杂铜冶炼厂超纯水管路系统的设计

周亮亮， 周丽娜

(1.中国瑞林工程技术有限公司， 江西 南昌 330031；2.江西环境工程职业学院， 江西 赣州 341000)

杂铜冶炼厂超纯水管路系统的设计

周亮亮1， 周丽娜2

(1.中国瑞林工程技术有限公司， 江西 南昌 330031；2.江西环境工程职业学院， 江西 赣州 341000)

介绍了广西某杂铜冶炼厂超纯水管路系统的设计原则和特点，探讨了超纯水设备和管路系统的配置形式，对于管路系统在设计、施工和使用过程中容易产生的问题提出了解决方法和建议。

杂铜冶炼厂； 超纯水； 管路系统； 设计； 配置

0 引言

随着人们对高质量产品的追求以及对环保问题的重视，各种精密高端的检测设备逐渐被采用，如原子吸收光谱仪、ICP光谱仪、液相色谱仪和离子色谱仪等。这些精密高端检测设备通常需要用高质量的超纯水以满足常量、微量和痕量仪器分析要求。传统的采用电加热蒸馏法或阴阳离子交换法制得的纯水已不能完全满足光谱分析的要求，目前需要采用新型的纯水制备工艺方法。超纯水机采用反渗透技术制取高质量的超纯水广泛应用于各行业中，除超纯水制备系统外，超纯水管路系统也是保证高质量水质的一个重要因素，因此超纯水管路系统的设计十分重要。

本文以广西某杂铜冶炼厂超纯水管路系统的设计为例，探讨超纯水管路系统的设计原则和特点，为杂铜冶炼行业超纯水管路工程的设计提供参考。

1 超纯水制备系统

超纯水的制备过程主要有：

(1)源水供应。通常采用自来水、蒸馏水或去离子水作为源水。

(2)机械过滤。通过砂芯滤板或纤维柱除去源水中的机械杂质，如铁锈等。

(3)活性炭吸附。活性炭可吸附水中的余氯、细菌和某些过渡金属等。水中的氯会损害后续过程中的反渗透膜，因此在反渗透之前应先除去。活性炭在吸附过程中会有少部分颗粒脱落污染水质，因此只适用于超纯水制备的前期过程。

(4)反渗透过滤。反渗透过滤可除去水中95%以上的电解质和大分子化合物，包括溶胶微粒和病毒等。由于大部分的杂质被除去，使得后续的离子交换柱的使用寿命大大延长[1]。反渗透的优点是能耗低，产出水的电阻率比源水升高约10倍，缺点是容易堵塞而且价格较高。超纯水制备的核心处理过程是反渗透过滤，反渗透过滤已广泛应用于纯水制备行业，早期采用的反渗透膜主要是醋酸纤维膜，但其使用条件非常苛刻，现在普遍采用的是复合膜[2]。

(5)紫外线照射。波长λ为180～254 nm的短波紫外线照射分解水中的小分子有机物，如甲醇、乙醇等，使其转变成小分子化合物CO2和H2O。紫外线照射可以有效抑制细菌的繁殖并杀死细菌，具有速度快、效率高的特点[1]。

(6)离子交换。离子交换过程是树脂间可游离交换的离子和水中同性离子间的互换。常用的离子交换器有两种组合方式，分别是复床式和混床式。复床式按阳床—阴床—阳床—阴床—混合床的方式连接并生产去离子水，复床方式便于树脂的再生。混床式可看成由许多阴阳离子交换树脂交错排列而组成的多级复床，混床方式去离子效果很好，出水电阻率可大于10 MΩ·cm(25 ℃)，若采用二级或三级混床串联，则电阻率大于16 MΩ·cm(25 ℃)，缺点是树脂再生不方便[1]。

(7)超滤过滤。超滤过滤是水在压力的作用下通过滤膜，水中的杂质被滤膜截留而除去的过程。超滤过滤对除去水中的微粒、溶胶、细菌、热源、蛋白酶等有较好的效果，但缺点是不能截留除去无机离子，采用超滤的方法需定期消毒，定时冲洗滤膜。

超纯水制备系统的源水经过以上处理过程得到的超纯水水质纯度高且稳定。超纯水制备系统是保证纯水水质的充分条件，而超纯水管路系统是保证纯水水质的必要条件。

2 超纯水管路系统的设计原则

2.1 超纯水管路系统的设计原则

杂铜冶炼厂超纯水管路系统应严格按照相关的国家标准、行业规范设计并结合成熟经验进行配置和施工。

(1)超纯水制备系统建议配置在检测室的顶层楼面上并尽量布置在一间单独的房间内，室内考虑通风换气，地面考虑地漏和防渗措施。制得的超纯水通过管路送往各楼层用水点，管路中多余的存水循环返回至源水桶作为源水。

(2)超纯水制备系统的源水建议采用水质尽可能高并容易供给的水，为保证源水的高水质，可采用厂区纯水制备站或软化水站的出水作为源水。为保证源水的稳定供给，配置至少一个源水桶作为源水的临时存储。

(3)超纯水制备系统的出水建议采用至少一个超纯水桶作为出水的临时存储，为保证出水水质的高要求，超纯水桶的材质应选用不污染水质的材料制作。

(4)超纯水管路系统的输送主管和输送支管建议布置在楼层以下约100 mm位置，采用吊架悬吊和管卡固定，吊架和管卡安装间距不大于1 m。

(5)超纯水管路系统的配置方式通常有树形管路配置和蛇形管路配置两种方式。树形管路配置方式是在主输送管上接出多根支管并由支管将超纯水连接至各用水点。树形配置的管路相对集中，便于施工和检修。蛇形管路配置方式是采用单根输送管路依次连接至各用水点。蛇形配置的管路具有单一、管路阻力小的特点。

(6)超纯水输送管管材的选择非常重要，既要满足水质的高要求，又要保证施工的便利和经济合理。超纯水输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材质管路使用性能比较好，基本无离子析出物，非常符合超纯水管路的选材，但缺点是价格昂贵，超过10万元/t[4]。在超纯水管路系统的施工过程中，既要满足管路系统的密闭要求，又要提高施工人员的洁净意识，避免因施工不当对管路造成污染，引发水质质量事故。

(7)超纯水制备系统的使用寿命与源水水质、日常维护等有紧密的联系。源水的水质差并且日常不注意清洗，会严重缩短超纯水制备系统的使用期。与水介质长时间接触的源水桶、反渗透膜表面容易产生菌膜，从而产生设备运转异常、滤膜阻塞、系统漏水等问题。为防止菌膜的产生，应定期对反渗透膜进行消毒、更换并清洗源水桶。

(8)超纯水制备系统能力大小的选取应依据用水量确定，一般遵循“两倍关系”的原则。如果用水量为200 L/d，则建议选用一台能力为100 L/h的超纯水机。如果系统的能力过小，耗材会消耗很快，而能力过大则造成浪费。

(9)为保证超纯水水质的稳定，建议对超纯水管路系统的水质进行实时在线监测。

广西某杂铜冶炼厂检测室是一幢单独的三层双面建筑物，超纯水制备系统集中配置在检测室顶层楼面的纯水制备室内，制得的超纯水采用UPVC管路并按树形管路循环配置方式输送至各用水点。

2.2 杂铜冶炼厂超纯水管路系统设计实例

2.2.1 超纯水管路系统流程

广西某杂铜冶炼厂的规模为年产30万t阴极铜，为与其产能相配套设置了一个检测室并选用一台产水能力为100 L/h的超纯水机。从厂区软化水站送来的源水送入源水桶临时存储，存储的源水由进水泵送往超纯水主机制水，制得的超纯水进入超纯水桶并在输送泵的作用下通过UPVC输送管送往各用水点(共16个)，部分未用尽的存水返回至源水桶内作为超存水制备用的源水。为方便超纯水的取用，在超纯水桶上留有一个人工取水口，超纯水管路系统简图见图1。

图1 超纯水管路系统简图

源水水质：pH值(25 ℃)7～8、电导率(25 ℃)0.1～0.2 mS/m，进水量不小于500 L/h。经过超纯水主机制备后的出水电导率达到0.005 mS/m(25 ℃)，满足GB/T 6682—2008《分析实验室用水规格和试验方法》中一级水的水质要求。分析实验室的用水规格见表1[5]。

表1 分析实验室用水规格

2.2.2 超纯水管路系统材料统计

超纯水管路系统主要由输送管道(包括输送主管、输送支管)、截止阀、吊架和管卡等组成，超纯水管路系统材料统计见表2。

表2 超纯水管路系统材料统计

3 超纯水机与电热蒸馏水器性能比较

以往采用电热蒸馏法制备的纯水只能满足GB/T 6682—2008《分析实验室用水规格和试验方法》中三级水的水质要求，如果要得到更高级别的纯水必须采用多次蒸馏的方法。而采用超纯水机制备纯水可根据制备过程和选用耗材的不同制取各个级别的纯水。超纯水机与电热蒸馏水器相比具有产水水质高、节能、节水，方便使用等特点。超纯水机与电热蒸馏水器性能比较见表3。

4 建议

有色冶炼行业需要使用超纯水的检测设备越来越多，制备出符合国标要求的超纯水已成为提高分析质量的关键，超纯水管路系统也相应地越来越重要。对于超纯水管路系统的设计，提出以下建议：

表3 超纯水机与电热蒸馏水器性能比较

(1)已建设并存在问题的超纯水管路系统，应尽量按照相应的国标及规范要求进行检查和完善。

(2)正在建设和未建设的超纯水管路系统，应按照相应的国标及规范要求进行设计和建设。

[1]田小萌.水的纯化与超纯水的制备[J].云南环境科学,2005,(2):27-28.

[2]闻瑞梅,岩堀博,桂常敦,等.反渗透膜在超纯水生产中的应用[J].微电子学,1996,(4):271.

[3]吴纯傲.超纯水系统工艺及其施工[J].安装,2003,(4):24.

[4]颜德岿,郑维桂.超纯水处理输送过程用的洁净型PVC管道[J].工业水处理,2007,(1):90.

[5]GB/T 6682—2008,分析实验室用水规格和试验方法[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，工程师，硕士学位，主要从事有色冶金行业的设计工作

TF811； TF085

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