短流程超纯水制造系统

技术领域

本申请涉及超纯水提取技术领域，尤其是涉及一种短流程超纯水制造系统。

背景技术

目前市场上对超纯水的需求量较大，比如生物制药行业、微电子行业、化工试剂生产的试剂用水等；这些行业对超纯水水质要求很高，电导率要求低于1μS/cm,有些行业甚至要求低于0.05μS/cm。

现有的超纯水制造集成系统包括顺次连通的超滤单元-活性炭过滤单元-反渗透单元-膜脱气单元-电除盐单元-除硼单元-离子交换单元-紫外杀菌单元-离子树脂抛光单元等；整个工艺流程较长，任何一个单元出现问题都会影响整个工艺链条的运行，维护复杂。

因此，急需一种短流程超纯水制造系统，在一定程度上以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种短流程超纯水制造系统，在一定程度上以解决现有的工艺流程较长，维护复杂的技术问题。

本申请提供了一种短流程超纯水制造系统，包括中空纤维纳滤膜处理单元以及真空多效膜蒸馏处理单元；

所述中空纤维纳滤膜处理单元用于对原水进行纳滤处理；

所述中空纤维纳滤膜处理单元的出水端与所述真空多效膜蒸馏处理单元的进水端连通，所述真空多效膜蒸馏处理单元用于对纳滤处理后的水进行蒸馏处理以获取到超纯水。

在上述技术方案中，进一步地，所述中空纤维纳滤膜处理单元包括进水构件以及与所述进水构件连通的中空纤维纳滤膜组件；

所述进水构件能够将原水抽取至所述中空纤维纳滤膜组件内，所述中空纤维纳滤膜组件能够对原水纳滤处理。

在上述技术方案中，进一步地，所述中空纤维纳滤膜组件包括壳体、设置在所述壳体内的中空纤维纳滤膜丝以及与所述壳体连通的产水箱；

所述壳体具有原液进口、透过液出口以及截流液出口；

所述原液通过依次通过原液管路以及所述原液进口流入至所述壳体内，所述中空纤维纳滤膜丝用于对所述原液进行纳滤处理，并分离出透过液和截流液；

所述透过液依次通过所述透过液出口以及透过液管路流至所述产水箱，并通过所述产水箱流至所述真空多效膜蒸馏处理单元；所述截流液通过依次通过所述截流液出口和截流液管路流至浓水箱。

在上述技术方案中，进一步地，所述进水构件包括顺次连通的进水泵、循环水箱、循环水泵以及保安过滤器；

所述进水泵能够将所述原水提取至所述循环水箱内；

所述循环水箱能够存储所述原水；

所述循环水泵能够将所述循环水箱内的所述原水提取至所述过滤器内，所述过滤器对所述原水过滤，并通过所述原液进口输入至所述壳体内。

在上述技术方案中，进一步地，所述真空多效膜蒸馏处理单元包括热交换构件、n效膜蒸馏装置、冷交换构件以及与所述n效膜蒸馏装置连通中间水箱；

所述n效膜蒸馏装置具有进液口、浓液出液口以及产水口；

所述热交换构件设置于所述n效膜蒸馏装置上且靠近所述进液口，所述冷交换构件设置于所述n效膜蒸馏装置上且靠近所述产水口，经过所述n效膜蒸馏装置的膜蒸馏产生的(n-1)效的产水及第n效的水蒸气经过所述冷交换构件冷却形成的纯水通过所述产水口输送至所述纯水箱，然后经输送泵和管路输送至后处理单元之前的中间水箱；经过所述n效膜蒸馏装置的膜蒸馏产生的浓缩液体通过所述浓液出口导通至浓液存储箱，然后经输送泵送至所述浓水箱。

在上述技术方案中，进一步地，所述热交换构件包括顺次连通的热循环罐、热循环水泵以及加热换热器；所述加热换热器的另一端通过管道与外部热源相连；

所述热循环水泵能够将所述热循环罐内水输送至所述加热换热器内，所述加热换热器能够对来自所述热循环罐内的水加热并再次利用所述热循环水泵输回所述热循环罐；

所述热循环罐能够对所述n效膜蒸馏装置换热。

在上述技术方案中，进一步地，所述冷交换构件包括顺次连通的冷却循环罐、冷却循环水泵以及冷却换热器；所述冷却换热器的另一端通过管道与外部冷源相连；

所述冷却循环水泵能够将所述冷却循环罐内水输送至所述冷却换热器内，所述冷却换热器能够对来自所述冷却循环罐内的水冷却并再次利用所述冷却循环水泵输回所述冷却循环罐。

在上述技术方案中，进一步地，所述中空纤维纳滤膜单元还包括反冲洗构件；

所述反冲洗构件包括反冲洗泵；

所述反冲洗泵的一端通过管道与所述产水箱连通，且另一端通过管道与所述透过液管路连通；

所述反冲洗泵能够将所述产水箱内的透过液通过所述透过液出口反输送至所述中空纤维膜丝内，对所述中空纤维纳滤膜丝上的膜孔冲洗，冲洗形成的冲洗液通过所述截流液出口流至所述循环水箱内。

在上述技术方案中，进一步地，所述中空纤维纳滤膜单元还包括清洗构件，所述清洗构件包括相互连通的清洗水箱和清洗泵；

所述清洗泵通过管道与所述原液管路连通，所述清洗水箱通过管道与所述截流液管路连通；

所述清洗泵能够将所述清洗水箱内的清洗液依次通过所述管道、所述原液管路以及所述原液进口导入至所述壳体内，所述清洗液用于清洗所述中空纤维纳滤膜组件，清洗之后的清洗液通过所述管道流至所述清洗水箱。

在上述技术方案中，进一步地，还包括后处理单元；

所述后处理单元的进水端与所述中间水箱连通且另一端连通超纯水收集箱；

所述后处理单元包括UV杀菌模块、量子杀菌模块、反渗透模块、离子树脂模块、连续电除盐模块中的任意一种或两种模块。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的一种短流程超纯水制造系统，包括中空纤维纳滤膜处理单元以及真空多效膜蒸馏处理单元；

所述中空纤维纳滤膜处理单元用于对原水进行纳滤处理；

所述中空纤维纳滤膜处理单元的出水端与所述真空多效膜蒸馏处理单元的进水端连通，所述真空多效膜蒸馏处理单元用于对纳滤处理后的水进行蒸馏处理以获取到超纯水。

具体地，本申请提供的超纯水制造系统工艺流程短，整体结构简单，方便维护且成本低；超纯水的产水率较高，水质更好更稳定；减少固体危废和液体危废的排放量，更加环保节能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一中提供的超纯水制造系统的结构示意图；

图2为本申请实施例一中提供的超纯水制造系统中的中空纤维纳滤膜处理单元的结构示意图；

图3为本申请实施例二中提供的超纯水制造系统中的真空多效膜蒸馏处理单元的结构示意图。

图中：101-中空纤维纳滤膜处理单元；102-真空多效膜蒸馏处理单元；103-进水构件；104-中空纤维纳滤膜组件；105-壳体；106-中空纤维纳滤膜丝；107-产水箱；108-原液进口；109-透过液出口；110-截流液出口；111-原液管路；112-透过液管路；113-截流液管路；114-浓水箱；115-进水泵；116-循环水箱；117-循环水泵；118-过滤器；119-反冲洗泵；120-清洗构件；121-清洗水箱；122-清洗泵；123-反冲洗管路；124-热交换构件；125-n效膜蒸馏装置；126-冷交换构件；127-中间水箱；128-进液口；129-浓液出液口；130-产水口；131-热循环罐；132-热循环水泵；133-加热换热器；134-冷却循环罐；135-冷却循环水泵；136-冷却换热器；140-后处理单元；141-超纯水收集箱；142-原水箱；144-UV杀菌模块；145-离子树脂模块；146-浓液存储箱；147-纯水箱。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

目前市场上对超纯水的需求量很大，比如生物制药行业(注射用水、制药用水)、微电子行业(芯片制造、液晶显示器制造的清洗用水)、化工试剂生产的试剂用水等；这些行业对超纯水水质要求很高，电导率要求低于1μS/cm；考虑到目前超纯水制造集成设备其工艺流程长，维护复杂，一旦中间任何一个工艺单元出现问题都会影响整个工艺链条的运行，为了解决此问题；参见图1和图2所示，本申请提供了一种短流程超纯水制造系统，包括中空纤维纳滤膜处理单元101以及真空多效膜蒸馏处理单元102；

其中，所述中空纤维纳滤膜处理单元101用于对原水纳滤处理；所述中空纤维纳滤膜处理单元101的出水端与所述真空多效膜蒸馏处理单元102的进水端连通，所述真空多效膜蒸馏处理单元102用于对纳滤处理后的水进行蒸馏处理以获取到超纯水。

具体地，本申请中的中空纤维纳滤膜处理单元101可以替代传统超纯水制备工艺的超滤、活性炭、反渗透等工艺单元，第一方面，减少了超纯水制造系统中的工艺处理单元数量，使得整体结构简单，方便维护；第二方面，可以去除原水中的有机物、钙镁等多价态离子及重金属离子，为真空多效膜蒸馏处理单元102提供稳定和符合标准的进水条件，降低真空多效膜蒸馏处理单元102中膜蒸溜结垢和润湿风险，提高膜蒸馏制造超纯水的回收率(经过试验可知，超纯水的回收率，中试结果可达80％以上)；第三方面，由于中空纤维纳滤膜处理单元101替代了传统超纯水制备工艺中的活性炭处理单元，即不需要考虑活性炭废物的固废排放问题，更加环保。

具体地，本申请中的真空多效膜蒸馏处理单元102可替代传统超纯水制备工艺的反渗透、膜脱气、电除盐、除硼、离子交换等工艺单元；第一方面，进一步减少了超纯水制造系统中处理单元的个数，使得整体结构简单，方便维护；第二方面，真空多效膜蒸馏处理单元102中不再产生现有处理设备因离子交换工艺单元而产生的离子交换树脂固体废弃物和树脂再生产生的液体危废，更加环保；第三方面，真空多效膜蒸馏处理单元102对盐和硼的截留率高，并能同时达到脱气的目的；第四方面，真空多效膜蒸馏处理单元102可以获得更高的浓缩倍数，提高产水率。

综上，本申请提供的超纯水制造系统整体结构简单，方便维护且成本低；超纯水的产水率较高，水质更好更稳定；减少固体危废和液体危废的排放量，更加环保节能。

在该实施例中，所述中空纤维纳滤膜处理单元101包括进水构件103以及与所述进水构件103连通的中空纤维纳滤膜组件104；所述进水构件103能够将所述原水抽取至所述中空纤维纳滤膜组件104内，所述中空纤维纳滤膜组件104能够对所述原水纳滤处理。

具体地，所述进水构件103包括顺次连通的进水泵115、循环水箱116、循环水泵117以及过滤器118；所述进水泵115能够将位于原水箱142内的所述原水提取至所述循环水箱116内；所述循环水箱116用于暂存所述原水；所述循环水泵117能够将所述循环水箱116内的所述原水提取至所述过滤器118内，所述过滤器118对所述原水过滤，并通过所述原液进口108输入至所述壳体105内。

优选地，所述过滤器118为保安过滤器，保安过滤器能够去除0.2微米以上的颗粒物，来满足中空纤维纳滤膜处理单元101对进水的要求。

在该实施例中，所述中空纤维纳滤膜组件104包括壳体105、设置在所述壳体105内的中空纤维纳滤膜丝106以及与所述壳体105连通的产水箱107；其中，所述壳体105的下部侧壁上开设有原液进口108，壳体105的顶部开设有透过液出口109，壳体105的上部侧壁上开设有截流液出口110。

具体地，所述中空纤维纳滤膜丝106设置有n根，根据膜面积装填要求选择根数；所述中空纤维纳滤膜丝106靠近所述原液进口108端处密封于所述壳体105上，靠近所述透过液出口109端处与透过液出口109连通；在实际的纳滤过程中，所述原液能够依次通过原液管路111以及所述原液进口108流入至所述壳体105内，在所述壳体105内，所述中空纤维纳滤膜丝106能够对原水过滤，其中直径小于1纳米的单价离子如钠离子、氯离子可透过中空纤维纳滤膜丝106的膜孔，透过率为80％以上，并通过依次通过所述透过液出口109以及透过液管路112流至所述产水箱107，并通过所述产水箱107流至所述真空多效膜蒸馏处理单元102；直径大于1纳米的有机分子及多价态离子，例如钙离子、镁离子、硫酸根离子等被中空纤维纳滤膜丝106截留，截留率为80％以上，此截流液依次通过所述截流液出口110和截流液管路113流至浓水箱114。

优选地，中空纤维纳滤膜丝106为单皮层或双皮层结构；中空纤维纳滤膜丝106的外径优选设置在0.8～2毫米之间，内经优选设置在0.5～1.8毫米之间，孔径优选设置在0.4～1纳米之间，中空纤维纳滤膜丝106可截留大于1纳米的有机分子及多价态离子，例如钙离子、镁离子、硫酸根离子等，含有此离子的截留液流至浓水箱114，单价离子如钠离子、氯离子则可透过中空纤维纳滤膜丝106的膜孔不被截留并流至产水箱107。

更优选地，中空纤维纳滤膜丝106的材质为聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚亚酰胺、醋酸纤维等单组份材料或者这些材料组成的合金材料。

优选地，所述壳体105的壁厚设置在2～12毫米之间，长度设置在0.5～2米之间，所述壳体105的内径优选为2、4、6、8寸中的任意一种；更优选地，所述壳体105的材质为CPVC、PVC、PP、不锈钢、玻璃钢等其中的一种。

在该实施例中，考虑到超纯水制造系统在长时间使用情况下，难免会堵塞中空纤维纳滤膜丝106，为了克服此问题，使得超纯水制造系统正常运转，所述中空纤维纳滤膜单元还包括反冲洗构件；所述反冲洗构件包括反冲洗泵119；所述反冲洗泵119的进水端通过管道与所述产水箱107连通，且出水端通过管道与所述透过液管路112连通。

在实际的使用过程中，首先关闭位于所述原液进口108管路上的阀门，阻止原液进入至壳体105内；然后利用反冲洗泵将所述产水箱107内的透过液通过所述透过液出口109反输送至所述中空纤维纳滤膜丝106内，即可以利用此透过液反冲洗位于中空纤维纳滤膜丝106的膜孔内的堵塞物，实现对所述中空纤维纳滤膜丝106反冲洗；最后将反冲洗形成的冲洗液依次通过所述截流液出口110以及反冲洗管路123流出至所述水箱内。

具体地，采用的中空纤维纳滤膜丝106其填充面积大、占用空间小、可低压运行，并且可以被压反冲洗、等压大流量冲洗和气擦洗。

在该实施例中，考虑到超纯水制造系统在长时间使用情况下，难免会有部分杂质挂设在壳体105的内表面和中空纤维纳滤膜丝106的外表面，进而影响超纯水制造系统的正常运行，为了克服此问题，所述中空纤维纳滤膜单元还包括清洗构件120，所述清洗构件120包括相互连通的清洗水箱121和清洗泵122；所述清洗泵122通过管道与所述原液管路111连通，所述清洗水箱121通过管道与所述截流液管路113连通。

在实际的使用过程中，首先关闭位于所述原液进口108管路上的阀门，阻止原液进入至壳体105内；然后利用所述清洗泵122将所述清洗水箱121内的清洗液依次通过所述管道、所述原液管路111以及所述原液进口108导通至所述壳体105内，所述清洗液用于清洗所述壳体105的内表面和中空纤维纳滤膜丝106的外表面；最后，清洗之后的清洗液通过所述管道流至所述清洗水箱121。

实施例二

该实施例二是在上述实施例基础上的改进，上述实施例中公开的技术内容不重复描述，上述实施例中公开的内容也属于该实施例二公开的内容。

结合图3所示，在该实施例中，所述真空多效膜蒸馏处理单元102包括热交换构件124、n效膜蒸馏装置125、冷交换构件126以及与所述n效膜蒸馏装置125连通的中间水箱127；

所述n效膜蒸馏装置125具有进液口128、浓液出液口129以及产水口130；所述热交换构件124设置于所述n效膜蒸馏装置125上且靠近所述进液口128，所述冷交换构件126设置于所述n效膜蒸馏装置125上且靠近所述产水口130，经过所述n效膜蒸馏装置125的膜蒸馏产生的n-1效产水以及第n效水蒸气经过所述冷交换构件126冷却形成的纯水通过所述产水口130输送至纯水箱145，然后再通过输送泵送至所述中间水箱127；经过所述n效膜蒸馏装置125的膜蒸馏产生的浓缩液体通过所述浓液出液口129导通至浓液存储箱146，然后通过输送泵送至所述浓水箱114。

具体地，n效膜蒸馏装置125(n效膜蒸馏装置125的结构是一种现有技术，在此不做过多的阐述)中的膜蒸馏组件为板式、卷式、中空纤维式或耦合式中的任意一种；更具体地，膜蒸馏组件中的膜材料为聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等疏水性材料；

具体地，n效膜蒸馏装置125中的膜蒸馏过程为真空多效膜蒸馏，优化效数大于4；其操作温度设置在40～100℃之间，优化温度设置在60～80℃之间；运行时真空度小于200毫巴，优化真空度小于150毫巴。

具体地，热水循环罐的进水口和出水口通过热循环泵与加热换热器相接，其中，外部热源通过加热换热器133为热水循环罐补充热能；更具体地，在实际的工作过程中可采用70～150℃的余热或低品外部热源加热，如低品蒸汽，空压机、冷冻机等设备运行产生的余热，烟气废热，冷却水等工艺废热。

在该实施例中，所述热交换构件124包括顺次连通的热循环罐131、热循环水泵132以及加热换热器133；所述加热换热器133的另一端通过管道与外部热源连通；所述热循环水泵132能够将所述热循环罐131内水提取至所述加热换热器133内，所述加热换热器133能够对来自所述热循环罐131内的水加热并再次利用所述热循环水泵132输回所述热循环罐131；所述热循环罐131能够对所述n效膜蒸馏装置125换热。

具体地，膜蒸馏可以利用余热、新能源或低品热源低温运行，并且可以实现一份热量重复利用4次以上，造水比在4以上，从而降低了运行成本。

在该实施例中，所述冷交换构件126包括顺次连通的冷却循环罐134、冷却循环水泵135以及冷却换热器136；所述冷却换热器136的另一端通过管道与外部冷源连通；所述冷却循环水泵135能够将所述冷却循环罐134内水提取至所述冷却换热器136内，所述冷却换热器136能够对来自所述冷却循环罐134内的水冷却并再次利用所述冷却循环水泵135输回所述冷却循环罐134。

综上，本申请第一方面结构简单，方便维护；第二方面，中空纤维纳滤处理单元和真空多效膜蒸馏处理单元102的集成提高了超纯水产水回收率；第三方面，减少对固体危废和液体危废的排放；第四方面，真空多效膜蒸馏处理单元102可以利用余热、低品热源和太阳能、地热等新能源，降低运行成本，节能减排，为企业带来社会及经济收益。

实施例三

该实施例三是在上述实施例基础上的改进，上述实施例中公开的技术内容不重复描述，上述实施例中公开的内容也属于该实施例三公开的内容。

在该实施例中，考虑到不同行业需要不同水质的超纯水，为了满足更多行业对超纯水水质的更高需求，所述超纯水制造系统还包括所述后处理单元140；所述后处理单元140的进水端与所述中间水箱127连通且另一端连通超纯水收集箱141。

具体地，所述后处理单元140包括UV杀菌模块144、量子杀菌模块、反渗透模块、离子树脂模块145、连续电除盐模块中的任意一种或两种模块。

优选地，所述后处理单元140包括杀菌模块和离子树脂模块145，利用杀菌模块和离子树脂模块145进一步处理膜蒸馏产水至更高的水质标准。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。