MBR系统运行技术手册

GE Water & Process T echnol ogi es 通用电气水处理及工艺过程处理
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MBR 技术手册
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水岛工程 MBR 技术手册
通用电气发电设备&水处理 水处理及工艺过程处理
2013-07-05
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目录
第一章通用电气水处理及工艺过程处理技术公司简介 (4)
1.1 公司简介 (4)
1.2 专业领域 (4)
1.3 我们不仅承诺价值, 而且还会证明价值 (5)
1.4 全球技术的领先者 (6)
第二章MBR（膜生物反应器）技术简介 (7)
2.1 膜生物反应器介绍 (7)
2.2 我们的ZeedWeed (7)
2.3 MBR 特点和优势 (9)
2.4 GE 在MBR 系统上的成功经验 (11)
第三章设计基础条件和系统设计及描述 (12)
3.1 处理规模 (12)
3.2 设计参数 (12)
3.3 MBR 系统设计特点 (13)
3.4 MBR 生化系统设计 (15)
3.5 MBR 膜池系统 (16)
第四章设备技术参数 (20)
4.1 ZeeWeed® 500d 膜元件 (20)
4.2 ZeeWeed® 500D 膜箱 (21)
4.3 主要设备描述 (22)
4.4 相关土建构筑物 (24)
4.5 膜池部分主要设备选型 (25)
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第五章控制系统描述 (27)
5.1总述 (27)
5.2控制操作 (27)
5.3人机操作HMI 系统 (28)
5.4HMI/SCADA 软件标准 (28)
第六章供货范围 (31)
6.1 GE 公司供货范围 (31)
6.2 其他方供货范围 (31)
第七章MBR系统运行和维护 (37)
7.1 运行和维护 (37)
7.2 启动、隔离和停机 (37)
7.3 膜箱装卸 (39)
7.4 膜元件装卸 (40)
7.5 膜完整性测试 (41)
7.6 系统和部件的故障处理 (41)
7.7 清洗要求 (42)
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第一章 通用电气水处理及工艺过程处理技术公司简介
1.1 公司简介
GE 水处理及工艺过程处理是全球领先的为纯水处理、废水 处理、海水淡化和工艺过程处理系统提供解决方案的供应商。

GE 通过提高设备性能、产品质量、降低运行成本和延长设备使 用寿命等方式向顾客传递价值。

我们致力于为客户提供全方位的 产品技术服务，改进水/工艺生产过程处理系统的运作，保证客 户的设备不受腐蚀、变形及其他外在因素的破坏，实现环境、能 源与企业间的和谐统一。

GE 水处理和工艺过程处理集团在世界 各地拥有超过 2500 名现场服务专员。

通过整个操作平台，我们 能够在第一时间以最佳方案快速解决关键问题并通过我们的优化 水和工艺系统的技术使您的运营长期保持最高的效率。

总部设在宾西法尼亚州 Trevose 的 GE 水处理公司在全球拥 有超过 6500 名员工。

我公司实施前沿技术研究的全球研究中心 遍布世界各地，包括明尼苏达州 Minnetonka ；马萨诸塞州 Burlington ；弗吉尼亚州 Norfolk ；德克萨斯州 Woodlands ；安大 略省 Oakville 和 Guelph ；比利时 Heverlee ；巴西 Sao Paulo ；以及 GE 在纽约州的 Niskayuna 、印度 Bangalore 和中国上海。

1.2 专业领域
GE 公司在水处理行业独树一帜，致力于为客户提供全方位的产品 技术服务，我们的核心竞争产品包括：
反渗透、纳滤、超滤和微滤膜系统，用以除水中的悬浮物和溶
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解固体，或用于分离和浓缩产品，提高产量和数量。

● 电化学去离子（EDI ）技术，用于制取超纯水,而无须化学品再生。

● EDR 技术，广泛用于处理工艺处理过程和 95%水回收率
要求的供水设施。

● 短期和应急移动水处理解决方案，可为工业提供包括去离
子、过滤、反渗透和 EDI 的最大的拖车车队。

● ED 技术，用于干酪乳清脱盐。

● 双极电渗析（BPED ）技术，用于从盐水中提取酸和碱。

● 与客户签订设计、建设、拥有、运行和维护水处理系统的
服务协议，保证客户将其资源专注于其核心业务。

● 水处理化学品和应用工程，用于原水和污水净化、工艺用
水和工业锅炉及冷却水的处理。

● 工艺化学品和添加剂用于改进炼油、制浆和造纸及金属加
工应用系统的性能。

1.3 我们不仅承诺价值, 而且还会证明价值
GE 可帮助您精确了解我们的水处理和工艺过程处理技术 如何满足您的基本要求。

一个价值生成计划对我们如何提高您 的主要业务成果进行量化。

为制定您的价值生成计划，我们研 究了可帮您满足该计划的策略目标和提议项目。

然后我们对所 有项目实施监督和管理并详细报告每个项目如何实现以下目 标：
● 不断提高产品质量。

● 优化关键设备的性能和使用寿命。

● 降低成本。

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● 减少排放。

● 加强监督力度。

● 通过连续监测和预防性诊断确保质量。

● 节约您的成本和保护您的现金流的灵活使用。

1.4 全球技术的领先者
全面的产品组合、创新的技术成果、应用专有技术和个性化服务使得GE 成为全球水处理和工艺过程处理领域的领导者。

我们积极应对环境保护，解决更具挑战性的水处理和工艺过程处理问题，更为重要的是，帮助我们的客户实现未来蓝图。

面对未来我们提出”绿色创想)”计划, 着眼于长远目标,GE 积极开发新技术以应对全球性的环境挑战. 作为计划的一部分,GE 承诺加大投资于清洁技术,引入更多为客户提供显著环境绩效优越性的产品和服务,以帮助客户满足水处理和污水处理的需求, 提高其产品质量和产量，减少温室气体排放。

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第二章 MBR （膜生物反应器）技术简介
2.1 膜生物反应器介绍
GE 对浸没式膜生物反应器系统有着超过 25 年的设计和制造工程经验。

与早期 的 MBR 工业发展相似，我们在 MBR 领域最初是与通用汽车公司合作，采用外置 式的是压力管式膜系统。

这种系统最初在上世纪 80 年代中期主要用在小规模，难 处理的工业污水中，并逐渐形成了 ZeedWeed MBR 系统。

当时，ZeedWeed MBR 系统主要用于处理汽车工业中的含油污水。

现在，这种早期的 ZeedWeed MBR 系 统仍然广泛使用在饮料，医药和垃圾渗滤液处理中，以达到严格的排放标准或者回 用的目的。

2.2 我们的 Zee dWeed ®
MBR 工艺把含高浓度 MLSS 的活性污泥处理和 GE 公司 的专利技术 ZeeWeed®超滤膜 MBR 系统相结合。

总体上，该 工艺利用 ZeeWeed® 中空纤维膜替代了传统活性污泥法的二 沉池和深度处理中的砂滤或微/超滤系统。

ZeeWeed® 500 系列加强型中空纤维膜是具有内支撑的中 空纤维超滤膜，膜丝的标称尺寸为 0.04 微米。

超滤膜丝的抗 拉升强度为 45 公斤， 并且对一般用于膜清洗的酸，碱和氧化 剂（如氯）等化学药剂有着非常强的抗腐蚀性能。

这种超滤 膜是专为高颗粒悬浮物的膜生物反应器(MBR) 系统应用而设 计的。

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超滤膜制造并被装配在一起形成膜元件。

然后这些膜元件又组合在一起形成膜箱。

MBR 系统采用ZW500d 膜箱。

每个最高可容纳48 个膜元件。

每个膜元件有34.4 平方米的表面积，所以一个装满48 个膜元件的ZW500d 膜箱的总共有1,651.2 平方米的膜表面积。

这种膜箱是GE 最新型的ZeeWeed® 500 系列膜箱，特别适用于大型MBR 系统。

ZeeWeed® MBR 工艺中，将ZeeWeed® 超滤膜箱直接浸没在曝气池中或将膜
箱装于单独的膜池中以更方便膜清洗。

多个膜箱连接在一起形成一个膜列，直接与透过液母管连接，透过液母管则通过一个透过液泵将过滤水抽出，如下图所示。

该透过液泵采用负压抽吸的方式将膜池中的污泥混合液中的清水，通过中空纤维膜上的微孔(0.04 微米)过滤而抽出，并送至排放管，进行消毒，排放或回用。

这样，干净的水经过滤后抽出，而浓缩的污泥混合液则将通过污泥回流泵被送到前部的生物反应器中。

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ZeeWeed ® Memb rane Cassettes Permea e Pump Air Bl ower Hea d er
Air He ader 空气母管 Pe meate Hea
透过液母管
C
控
ed ®
Me m bra ne ss ZeeW ettes 膜箱eed ® Memb rane Cassettes Permeate Permea e Pump Pump Air Bl ower
空气母管 Permeate Hea d er 透过液母管
Control Pa n e l
ZeeWeed ® Me m bra ne Cassettes 膜箱
Permeate t P u m p
透过液泵
2.3 MBR 特点和优势
2.3.1 经验丰富
GE 公司具有 20 多年的 MBR 经验，自 1993 年以来浸没式 ZeeWeed® MBR 系 统得到不断发展，处理规模从每天十五吨、几百吨，到每天几万吨、几十万吨。

GE 浸没式超滤膜技术是针对生化污水处理发展而来的，目前在全世界有 500 多套 设备和工程在运行，最大 MBR 项目达到 14.4 万吨/日，这一切都证明了 GE 的 MBR 系统能够长期可靠的安全稳定运行。

2.3.2 出水水质好，适于回用
根据特殊的应用和设计要求，采用 ZeeWeed® MBR 工艺可提供高质量的硝化 出水，也可通过增设缺氧生物段获得反硝化后的脱氮处理出水。

除磷可通过厌氧生 物除磷或化学除磷(添加氯化铁或铝盐)实现。

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2.3.3 出水水质好，适于回用
ZeeWeed® MBR 的处理效果与污泥的沉降特性无关，对来水的冲击负荷具有很强的适应性。

MBR 工艺典型的MLSS 浓度范围为8,000-10,000 mg/L，这远大于传统的活性污泥法。

增加的MLSS 浓度可提高有机负荷率，减小HRT。

同时，将冗长的传统工艺压缩为单一的一个工艺，所以具有更小的占地面积。

此外，紧凑的占地也为现有污水处理厂的改造扩容提供更有利的条件。

2.3.4 扩展性好、抗污堵
ZeeWeed® MBR 系统设备采用模块化设计，因此允许水厂的分期建设、扩建。

市政工程可按最终处理规模设计，而膜系统分期投入使用。

ZeeWeed®中空纤维膜是水流由外向内的中空纤维膜（污水在外，净水在内）。

这意味着膜内部只有干净的，经过超滤的水流通过。

而污水中的细菌和悬浮物仍旧停留在膜的外部，所以水流渠道没有被固体悬浮物阻塞的风险。

2.3.5 出色的耐久性
ZeeWeed®膜的设计使它拥有出色的耐久性和抗破损能力。

为达到这个目的，GE 公司采用了内支撑膜的专利技术。

这种支撑技术加固和保护了膜，使它在不降低通量的情况下，提高了抗破损的能力。

另外，PVDF 材料使得膜对于众多化学品如强酸，碱和氧化剂等有着非常强的抗腐蚀性能。

膜可以在pH 2 到10.5 的范围内良好运行，对氧化剂的耐受范围也超过1,000,000 (mg/L *hours)。

2.3.6 操作简单
因为ZeeWeed®工艺用ZW 超滤膜来分离污泥，所以就不需要二沉池或是其他沉淀构筑物来分离污泥。

剩余污泥直接从膜池排出，浓度一般在总重的0.8 –1.2
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wt. % 之间。

这就使得整个系统变得简单而利于操作，因为ZW MBR 系统免除了
许多采用传统活性污泥工艺所带来的缺点。

2.4 GE 在MBR 系统上的成功经验
GE 于1990 年开发的ZeeWeed® 浸入式中空纤维膜系列产品是膜技术上的重
大更新。

因为在那个时候，所有的膜系统都采用压力容器的方式，这种方式需要很多不同的部件连接和很高的能量消耗。

GE 公司的ZeeWeed®系列产品却转变了膜
工业界这种通常的膜过滤方式，把膜直接浸入到膜池里的污水中通过较小的真空压的抽吸来过滤原水。

如今，GE 已经成为全球最大的膜生物反应器系统制造商和浸没式超滤膜技术的领导者，是公认的工业MBR 系统最好的膜制造和设计者。

到2006 年为止，GE 在全球已建造了600 多座膜处理水水厂，累计处理规模超过1,600,000 m3/d。

更重要的是，GE 同时也建立了全球最大的MBR 工程和项目管理团队。

我们的团队已经成功地将MBR 技术应用在了钢铁，电子，造纸，医药，食品，石化，不同化工工业和垃圾渗滤液处理等多个领域。

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第三章设计基础条件和系统设计及描述
3.1 处理规模
电厂用水水源为朔州市污水处理厂经循环式活性污泥工艺(简称CAST)二级生化处理后出水，设计出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》
(GB18918—2002)中的一级B 标准。

目前，朔州市污水处理厂所收集废水基本来自城市生活污水，水质较简单，随着工业化发展，污水处理厂所收集废水的水质及水量存在不稳定性，鉴于电厂对用水量及水质稳定性的要求，需进行进一步的深度处理。

CAST 二级生化处理工艺流程：
原水→粗格栅→细格栅→沉砂池→CAST 池→接触池→加氯间→出水城市污水的水质成份比较复杂，经污水处理厂处理后，只是减轻了对水环境所
造成的污染程度，其处理的目的是使排水达到受纳环境的最低容忍程度。

这样的水并不能直接作为电厂用水，必须进一步进行处理，处理工艺如下：
原水→细格栅（1mm）→A/O→膜池→UF→RO→除碳器→阳床→阴床→混床→锅炉补给水。

本方案针对MBR 部分进行设计，处理水量为402m3/h。

3.2 设计参数
MBR 系统进水水质达到GB18918-2002 中的一级B 标准，系统预期出水水质如下：
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说明：
1. ZW膜池系统按照最低水温 10℃进行设计，如果进水混合液温度低于10 ℃，GE 不能保证膜池系统达到要求的产水量。

2. CODcr的去除率取决于上游生化系统设计和处理效果和原水中不可生物降解的有机物
含量，且进水中不含有任何抑制微生物生长的有毒化合物。

3. 可溶性BOD5、氨氮、总氮必须在膜池上游的生化系统中得到去除。

4. 游离油/浮油必须在膜池上游得到有效的处理。

游离油/浮油不得进入MBR膜池系统。

3.3 MBR 系统设计特点
本项目MBR 工艺采用的工艺流程为：废水—〉细格栅—〉缺氧池—〉好
氧曝气池—〉MBR 膜池—〉产品水池。

缺氧系统生物反应器系统能有效的改善工业废水的可生物降解性。

它主要利用在缺氧条件下，微生物产生的酶可对难生物降解的及慢性生物降解的有机物结构进行改良，降低其生物毒性和加强其生物降解性。

该生物反应机理已被广泛应用于多种工业有机废水。

可是，其有效性一直不很好，主要原因之一是缺氧微生物生长缓慢，有效生物量密度低，并易被系统中水流的大幅波动带出生物反应器外，从而处理效果不明显，并易受到进水水质波动的影响。

通过使用ZW－MBR 系统，系统
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中的微生物浓度得到很大的提高(MLSS 从3, 000-4,000 mg/L 增高至7, 000-
8,000 mg/L) ，从而明显地提高其生物有效性。

同时，ZW－MBR 利用0.04 微米
的超滤膜，能将所有的有效生物量保持在反应器中，把生物量的流失降到最低(接近于零)。

在MBR 系统中，缺氧系统的设计可以达到以下的效果：
•为下游曝气系统改善慢性生物降解有机物的总体可生物降解性。

•通过反硝化工艺将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氮气，降低总氮；
•最大限度地回收碱度，从而降低碱的加药量，降低运行费用
•完全利用膜系统的DO 来进一步降低系统总能耗。

好氧曝气池设计成串联运行，使生物硝化的动力反应和总体效率。

最后一段好
氧段和膜池会作为最后的强化阶段，来保证MBR 出水水质。

另外，最后一段好氧段和回流污泥一起，可以提供合适的环境和手段为最后的超滤膜过滤来调节污泥的过滤性能，从而降低膜过滤性能和污堵的现象。

这样，膜的清洗频率得到降低，节约了清洗药剂和电能的消耗．更重要的是，这样的设计可以促进细胞外酶的活性，提高生物水解工艺的有效性，从而优化整个缺氧区反应效率。

本方案中的ZeeWeed® MBR 膜系统包括3 列ZeeWeed® 膜池。

膜安装在与生物反应池相邻的单独膜池中。

与直接将膜浸入到生物反应池相比，设单独的膜池提高了系统的可靠性和灵活性。

生物反应池与膜池通过膜池的进水管达到水力连通。

该设计有效地将生物反应主工艺与膜超滤过滤工艺有机地结合起来，使生物反应池与膜池可以以任意数量组合。

每种工艺可单独优化，在实现MBR 总体工艺要求的基础上更好地优化单个工艺的运行效率。

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3.4 MBR 生化系统设计
3.4.1 预处理要求
在MBR 系统中，垃圾和一些无法生物降解的固体颗粒，比如头发，麻布，沙砾和塑料可能会对膜造成损坏。

为了保证处理系统的长期稳定运行，在原水进入MBR 系统之前，我们推荐采用过滤精度为1mm 的细格栅，最大限度地防止粗大悬浮物或漂浮物以及毛发等进入后续系统。

将可能造成膜损坏的、较大的机械性杂质过滤掉。

3.4.2 MBR 生化系统
为检修方便，生化系统设计成2 个系列，每列由缺氧池和好氧池组成。

曝气池中的设计MLSS 为4,000mg/L。

在设计的混合液回流比下，膜池运行的MLSS 浓度可达到6,000mg/L。

为MBR 生化系统设计的参数见下表：
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3.5 MBR 膜池系统
3.5.1 MBR 膜系统配置
膜系统是膜生物反应器系统设计的最重要参数。

最佳膜系统设计的选择取决于一系列因素，包括最低运行温度、流量、高峰流量持续时间和假定的污泥性质。

我们的设计来自于多年来MBR 厂在不同条件下的实际运行经验建立起来的设计数据库，为本项目中MBR 膜池系统设计的参数见下表。

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3.5.2 MBR 膜系统的化学清洗
膜有两种化学清洗的方式： 维护性清洗：此类清洗持续时间较短，采用较低的化学药品浓度、清洗频率较
高。

其目的在于保持膜的透水性和延长恢复性清洗周期。

恢复性清洗：此类清洗持
续时间较长（但仍然相当短）、采用化学药品浓度较
高，清洗频率较低。

其目的在于恢复膜的透水性。

恢复性清洗是当产水过程中
TMP 达到最大预计值时启动的。

ZeeWeed 膜一般采用的两种化学药剂为： 次氯酸钠 -
用于去除有机和生物污堵。

柠檬酸 - 用于去除无机污堵
建议采用新鲜水对 ZW MBR 膜池进行维护性清洗和恢复性清洗。

具体清洗步骤请见后面章节的操作描述部分。

以下两表列出所推荐的清洗参数。

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柠檬酸溶液 ● 维护性清洗 ● 恢复性清洗
50%重量比
S.G. = 1.24
3.5.5 MBR 膜池擦洗系统
MBR 膜池的曝气十分重要，它可以将固体物质从膜表面冲刷下来。

继 ZeeWeed 500d 系列之后，GE MBR 系统的另一个创新之处在于循环曝气的使用， 这种先进、成熟的循环曝气方式已经广泛地应用于大中型城市污水处理 MBR 工 程。

在这种曝气模式下，鼓风机连续运行，通过气体转换阀使气流在不同管路间循 环，从而实现循环曝气。

由于每个膜箱中的一般膜元件连接在同一根气管上，因此 空气得以循环。

这种循环曝气方式在工艺上和经济上均优连续曝气。

在工艺上，连 续曝气常导致膜元件内形成气流通路，只能彻底清洗组件的一部分。

而通过循环曝 气，剪切力和气流都变得不稳定，可以有效防止气流通路的形成。

连续运行的曝气 装置还易发生堵塞，而循环曝气可以对曝气装置进行有效的擦洗，显著地减轻了这
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一问题。

下图表示了曝气方式的转变，可以大大降低空气擦洗的能耗。

曝气方式见下图。

10/10 循环曝气
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第四章设备技术参数
4.1 ZeeWeed® 500d 膜元件
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最大次氯酸清洗浓度 1,000ppm （以 Cl 2 计）
4.2 ZeeWeed® 500D 膜箱
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4.3 主要设备描述
4.3.1 膜池擦洗鼓风机
膜池鼓风机是用来提供擦洗膜和去除膜表面固体颗粒所需要的空气。

膜池曝气通过持续运转的罗茨鼓风机循环曝气完成。

循环曝气采用10 秒开和10 秒关的方
式进行。

可以通过流量调节阀门/变频器来控制风量。

4.3.2 透过液离心端吸泵
透过液泵以机械方式将透过液抽吸过膜并将透过液送到产品水池。

透过液泵和管道连接到膜的内部创造一个负压条件。

每个膜列配备一台透过液泵。

透过液泵配备变频器以便在操作条件和透膜压差在一定范围内变化是能够保持恒定的产水量。

每个透过液泵出口安装一个电磁流量计，可以时时监测系统的日平均处理量。

在膜池最高液位时，透过液泵满负荷工作。

透过液泵会根据液位高低调节工作负荷。

在低流量时，一列或是多列膜池会自动进入待机状态。

每列膜池都配有一个浊度仪，由PLC 监控出水浊度。

最后所有的
透过液泵产水进入一根产水母管后进入后续产品水池。

4.3.3 反冲洗泵
系统通过反洗保持膜的透水性。

反洗是将透过液反向通过膜，并用于膜池排水过程。

反洗泵需要配备变频器以便在操作条件和透膜压差在一定范围内变化是能够保持恒定的反洗水量。

4.3.4 混合液输送泵
每个膜池配有1 台混合液输送泵，本系统总共配有3 个混合液输送泵把混合
液从生化池输送到膜池，还有1 台备用。

回流污泥通过重力从膜池回到生化池，
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使得膜池和好氧池中的MLSS 浓度接近。

污泥回流泵按照日平均流量的2 倍设
计。

设计污泥回流比为2 倍。

4.3.5 真空水射器
目前GE 全球所有最新的超滤膜系统都采用真空水射器系统。

采用这种改进的主要原因在于过去多年的经验以及实际操作显示，透过液产水中的空气远远小于原先的预测，并且透过泵一般可以处理4%左右的空气而不会有不利影响，所以连续不间断的空气去除不再是必须的，而应采用水射器的间隔性空气去除方式。

真空水射器的主要优势在于：
1）非常高效，排气速度约等于60 – 240 m3/h
2）水（液体或者水汽）进入水射器后可以简单地通过文丘里排放
3）维护非常简单，没有附件或者任何移动部件，也不需要润滑
4）不会有生锈腐蚀的问题
5）非常的紧凑，只有手掌一般大小
6）能耗非常少，仅仅间歇式操作
4.3.6 压缩空气系统
压缩空气系统主要包括空气压缩机，压缩空气储罐等设备，其主要功能为：1）为气泡测试提供压缩空气；
2）为空气动力执行机构（如气动阀等）提供压缩空气；
3）为气动隔膜泵提供气源。