反滲透系統(tǒng)基本組成解析(共13頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上反滲透系統(tǒng)基本組成解析反滲透系統(tǒng)設計概述反滲透系統(tǒng)基本組成部分1)原水供水單元：原水可能是自來水、地下水、水庫水或其它水源，但一般反 滲透系統(tǒng)都有一個儲水槽。在系統(tǒng)設計時要考慮避免二次污染，防止沙土、灰塵 等機械雜質(zhì)污染和發(fā)酵、水藻等生物污染的發(fā)生。2)預處理系統(tǒng)：針對原水得水質(zhì)指標和水源特點，設置合理的預處理系統(tǒng)，保證經(jīng)過預處理的水質(zhì)能夠達到反滲透系統(tǒng)對于 COD、SDI、余氯和 LSI 等的要求。對于一定的原水，不同的預處理工藝和污染因子去除效果會影響到反滲透膜元件類型、數(shù)量和系統(tǒng)參數(shù)的選擇。在目前越來越多的反滲透系統(tǒng)被用于地表水和回用污水的情況下，為了保證系統(tǒng)性

2、能和和效率，推薦優(yōu)先選用膜法預處理(超濾/微濾)。請參考本書卷首較為詳細的“美國海德能公司反滲透納濾設計導則”。3)高壓泵系統(tǒng)：高壓泵系統(tǒng)的壓力(揚程)和流量的選擇主要依據(jù)運行海德能設計軟件 IMSdesign 的模擬計算結果。為了保證系統(tǒng)的安全可靠，在實際選型時，可以在計算結果推薦選型的基礎上提高 10%揚程和流量規(guī)格。反滲透高壓泵要求使用性能高度穩(wěn)定的耐腐蝕泵。泵系統(tǒng)一般由給水泵和高壓泵組成，給水泵加在保安過濾器之前，用于高壓泵供水和低壓沖洗。在高壓泵出口一般要安裝手動調(diào)壓閥和慢開電動閥。手動調(diào)壓閥用于調(diào)節(jié)泵的出力，電動閥可以防止高壓泵啟動時發(fā)生水錘現(xiàn)象。4)RO 膜單元：RO 膜單元由壓

3、力容器、膜元件、管道和濃水閥門等組成，是反滲 透系統(tǒng)的核心。本章內(nèi)容主要針對 RO 膜單元的設計，包括參數(shù)選擇、流程配置、 膜元件選型、膜元件數(shù)量和排列的選擇以及設計方案的評價和優(yōu)化等。5)儀表和控制系統(tǒng)：為了裝置能夠安全可靠地運行、便于過程監(jiān)控，一般要配 備溫度表、pH 計、壓力表、流量計、電導率表、氧化還原電位計等儀表。反滲 透系統(tǒng)的運行和監(jiān)控由 PLC、儀表、計算機系統(tǒng)和工藝模擬流程模擬屏執(zhí)行，同 時設有手動操作按鈕和控制室操作按鈕，系統(tǒng)具有聯(lián)鎖保護功能及報警指示功 能。請參考本書第七章及第十三章相關內(nèi)容。6)產(chǎn)水儲存單元：產(chǎn)水儲槽(罐)主要考慮防止二次污染，容積和配置取決于后續(xù)工藝要求

4、及用水量調(diào)節(jié)需要，在產(chǎn)水儲存單元的設計中要考慮防止發(fā)生背壓。7)清洗單元：用于膜的化學清洗和消毒滅菌處理，具體設計參考第八章“污染 與清洗”。反滲透系統(tǒng)設計一般步驟1)落實設計依據(jù)：原水水質(zhì)和原水類型，產(chǎn)水的具體水質(zhì)指標。在拿到原水水質(zhì)資料時一定要確認水源的類型，可能的水質(zhì)波動范圍，取水方式及受到二次污 染的可能性。在地表水處理和海水淡化工程中，取水方式也是設計整個系統(tǒng)設計 中最為關鍵的。在污水回用處理工程中，需要反復落實排放水的水質(zhì)資料，在必 要時要同時改造污水處理系統(tǒng)以保證反滲透工藝的可行性。2)確定預處理工藝及其效果，主要是對于經(jīng)過預處理之后水質(zhì)指標的確認。我們所講的反滲透給水或系統(tǒng)進水

5、就是指經(jīng)過預處理之后的水質(zhì)。3)膜元件選型根據(jù)原水的含鹽量，進水水質(zhì)的情況和產(chǎn)水水質(zhì)的要求，選擇適當?shù)哪ぴ?。膜元件的選型請參考卷首的設計導則及膜元件選型指導地形圖。4)確定膜通量和系統(tǒng)回收率根據(jù)進水水質(zhì)和處理水指要求的等級不同，決定RO膜元件的種類和單位面積的產(chǎn)水通量(gfd或L/m2h)和回收率。產(chǎn)水通量可以參照海德能設計導則?；厥章实脑O定要考慮原水中含有的難溶解性鹽的析出極限值(飽和指數(shù))、給水水質(zhì)的種類和產(chǎn)水水質(zhì)。通常，單位面積產(chǎn)水量J和回收率R設計的過高，發(fā)生膜污染的可能性大大增加，造成產(chǎn)水量下降，清洗膜系統(tǒng)的頻率會增多，維護系統(tǒng)正常運行的費用增加。所以，在進行設計系統(tǒng)時，在條件可能

6、的條件下，希望寬余的設計產(chǎn)水通量和回收率。5)排列和級數(shù)當確定了設計產(chǎn)水通量 J(gfd)和產(chǎn)水量 Qp(gpd)值，所需理論膜元件數(shù)量 Ne 安 以下方程計算。(7-1)Qp 產(chǎn)水量 (gpd)J 單位面積產(chǎn)水通量(gfd)S 膜元件面積(ft2)f 污染指數(shù)Ne 理論膜元件數(shù)通常 RO 系統(tǒng)排列方式以 2:1 的近似比例排列的方式較多。例題產(chǎn)水水量 60000 gpd設計 Flux 14 gfd膜元件面積 400 ft2解答 按公式(7-1)計算理論膜元件數(shù)量 理論膜元件數(shù)量 (四舍五入)壓力容器數(shù)量(按標準 6 芯裝膜殼計算) (四舍五入)各段壓力容器的數(shù)的決定 RO 系統(tǒng)以 2:1 方

7、式排列時，24/(2+1)=8，膜元件以(168)的方式排列。 RO 系統(tǒng)以 4:2:1 方式排列時，24/(4+2+1)=3.42，膜元件以(13.766.85 63.43 6)的方式排列。 實際系統(tǒng)的壓力容器以整數(shù)出現(xiàn)，四舍五入后為系統(tǒng)為(1473)方式排列。以上的初步計算結果代入 IMSdesign 進行評估。6)優(yōu)設計根據(jù)設定的單位面積的產(chǎn)水通量 J，回收率，水溫變動范圍，研究討論膜組件的排列列方式，設計計算壓力，流量。這時使用海德能公司提供的 RO 設計元件 (IMSdesign)可以很方便的邦助客戶完成這個關鍵任務。根據(jù)根據(jù)要求的產(chǎn)水量Qp，考慮水源的種類和膜污染符合因素的基礎上計

8、算為了滿足這個產(chǎn)水要求所需的膜元件數(shù)(Ne)。根據(jù)回收率，估計壓力容器數(shù)(Nv)和系統(tǒng)排列方式。以上的條件輸入到設計元件中，通過種種的排列計算，得到進水的操作壓力，產(chǎn)水水質(zhì)，同時可以得到各個段的膜元件的性能，選擇最優(yōu)組合。單級反滲透設備,反滲透直飲水設備,反滲透設備6.3 流程配置膜單元(RO 模塊)由標準支架和膜殼壓力容器、連接管道及進水、濃水和產(chǎn)水總管組成。膜元件安裝在壓力容器中。壓力容器兩端有產(chǎn)水出口，位于端板的中心，進水和濃水口分別位于容器相對兩端。每只膜殼壓力容器可串連 1-7 只膜元件。 如圖-1 所示，第一只膜元件的產(chǎn)水管和最后一支元件的產(chǎn)水管與膜殼端板相連 接。膜殼的產(chǎn)水管互相

9、連接。每個膜元件的一端有一個濃水密封圈，將膜元件內(nèi) 部流道與元件外層和膜殼之間的間隙隔開，防止進水的短路現(xiàn)象，迫使進水全部 通過膜元件的流道。在進水流經(jīng)每只元件時，部分進水體積轉化為產(chǎn)水。剩余進 水的鹽濃度增加。產(chǎn)水經(jīng)由產(chǎn)水管導出。收集起來的產(chǎn)水的鹽度延濃水走向增加， 在進水處最低，在濃水口最高。系統(tǒng)的壓力容器背分為幾組，叫做濃水分段，在每一段中的壓力容器平行并聯(lián)。 每段所含的壓力容器數(shù)目延進水走向減少，一般為 2 : 1，如圖-2 所示?？梢钥闯鲞M水通過壓力容器的流量分布呈金字塔形：在塔底的進水流量高，在塔 頂?shù)臐馑髁肯鄬Φ汀ｋS著進水流量的減小，平行壓力容器數(shù)目逐段遞減。所有 組件的產(chǎn)水最

10、后匯集到一個共同總管中。這種錐形排列使整個系統(tǒng)的每個容器保持相近的進水/濃水比例，這個比例要符合膜元件的技術規(guī)格要求。流量過高會引起壓力損失過大或可能的膜元件損害。流量過低則不能形成紊流，膜表面鹽的濃度會過高。對于一個給定的 RO 系統(tǒng)， 濃縮段數(shù)取決于產(chǎn)水回收率和每只膜殼中的膜元件數(shù)。為了避免在膜表面形成過 渡的濃差極化，每只膜元件的回收率不能超過 18%。在苦咸水淡化 RO 系統(tǒng)設計 中，通常在工程設計中采用 9%左右的單個元件回收率。這樣由 6 芯組件構成的 RO 單元，有 2 根組件時并聯(lián)回收率為 60%，有 3 根組件時(2 :1 排列)回收率 為 75%。如果采用 7 芯組件，2

11、段的配制可使回收率達到 85%。濃水循環(huán)最簡單的膜單元是只裝一只膜元件的一根膜殼壓力容器。最小的系統(tǒng)采用這種配 制，產(chǎn)水回收率通常限制在 15%。為了增加系統(tǒng)的回收率，將部分濃水返回到 進水泵吸入口。濃水循環(huán)配制如圖-3 所示，主要用在非常小的反滲透系統(tǒng)中。 這種設計的優(yōu)點在于 RO 單元非常緊湊。濃水循環(huán)的缺點在于，為了保持高進水 流速，需要用較大的泵。這樣能耗就比多段設計要高。由于在進水中摻合了濃水， 平均進水鹽度會增加，進水壓力和產(chǎn)水鹽度都會增加。濃水分段(多段系統(tǒng))商業(yè)化 RO 單元通常由一臺泵和一個多段組件排列組成，圖-4 中是一個簡化的兩段式RO元件。第一段的濃水作為第二段的進水，

12、這就是所謂“濃水分段”。多段單元中的流量 和壓力用進水及濃水閥門控制。高壓泵出口的調(diào)節(jié)閥門控制進入系統(tǒng)的流量。濃 水閥位于 RO 模塊的濃水排放口，用于控制進水壓力和回收率。產(chǎn)水流量分配在一些情況下，需要平衡段間產(chǎn)水流量，比如增加后段的產(chǎn)水流量，減少前段的產(chǎn)水流量。為了達到這樣的目的，可參照下面介紹的兩種設計配置方案來實現(xiàn)。產(chǎn)水背壓一種方案是在首段的產(chǎn)水管上安裝一個閥門通過這個閥門的限制，增加了產(chǎn)水背壓，降低了凈驅(qū)動壓力，降低了首段產(chǎn)水通 量。差出的通量由二段在系統(tǒng)壓力升高之后產(chǎn)生。段間增壓第二種方案是在濃水管線上安裝一個段間增壓泵，如圖-6 所示。增壓泵將增加 二段的進水壓力，從而增加產(chǎn)水流

13、量。采用產(chǎn)水限制閥門的設計簡化了 RO 系統(tǒng)，投資成本低，但這種方案由于產(chǎn)水限制閥門增加了額外的動力損失，系統(tǒng)的能耗增加了。段間泵設計需要對段間總管進行改造，并增加一個泵單元。投資成本高于第一種方案，但能耗較低。二級反滲透在一些應用中，單級反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水無法能夠滿足對鹽度的要求。比如： 海水淡化 RO 系統(tǒng)，進水鹽度太高或產(chǎn)水回收率或水溫太高。苦咸水 RO 系統(tǒng)，但產(chǎn)水需要供給高壓鍋爐或電子工業(yè)。為了進一步降低產(chǎn)水鹽度，一級 RO 產(chǎn)水要進行二級 RO 脫鹽。這種配置叫做二級 設計，或產(chǎn)水分段。取決于是否將全部一級產(chǎn)水進行二級 RO 處理，叫做完全或 部分二級系統(tǒng)。一級產(chǎn)水是非常潔凈的水，懸

14、浮物和溶解性物質(zhì)含量很低，不需要任何預處理。二級系統(tǒng)的平均通量可以相對較高。二級 RO 單元的平均通量一般設置為 20GFD，回收率為 85%-90%。在二級系統(tǒng)中，一級產(chǎn)水進入一個儲槽，或供給二級RO單元的高壓泵。二級 RO 系統(tǒng)有許多配置形式。圖-7 是一種部分二級系統(tǒng)。部分二級部分一級產(chǎn)水經(jīng)過二級處理后與未經(jīng)處理的部分進行混合。如果部分二級處理就 能達到產(chǎn)水要求，結合二級系統(tǒng)的高通量設計，這種部分二級配置會比完全二級 配制的投資和運行成本要低的多。單級反滲透設備,反滲透直飲水設備,反滲透設備在二級系統(tǒng)中，二級濃水返回到一級進水口是非常普遍的。二級濃水中的含鹽量 通常比一級進水的含鹽量要低。所以將二級濃水返回到一級進水中會有助于降低 進水鹽度，增加整體的水利用率。RO 系統(tǒng)估算可按以下步驟確定生產(chǎn)一定量的產(chǎn)水的系統(tǒng)的近似大小(膜元件數(shù)的膜殼數(shù))： a. 選擇膜元件類型和組件b. 根據(jù)進水水質(zhì)選擇通量范圍c. 將期望的裝置生產(chǎn)能力除以設計通量和單個膜元件膜面積數(shù)(在元件說明上 有膜面積數(shù))。d. 將總膜元件數(shù)除以單根膜殼裝填膜元件數(shù)。取計算結果的整數(shù)。e. 選擇適當