雜銅冶煉廠超純水管路系統的設計

周亮亮， 周麗娜

(1.中國瑞林工程技術有限公司， 江西 南昌 330031；2.江西環境工程職業學院， 江西 贛州 341000)

雜銅冶煉廠超純水管路系統的設計

周亮亮1， 周麗娜2

(1.中國瑞林工程技術有限公司， 江西 南昌 330031；2.江西環境工程職業學院， 江西 贛州 341000)

介紹了廣西某雜銅冶煉廠超純水管路系統的設計原則和特點，探討了超純水設備和管路系統的配置形式，對于管路系統在設計、施工和使用過程中容易產生的問題提出了解決方法和建議。

雜銅冶煉廠； 超純水； 管路系統； 設計； 配置

0 引言

隨著人們對高質量產品的追求以及對環保問題的重視，各種精密高端的檢測設備逐漸被采用，如原子吸收光譜儀、ICP光譜儀、液相色譜儀和離子色譜儀等。這些精密高端檢測設備通常需要用高質量的超純水以滿足常量、微量和痕量儀器分析要求。傳統的采用電加熱蒸餾法或陰陽離子交換法制得的純水已不能完全滿足光譜分析的要求，目前需要采用新型的純水制備工藝方法。超純水機采用反滲透技術制取高質量的超純水廣泛應用于各行業中，除超純水制備系統外，超純水管路系統也是保證高質量水質的一個重要因素，因此超純水管路系統的設計十分重要。

本文以廣西某雜銅冶煉廠超純水管路系統的設計為例，探討超純水管路系統的設計原則和特點，為雜銅冶煉行業超純水管路工程的設計提供參考。

1 超純水制備系統

超純水的制備過程主要有：

(1)源水供應。通常采用自來水、蒸餾水或去離子水作為源水。

(2)機械過濾。通過砂芯濾板或纖維柱除去源水中的機械雜質，如鐵銹等。

(3)活性炭吸附?；钚蕴靠晌剿械挠嗦?、細菌和某些過渡金屬等。水中的氯會損害后續過程中的反滲透膜，因此在反滲透之前應先除去?；钚蕴吭谖竭^程中會有少部分顆粒脫落污染水質，因此只適用于超純水制備的前期過程。

(4)反滲透過濾。反滲透過濾可除去水中95%以上的電解質和大分子化合物，包括溶膠微粒和病毒等。由于大部分的雜質被除去，使得后續的離子交換柱的使用壽命大大延長[1]。反滲透的優點是能耗低，產出水的電阻率比源水升高約10倍，缺點是容易堵塞而且價格較高。超純水制備的核心處理過程是反滲透過濾，反滲透過濾已廣泛應用于純水制備行業，早期采用的反滲透膜主要是醋酸纖維膜，但其使用條件非?？量?，現在普遍采用的是復合膜[2]。

(5)紫外線照射。波長λ為180～254 nm的短波紫外線照射分解水中的小分子有機物，如甲醇、乙醇等，使其轉變成小分子化合物CO2和H2O。紫外線照射可以有效抑制細菌的繁殖并殺死細菌，具有速度快、效率高的特點[1]。

(6)離子交換。離子交換過程是樹脂間可游離交換的離子和水中同性離子間的互換。常用的離子交換器有兩種組合方式，分別是復床式和混床式。復床式按陽床—陰床—陽床—陰床—混合床的方式連接并生產去離子水，復床方式便于樹脂的再生?；齑彩娇煽闯捎稍S多陰陽離子交換樹脂交錯排列而組成的多級復床，混床方式去離子效果很好，出水電阻率可大于10 MΩ·cm(25 ℃)，若采用二級或三級混床串聯，則電阻率大于16 MΩ·cm(25 ℃)，缺點是樹脂再生不方便[1]。

(7)超濾過濾。超濾過濾是水在壓力的作用下通過濾膜，水中的雜質被濾膜截留而除去的過程。超濾過濾對除去水中的微粒、溶膠、細菌、熱源、蛋白酶等有較好的效果，但缺點是不能截留除去無機離子，采用超濾的方法需定期消毒，定時沖洗濾膜。

超純水制備系統的源水經過以上處理過程得到的超純水水質純度高且穩定。超純水制備系統是保證純水水質的充分條件，而超純水管路系統是保證純水水質的必要條件。

2 超純水管路系統的設計原則

2.1 超純水管路系統的設計原則

雜銅冶煉廠超純水管路系統應嚴格按照相關的國家標準、行業規范設計并結合成熟經驗進行配置和施工。

(1)超純水制備系統建議配置在檢測室的頂層樓面上并盡量布置在一間單獨的房間內，室內考慮通風換氣，地面考慮地漏和防滲措施。制得的超純水通過管路送往各樓層用水點，管路中多余的存水循環返回至源水桶作為源水。

(2)超純水制備系統的源水建議采用水質盡可能高并容易供給的水，為保證源水的高水質，可采用廠區純水制備站或軟化水站的出水作為源水。為保證源水的穩定供給，配置至少一個源水桶作為源水的臨時存儲。

(3)超純水制備系統的出水建議采用至少一個超純水桶作為出水的臨時存儲，為保證出水水質的高要求，超純水桶的材質應選用不污染水質的材料制作。

(4)超純水管路系統的輸送主管和輸送支管建議布置在樓層以下約100 mm位置，采用吊架懸吊和管卡固定，吊架和管卡安裝間距不大于1 m。

(5)超純水管路系統的配置方式通常有樹形管路配置和蛇形管路配置兩種方式。樹形管路配置方式是在主輸送管上接出多根支管并由支管將超純水連接至各用水點。樹形配置的管路相對集中，便于施工和檢修。蛇形管路配置方式是采用單根輸送管路依次連接至各用水點。蛇形配置的管路具有單一、管路阻力小的特點。

(6)超純水輸送管管材的選擇非常重要，既要滿足水質的高要求，又要保證施工的便利和經濟合理。超純水輸送管常用的管材主要有PVC、CPVC、SGP、SGP(RL)、SUS304、SUS316、UPVC和PVDF等[3]，其中PVDF材質管路使用性能比較好，基本無離子析出物，非常符合超純水管路的選材，但缺點是價格昂貴，超過10萬元/t[4]。在超純水管路系統的施工過程中，既要滿足管路系統的密閉要求，又要提高施工人員的潔凈意識，避免因施工不當對管路造成污染，引發水質質量事故。

(7)超純水制備系統的使用壽命與源水水質、日常維護等有緊密的聯系。源水的水質差并且日常不注意清洗，會嚴重縮短超純水制備系統的使用期。與水介質長時間接觸的源水桶、反滲透膜表面容易產生菌膜，從而產生設備運轉異常、濾膜阻塞、系統漏水等問題。為防止菌膜的產生，應定期對反滲透膜進行消毒、更換并清洗源水桶。

(8)超純水制備系統能力大小的選取應依據用水量確定，一般遵循“兩倍關系”的原則。如果用水量為200 L/d，則建議選用一臺能力為100 L/h的超純水機。如果系統的能力過小，耗材會消耗很快，而能力過大則造成浪費。

(9)為保證超純水水質的穩定，建議對超純水管路系統的水質進行實時在線監測。

廣西某雜銅冶煉廠檢測室是一幢單獨的三層雙面建筑物，超純水制備系統集中配置在檢測室頂層樓面的純水制備室內，制得的超純水采用UPVC管路并按樹形管路循環配置方式輸送至各用水點。

2.2 雜銅冶煉廠超純水管路系統設計實例

2.2.1 超純水管路系統流程

廣西某雜銅冶煉廠的規模為年產30萬t陰極銅，為與其產能相配套設置了一個檢測室并選用一臺產水能力為100 L/h的超純水機。從廠區軟化水站送來的源水送入源水桶臨時存儲，存儲的源水由進水泵送往超純水主機制水，制得的超純水進入超純水桶并在輸送泵的作用下通過UPVC輸送管送往各用水點(共16個)，部分未用盡的存水返回至源水桶內作為超存水制備用的源水。為方便超純水的取用，在超純水桶上留有一個人工取水口，超純水管路系統簡圖見圖1。

圖1 超純水管路系統簡圖

源水水質：pH值(25 ℃)7～8、電導率(25 ℃)0.1～0.2 mS/m，進水量不小于500 L/h。經過超純水主機制備后的出水電導率達到0.005 mS/m(25 ℃)，滿足GB/T 6682—2008《分析實驗室用水規格和試驗方法》中一級水的水質要求。分析實驗室的用水規格見表1[5]。

表1 分析實驗室用水規格

2.2.2 超純水管路系統材料統計

超純水管路系統主要由輸送管道(包括輸送主管、輸送支管)、截止閥、吊架和管卡等組成，超純水管路系統材料統計見表2。

表2 超純水管路系統材料統計

3 超純水機與電熱蒸餾水器性能比較

以往采用電熱蒸餾法制備的純水只能滿足GB/T 6682—2008《分析實驗室用水規格和試驗方法》中三級水的水質要求，如果要得到更高級別的純水必須采用多次蒸餾的方法。而采用超純水機制備純水可根據制備過程和選用耗材的不同制取各個級別的純水。超純水機與電熱蒸餾水器相比具有產水水質高、節能、節水，方便使用等特點。超純水機與電熱蒸餾水器性能比較見表3。

4 建議

有色冶煉行業需要使用超純水的檢測設備越來越多，制備出符合國標要求的超純水已成為提高分析質量的關鍵，超純水管路系統也相應地越來越重要。對于超純水管路系統的設計，提出以下建議：

表3 超純水機與電熱蒸餾水器性能比較

(1)已建設并存在問題的超純水管路系統，應盡量按照相應的國標及規范要求進行檢查和完善。

(2)正在建設和未建設的超純水管路系統，應按照相應的國標及規范要求進行設計和建設。

[1]田小萌.水的純化與超純水的制備[J].云南環境科學,2005,(2):27-28.

[2]聞瑞梅,巖堀博,桂常敦,等.反滲透膜在超純水生產中的應用[J].微電子學,1996,(4):271.

[3]吳純傲.超純水系統工藝及其施工[J].安裝,2003,(4):24.

[4]顏德巋,鄭維桂.超純水處理輸送過程用的潔凈型PVC管道[J].工業水處理,2007,(1):90.

[5]GB/T 6682—2008,分析實驗室用水規格和試驗方法[S].

Designofultrapurewaterpipingsysteminscrapcoppersmeltingfactory

ZHOU Liang-liang, ZHOU Li-na

The design principles and characteristics of ultra pure water piping system of a scrap copper smelting factory in Guangxi was introduced, the configuration of ultra pure water equipment and piping system were discussed, and the reasonable solutions and suggestions for the problems of piping system existed in the design, construction and use process were put forward.

scrap copper smelting factory; ultra pure water; piping system; design; configuration

周亮亮(1982—)，男，江西南昌人，工程師，碩士學位，主要從事有色冶金行業的設計工作

TF811； TF085

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