量增加一倍，过滤器的规格按装填滤芯数量选择。滤芯出水量选型表格如下：250mm 长滤芯500mm 长滤芯1000mm 长滤芯每根滤芯可过水 1 吨/小时； 每根滤芯可过水 2 吨/小时； 每根滤芯可过水 4 吨/小时。十六.中间水箱的有效容量设计规则对单元制系统，应为每套水处理设备出力的 25min 贮水量，且最小不应少于 2M3； 对于母管制系统

18、，总有效容量应为水处理设备出力的 1530min 的贮水量。十七.鼓风填料式除碳器的设计A 鼓风填料式除碳器的直径根据设计处理水量由下表确定：设备直径 mm处理水量 m3/h空气耗量 m3/h60016.833650480030.0600900100046.89361404110056.411281692125073.214642196140091.8183627541600120.0240036001800151.8303645542000187.2374456162200226.8453668042500293.4586888022800367.87356110343200480.6961

19、214418技术条件淋水密度：60 m3/m2.h；填料：D25*25*3mm 拉希瓷环； 进水碳酸硬度：7.5mmol/L；出水残余 CO25mg/L； 汽水比：2030 m3/ m32.502.50401.602.002.002.002.502.50注：上表仅供参考，选型时要看供货厂家提供的数据及选择的填料而定。B 鼓风填料式除碳器的填料高度的确定因为水温会影响二氧化碳在水中溶解度（见下表），所以应根据除碳器直径按设计处理水温及进水中二氧化碳量按下表确定填料层高度。不同温度时二氧化碳的溶解度（0.1Mpa）051015202530354045503347277423191971168914

20、5012501106974862762鼓风填料式除碳器填料高度水温CO2溶解度g/ m3进水温度67114进水中 CO2 含量 mg/L 165222287填料层高度 m360443152.503.154.004.00203.154.004.00252.002.503.153.1530351.602.002.503.153.15十八.混床的运行设计及再生工艺过程技术数据流速：一级混床的设计运行流速为 4060m/H，二级混床的设计运行流速为 6080 m/H； 填料：常规情况下树脂装填高度为 0017MB600mm，2017MB1200mm；再生工艺过程技术数据：操作步骤小反洗工艺参数流速 m

21、/h 时间 min两步法10151520同时法10151520再生对流情况终点硬度0umol/LHsiO 50ug/L3硬度0umol/LHsiO 50ug/L3混脂正洗3流速 m/h4060运行终点指标硬度0umol/LHsiO 20/L3电导率0.2us/cm再生工艺过程技术数据终点树脂分层明显树脂分层明显阳树脂进酸流速m/h进酸浓度 用酸量kg523523再生顶压水流速m/h时间 min5视进酸情况定阴树脂进碱流速m/h进碱浓度 用碱量kg511.5511.5再生托碱水流速m/h时间 min5视进碱情况定顶压水流速m/h55托碱水流速m/h55风压 Mpa时间 min 风量 m3/m2.

22、min终点0.10.5352.3混脂均匀0.10.5352.3混脂均匀流速 m/h10151015时间 min510510终点HsiO 20/L电导率0.2us/cm注： 混床用酸碱量见下表再生剂耗量 kg/m3（树脂）出水电导率 us/cm混床再生比耗与出水质量关系H SOHCLNaOH型树脂型树脂232431981620.070.10162132810.1670.25130106490.250.4011392320.340.40十九.混床再生周期及耗酸碱量的计算1. 阳离子交换的再生周期计算公式为：h= ( EV) ( PQ )阳阳阳阳h阳树脂再生周期（单位：h）阳E-阳树脂工作交换容量（

23、mol/L）（约为 1mol/L）阳V阳树脂量（L）阳P处理水中阳离子的含量（mol/L）阳Q处理水流量（m3/h）2. 阴离子交换的再生周期计算公式为：h= ( EV) ( NQ )阴阴阴阴h阴离子再生周期（单位：h）阴E-阴树脂工作交换容量（mol/L）（约为 0.5mol/L）阴V阴树脂量（L）阴2N-处理水中阴离子和 CO 的含量总和（mol/L）阴Q处理水流量（m3/h）阴阳树脂的再生周期短的为混床的再生周期。直径为 800mm-1200mm 的混床，阴阳树脂的装填高度为 800mm、400mm； 直径为 1500mm-3200mm 的混床，阴阳树脂的装填高度为 1200mm、600

24、mm。3. 再生阳树脂一次消耗盐酸溶液量的计算公式：mHCl = E 阳V 阳MnHCl30%mHCl-再生一次的消耗 HCl 的量（g）E 阳-阳树脂工作交换容量（mol/L）（约为 1mol/L）V 阳阳树脂量（L）M-摩尔当量(g/mol)(HCl 摩尔当量是 36.5 g/mol)nHCl-HCl 的再生比耗（HCl 的再生比耗一般为 5）30%-HCl 的浓度按 30%计算4. 每年耗酸量的计算公式：年产阳mHCl= QPMnHCl30%24350年mHCl-一年(按 350 天计算)消耗 HCl 的量（单位：g）Q系统总产水量(单位：m3/h)产P处理水中阳离子的含量（mol/L）

25、阳5. 再生一次阴树脂消耗碱溶液量的计算公式：阴阴mNaOH = EVMnNaOH30%mNaOH-再生一次的消耗 NaOH 的量（单位：g）E-阴树脂工作交换容量（mol/L）（约为 0.5mol/L）阴V阴树脂量（L）阴M-摩尔当量(g/mol)(NaOH 摩尔当量是 40 g/mol) nNaOH-NaOH 的再生比耗（NaOH 的再生比耗一般为 6）30%-NaOH 的浓度按 30%计算6. 每年耗碱量的计算公式：mNaOH年 = Q 产N 阴MnNaOH30%24350mHCl年-一年(按 350 天计算)消耗 NaOH 的量（单位：g）Q 产系统总产水量(单位：m3/h)N 阴-处

26、理水中阴离子和 CO2 的含量总和（mol/L） 或可参照 excel 表格混床程式。二十.各类交换床常用运行流速交换床类型运行流速M/H备注钠离子交换床顺流床逆流床一级二级152040602030进水硬度7mmol/L进水硬度710mmol/LH 离子交换床浮床顺流床20401520原水含盐量150mg/lOH 离子交换床逆流床浮床 顺流床逆流床浮床弱酸交换床弱碱交换床001*7混床201*7203020401520203020401520152040604060原水含盐量80500mg/l二十一. 树脂再生周期及耗盐量的计算1. 再生周期的计算公式：h = ( EV ) ( HQ2 M)h

27、再生周期（h）E-树脂工作交换容量（mol/L）（约为 1mol/L）V树脂量（L）H-原水硬度（mg/L 或 g/m3）(以 CaCO3 计)Q处理水流量（m3/h）M-摩尔当量(g/mol)( CaCO3 的摩尔当量是 100 g/mol)2. 再生耗盐量的计算公式为：mNaCl = EVMnNaClm-再生一次时消耗 NaCl 的量（单位：g）E-树脂工作交换容量（mol/L）（约为 1mol/L）V树脂量（L）nNaCl-NaCl 的再生比耗（NaCl 的再生比耗一般为 2） M-摩尔当量(g/mol)( NaCl 的摩尔当量是 58.5 g/mol)二十二.过滤器滤料填充计算公式及参

28、考数据W = R23.14LW滤料填充量（单位：t）R过滤器半径(单位：m)L滤料层高(单位：m)堆积比重(单位：t/m3)巩义丁东水处理滤料厂提供的滤料的主要技术指标参考如下：1 活性炭的主要技术指标项目粒径长度强度碘值亚甲兰值半脱氯值水分测试数据0.4-3mm0.4-6mm80-95%700-1300mg/g100-150mg/g5cm3%项目真比重 堆比重 总孔容积比表面积PH 值灰份比热测试数据2-2.2g/cm3 0.35-0.55g/cm30.7-1 cm3/g 590-1500m2/g8-108-12%-1.00J/g.C2 核桃壳滤料取材于优质厚皮山核桃壳，适用于石油炼化企业的

29、水处理，具有硬度高、耐磨损、抗 压性好、吸附截污能力强等优点，可直接采用滤前反冲洗，对含油污水处理效果显著。主要技术指标检测项目测试数据检测项目测试数据油驱除率9096反洗强度25 m3/ m2.h悬浮物驱除率9598水冲洗压力0.32mpa滤速20-25m/h维护方式每年补充 5-10%密度1.26g/cm3堆密度0.85 g/cm3果壳滤料主要规格序号1234粒径（mm）0.5-0.80.8-1.251.2-1.61.6-2目数24-3516-2412-1610-123 无烟煤滤料采用山西优质白煤，外观光泽度好，机械强度高，化学性能稳定。在酸性、碱性、中性水中都不溶解。硫含量 S锌含量0.

30、050.04铜含量 Cu800.025其他重金属含量不超过国家饮用水标准理化指标：分析项目测试数据分析项目测试数据固定碳 C97孔隙率53磨损率0.35密度1.57g/cm3破碎率0.68堆密度0.947g/cm3盐酸可容率0.98不均匀系数K 24 石英砂滤料填料名称多面空心球阶梯环填料鲍尔环填料天然石英矿石加工精致而成，多棱角、截污能力强、化学性能稳定理化指标：分析项目测试数据分析项目测试数据SiO299莫氏硬度7.5 度破碎率0.35密度2.66g/cm3磨损率0.3堆密度1.5 g/cm3（实际经验数据）孔隙率45沸点2550 度盐酸可容率0.2熔点1480 度5磁铁矿滤料含铁量 40

31、52 的磁铁矿石精选加工而成，适应于大阻力配水系统，通常与无烟煤滤料、石英砂滤料配合使用，反冲洗时不易混层。理化指标：分析项目测试数据分析项目测试数据FeO245莫氏硬度6 度破碎率0.05密度4.6g/cm3磨损率0.04堆密度2.8 g/cm3孔隙率47不均匀系数1.86锰砂除铁滤料天然优质锰矿石加工而成，外观呈褐色，对地下水除铁除锰有独特效果。理化指标：分析项目测试数据分析项目测试数据MnO240含泥量3破碎率1.0密度3.6g/cm3磨损率1.0堆密度2.2 g/cm37 塔器用填料技术指标规格实际尺寸比表面积孔隙率堆积系数堆积重mm外径*高*厚 mmm2/m3m3/m3个/m3kg/

32、m325255000.818500021038383000.862500010050502200.9011500951616*8*1.23270.8843221061052525*12.5*1.22280.908150097.83838*38*1.4132.50.912720057.55050*25*1.5114.20.9271074054.87676*38*2.876.70.933014631616*16*1.21940.9111118401412525*25*1.21550.87535001013838*38*1.41120.8915800985050*50*1.573.20.901650

33、074.87676*76*2.6670.921972720二十三. 无油空压机的选择混床混脂时用压缩空气压力为 0.1-0.15 Mpa，进风强度为 2.3 m3/(m2.min)，再生一次所用压缩空气量为：Q = VSQ压缩空气风量(单位：m3/min)V压缩空气进风强度(单位：m3/m2min)S罐体截面积(单位：m2)选用的压缩空气储罐容量应满足一次所用空气量，无油空压机的出力满足 1020 分钟打满压缩空气储罐即可。注：系统中有较多气动执行器（气动阀）时， 可共用一套空压机，配备一套气动三联件，同时压缩空气储罐容量要满足最大用气量，要设有压力调节阀。二十四. 换热器的设计原理换热器的设

34、置是在系统的预处理中加热原水。原水为地下水，水温较低，尤其在冬天，地下水温一般为 15以下，水温较低，水的粘滞性大，水分子的游动性小，直接影响反渗透的产水量和运行压力，同时也不利于胶体物质的絮凝沉降；反之水温较高了会破坏反渗透膜元件的结构，降低膜元件的使用寿命， 絮凝反应、反渗透、混床及 EDI 装置等脱盐设备皆是在 25水温时运行状况最佳，故预处理的要保证进水水温在 25。一般的情况下选择板式换热器，出力满足预处理水量，型号规格按供应厂家的提供进行选择。二十五. 超滤系统此套系统处理精度介于微滤和反渗透之间，对于出水水质要求精度不高时，可采用超滤做主要处理设备；对于出水水质要求较高时，一般作

35、为反渗透的预处理。其处理情况于多介质过滤器和活性炭过滤器相比，出水水质好，占地面积小，造价成本差别较大。其膜元件的选择和性能，需参考供应厂家提供的数据，在此不进行详述。二十六. EDI 装置EDI（Eiecterodeionization）又称连续电除盐技术是国际上二十世纪九十年代逐渐兴起的新型纯水及超纯水处理技术，它科学的将电渗析技术和离子交换技术融为一体， 通过阴、阳离子膜对阴、阳离子的选择透过作用与离子交换树脂对水中离子交换的作用， 在电场的作用下实现水中离子的定向迁移，从而达到水的深度净化除盐，并通过水电解产生的氢离子和氢氧根离子对装填树脂进行连续再生，所以 EDI 整个制水过程不需酸碱化学药品再生而连续制取高品质超纯水。EDI 装置的选型和设计需根据供应厂家提供的数据进行选择，在此不进行详述。结束语：水处理系统的设计是一门较为专业的技术，对于工程公司经常用到的数据参考如上， 不作为永恒的设计数据，若有错误之处，敬请指教！此设计手册将在使用和技术进步过程中不断完善。