反渗透经济运行控制

2024-07-17

反渗透经济运行控制（共7篇）

反渗透经济运行控制篇1

0 引言

反渗透膜法水处理工艺是目前火力发电厂除盐水补给水处理系统除盐最有效的技术之一。由于反渗透在正常运行过程中不可避免地受到入口水温度、pH值、原水含盐量、膜清洗方式、运行方式等因素影响, 所以, 会引起反渗透装置出力或脱盐率下降、自用水耗增加、制水成本增加等现象。对此, 提高反渗透运行效率、降低制水成本对企业提升经济效益具有重要的意义。

1 生产现状及存在问题

宏伟热电厂除盐水补给水处理系统由生水预处理系统、反渗透脱盐系统和离子交换除盐系统组成, 分为一期水处理系统和二期水处理系统。一期水处理系统反渗透4列, 每列分2段, 共17个压力容器, 按11:6方式排列, 共配置BW30-400膜元件408根, 单列设计出力为120 t/h。二期水处理系统反渗透2列, 共配置BW30-400膜元件136根, 单列设计出力为100 t/h, 膜材料均为卷式复合膜。一、二期水处理流程:高效过滤器→弱酸阳离子交换器→过滤器→高压泵→反渗透→除碳器→中间水箱→中间水泵→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。

反渗透系统在长期运行过程中会出现一二段运行压差增大、脱盐率降低、产品水回收率严重下降等现象。各台设备2008年3月以前运行参数列于表1。

反渗透系统正常运行时的压差应小于0.30 MPa, 脱盐率大于98%, 产品水回收率大于75%。由表1可以看出, 6套反渗透系统的脱盐率均小于93.0%, 平均产品水回收率仅为59.5%, 各项指标与设计值都有很大的偏差, 反渗透运行效率有待提高。

2 原因分析

反渗透的作用:在高于溶液渗透压的压力下, 借助于只允许水分子透过的反渗透膜的选择截留作用, 将溶液中的溶质与溶剂分离, 从而达到纯净水的目的。反渗透设备将预处理后的原水经高压泵加压透过半透膜, 使大量的纯水流出, 将大部分的盐类除去。从反渗透运行程序上分析, 反渗透运行效率降低有以下几个原因。

2.1进水含盐量大、浊度大对反渗透脱盐率和产水量的影响

反渗透设备 (RO) 入口水质指标见表2。渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数。含盐量越高, 渗透压越大。在进水压力不变的情况下, 净压力减小, 产水量降低。另一方面, 进水含盐量越高, 浓度差也越大, 透盐率上升, 从而导致脱盐率下降, 如图1所示。

2.2 进水温度低对反渗透产水量的影响

进水温度对产水量有一定的影响, 温度增加1 ℃, 膜的透水能力增加2.7 %。反渗透膜的进水温度不能低于5～8 ℃。当进水温度从11 ℃升至25 ℃时, 产水量提高50%。当进水温度高于30 ℃时, 大多数反渗透膜变得不稳定, 会加快水解的速度。反渗透膜运行温度控制在25～30 ℃为宜, 如图2所示。

2.3 清洗保养不到位使膜结垢污堵

在RO停运期间, 没有很好的进行清洗保养, 导致大量细菌繁殖, 反渗透膜性能下降。没有定期对反渗透设备进行药物清洗, 致使膜原件结垢污堵, 透水率下降, 产品水回收率降低。

2.4 运行工况实时调整不合适

由于反渗透系统是中间设备, 其运行出力要根据下级设备需求而实时改变。当下级设备需求的出力低于反渗透运行出力时, 用反渗透设备的频繁起停来调节, 缩短了设备寿命, 增加了电损耗, 致使制水成本上升。

3 采取措施

3.1 消除入口水浊度大和含盐量高的影响

a.对高效过滤器定期反洗。反洗时, 除去水中悬浮物和泥沙, 反洗合格后, 再正洗;正洗出水合格后, 方可投入使用。

b.严格控制弱酸阳床失效终点。生水硬度在2.5 mmol/L左右, 把弱酸阳床的失效终点由1.5 mmol/L降低到1.0 mmol/L, 有效降低RO入口水的含盐量。

c.定期检查并及时更换过滤器滤芯。防止滤芯发生泄露引起反渗透膜的颗粒污染。

d.高压泵入口压力应大于0.05 MPa, 防止空气或过滤器前截留物被高压泵抽入反渗透膜。

3.2 提高入口水温

冬季水温较低, 应及时通知汽机投入生水加热器, 保证进水温度为25 ～30 ℃。

3.3 做好反渗透系统的维护工作

a.低压冲洗。定期对RO进行大流量、低压力、低pH值的冲洗, 有利于剥除附着在RO膜表面上的污垢, 维持反渗透膜性能。

b.停运保护。在RO短期或长期停用时, 必须采取相应的保护措施。短期保存适用于停运15 d以下的RO系统, 可采用每2 d低压冲洗1次的方法;每次冲洗完后, 需关闭反渗透装置上所有进出口阀门。长期停用保护适用于停运15 d以上的系统, 必须用保护液 (杀菌剂) 充入反渗透装置进行保护。

c.化学清洗。在正常运行条件下, 反渗透膜可能被无机物垢、胶体、微生物、金属氧化物等污染, 这些物质沉积在膜表面上会引起反渗透装置出力下降或脱盐率下降、压差升高, 甚至对膜造成不可恢复的损伤, 因此需定期对反渗透膜进行化学清洗。

3.4 调整运行工况

根据供水水量, 调整反渗透运行工况。当供水水量小于50 t/h时, 用静压冲洗运行, 不需要启动高压泵, 节约了用电量, 不用频繁启停反渗透设备。

4 效益分析

对反渗透系统采取优化运行措施后, 对一、二期水处理系统6套反渗透设备进行了长时间运行检验, 数据如表3所示。

反渗透进水SDI控制的运行调试篇2

关键词：地表水,机械澄清池,空气擦洗滤池,高效过滤器,活性碳过滤器

随着反渗膜制造工艺日臻成熟, 反渗透设备的性价比得到相当的提高, 该系统在工业上的应用也越来越广泛, 特别是在电力行业中, 近几年新建电厂中几乎都有采用。因反渗透系统对进水水质有相当高的要求, 对于采用地下水的系统, 污染密度指数SDI较容易达标, 可随着国家对地下水开采的控制越来越严, 采用地表水已成为了趋势, SDI也就成了进水水质是否达标的一个重要指标, 因此, 反渗透进水SDI控制成了反渗透能否正常运行的关键。

1 系统简介

江苏省盐城发电有限公司位于里下河的下流, 全厂水源均采用地表水, 流程是这样的:水源经原水泵至机械搅拌澄清池, 在进机械搅拌澄清池中混凝剂聚合氯化铝, 处理后的出水到重力空气擦洗滤池过滤后储存到化学水箱, 通过化学水泵输送至高效纤维过滤器、活性碳过滤器, 在高效纤维过滤器进口前加杀菌剂, 活性碳过滤器出水作为反渗透系统的进水。

系统主要设备相关参数见表1。

按国家标准, 反渗透系统进水的SDI值应小于5, 反渗透系统的供货商推荐SDI值小于4。该系统运行初期, SDI值一直在5以上运行。我任化学运行专职期间, 对该系统作了一些试验性调整工作。

2 调试情况

根据系统及水质情况, 在现有设备的基础上, 我们通过调整系统内各个设备的运行参数、方式以及运行周期, 最终使活性碳过滤器出水的SDI值<5。

2.1 机械搅拌澄清池的运行调试

原水经原水泵输送到机械搅拌澄清池, 这是预处理的第一道工序, 在这里, 大部分的悬浮物应被去除, 以减小后续工序的处理负荷。而机械搅拌澄清池出水的好坏, 与聚合氯化铝的加入量、搅拌机的转速、反应池泥渣浓度这几个因素相关, 而反应池泥渣浓度, 不但与搅拌机转速相关, 还与排泥量、排泥周期有关。对此, 我们做了相应的试验。在试验中, 发现聚合氯化铝的加入量, 并非越多越好, 超过某一界限后澄清效果后下降, 搅拌机的转速也同样存在这个问题, 快了矾花被打碎, 不能完全沉降下来, 慢了泥渣提升量不足、反应区泥渣浓度会下降, 混凝效果不明显, 出水浊度高, 针对此情况, 试验采用多参数同时调整的方式进行, 以缩短找出最佳工况的时间。澄清池运行参数的调整应基于该公式。

式中:B为叶轮提升高度 (m) ;

Q'为叶轮提升流量 (m3/s) , 取Q'= (3～5) Q;

Q为处理水量 (m3/s) ;

K为系数, 取3.0;

n为叶轮转数 (转min) ;

d为叶轮直径 (m) ;

经过一段时间的调整、观察后, 确定聚合氯化铝的加入量为30～40mg/L, 在处理水量地350t/h～550t/h范围内, 搅拌机转速调整为8～15r/min, 5min泥查沉降比控制在35%～25%, 并据此进行排泥, 排泥时执行多次、短时间、大流量的原则。

2.2 空气擦洗滤池的运行调试

根据实际情况, 实行两台切换运行, 通过实践, 结合运行情况, 最终确定运行周期为10天。若阻力过大, 则立即反洗。

2.3 活性碳过滤器的运行调试

本系统共配置了6台活性碳过滤器, 设计出力为每台60t/h, 滤层高1800mm, 直径3000mm, 在调试过程中发现, 出水水质与运行负荷成反比, 故决定六台同时运行, 并调节进水流量, 使各台滤床负荷相近, 正常在35t/h～15 t/h之间变化, 以减轻各台滤床的负荷。在反洗时, 发现反洗流量达到350t/h时, 活性碳层也基本不浮动, 反洗效果差, 对此, 我们取出了部分活性碳, 使滤层高度降到1200mm, 并将水帽缝隙为5mm的原出水帽更换为水帽缝隙为10mm的水帽, 同时, 在反洗时, 坚持先小流量反洗, 逐步增加反洗流量至350t/h, 并在正洗时, 加强观察, 至出水中无碳粉颗粒为止。通过检测出水浊度, 我们发现, 运行22天内出水无浊度, 超过22天后出水可检出浊度, 结合我厂运行情况, 我们确实运行周期为20天, 每10天反洗三台活性碳过滤器, 一方面增加系统的稳定性, 减小反洗给系统带来的变化, 另一方面, 也使每次的反洗工作量不至过大。若运行中遇SDI值超标时, 则提前反洗。

3 结论及改进措施

通过以上调试工作, 预处理系统出水的SDI值能够稳定在5以下, 说明该系统, 只要运行、调整得当, 是能够稳定运行, 其出水SDI值也能达到国家标准的要求。

在此次调试过程中, 我们也发现了一些问题, 并提出相应的改进措施, 具体如下。

(1) 机械澄清池加药的改进。目前机械澄清池只加入混凝剂, 加入方式是手工调节, 不能随流量的变化而自动调节, 而且澄清池也没有加杀菌剂, 建议将加药方式改为自动调节加药, 聚合氯化铝加入量随处理水量的变化而自动调节, 以保证PAC浓度保持在最佳范围内, 并在机械澄清池中加入杀菌剂, 以减轻空气擦洗滤池及后续设备中有机物污染的压力。

(2) 活性碳过滤器的改进。通过运行实践, 我们建议将反洗出水水帽拆除, 此次虽然换了缝隙大点的水帽, 但反洗时, 仍容易堵, 并且反洗时间过长, 用水量大, 拆除水帽, 虽然有使活性碳跑出来的可能, 但, 只要加强责任心和运行管理, 跑碳粉的可能还是可以避免的, 并且这样可以更容易洗出碎碳粉, 正洗的时间也就能得到相应的缩短, 节约用水。

(3) 高效纤维过滤器的改进。在运行中我们发现, 高效过滤器的皮囊很容易漏, 一漏就影响过滤效果, 纤维束也容易脱落。建议进行技改, 改成无囊纤维过滤器, 或换成叠片过滤器。

(4) 目前预处理的杀菌剂加入点在高效纤维过滤器的进口, 杀菌剂作用时间过短, 加入量偏多, 夏季时, 正常加入量情况下SDI测定仪的膜片上常有绿色有机物, 需调大加入量。杀菌剂在使用一段时间后, 应及时更换种类, 以防细菌产生耐药性。

4 结语

反渗透水处理运行的监督实践篇3

反渗透 (Reverse Osmosis) 属于全膜法水处理工艺 (IMT) , 它仅依靠水压力作为推动力, 采用无相变的物理方法, 使水得以淡化、纯化。水透过反渗透膜的机理主要有氢键理论、溶解扩散理论、选择性吸附—毛细流动3种理论, 但至今仍没有定论。反渗透相对于传统水处理工艺的优点是, 不用酸碱再生, 无废液排放污染环境;系统简单, 操作方便;适用水质广, 占地面积及所需空间小;运行维护维修工作量小;除硅效率可高达99.5%, 除有机物等胶体率可达95%;无需停运再生且出水水质稳定等。因此, 现在反渗透不仅应用于苦咸水、海水淡化, 饮用水及废水处理, 还广泛用于电力、化工、饮料以及电子等行业。但是, 如果运行中监督不细致不到位, 不仅会影响到系统产水量及产水水质, 还会使化学清洗频繁, 不仅减少了运行时间, 而且大幅度提高了运行成本。

1 古交电厂反渗透的工作模式

反渗透膜的工作模式种类很多, 按外形分为涡卷式、板框式;按形态分为复合反渗透膜、非对称反渗透膜;按膜的工作压力分为低压反渗透膜、超低压反渗透膜等, 按膜的材质来分则种类更多。膜的选用可根据原水水质和应用条件等来进行综合考虑。

西山煤电集团古交电厂使用的是美国陶氏化学公司生产的, 交联全芳香族聚酰胺涡卷氏复合膜, 属于低压反渗透膜, 型号为BW30-400。其400的含义是有效表面积为37 m2 (400平方英寸) , 水处理系统方式为一级反渗透+二级反渗透+EDI, 其中, 一级反渗透为一级两段式, 10∶5排列, 系统水回收率为75%, 脱盐率大于97% (3 a内) ;二级反渗透为一级三段式, 5∶3∶1方式排列, 系统水回收率90%, 脱盐率大于90% (3 a内) 。

2 运行监督实践

卷式膜系统现已被广泛应用, 从实践中总结, 其优点是投资少, 安装方便;结构紧凑, 单位体积内的有效膜面积大;制作工艺简单;适合在低压、低流速下操作, 耗电低;缺点是对原水预处理要求较高, 且如果运行中膜被污染, 清洗比较困难。

古交电厂的系统于2005年投入生产, 根据投产5 a来的运行实践, 并结合相关文献资料, 得出运行监督方面的体会。

2.1 运行药剂的使用

运行中所加药剂包括杀菌剂, 还原剂, 阻垢剂及碱。杀菌剂加药点在预处理系统, 由于涡卷式膜对原水预处理要求较高, 预处理系统运行的好坏是反渗透系统能否安全稳定运行的关键因素之一。

古交电厂采用的预处理系统由双滤料过滤器+超滤构成, 双滤料过滤器采用石英砂和无烟煤作为过滤滤料, 具有出水水质稳定、性能可靠、工艺流程简单、操作简便等优点, 其出水水质能够满足超滤进水的要求, 保证了后续工艺装置的安全稳定运行。

另外, 稳定合格的水质还可以提高反渗透装置的回收率。根据原水水质为防止超滤装置受到有机物污染, 设有杀菌剂加药装置。超滤膜元件采用的是西门子公司的L20V外压式膜元件, 能够除去水中的大分子颗粒、胶体、部分有机物, 有效地降低原水的浊度及SDI值, 确保预处理的产水水质与水量, 完全满足反渗透装置进水水质要求。

古交电厂使用的杀菌剂次氯酸钠为氧化性杀菌剂, 加入杀菌剂是为杀灭原水中微生物, 减少膜的污堵。若加入量过少则达不到效果, 反之加入过量的话, 后续工作还需要加入更多的还原剂, 就会造成药品的浪费, 只要控制预处理出水余氯介于0.5 mg/L～0.8 mg/L就可以了。

加入还原剂是为了中和杀菌剂的氧化性, 因为反渗透膜对水中氧化性物质非常敏感, 抗氯性能差, 这些物质会造成膜的氧化, 使膜造成不可逆损伤, 影响膜的性能和寿命。

古交电厂采用亚硫酸氢钠, 以消除来水中的氧化性物质, 加药量应保证系统进水氧化剂余量接近于“0”, 控制反渗透进水余氯约0.1 mg/L, 绝不允许大于0.3 mg/L。

阻垢剂的主要作用是相对增加水中结垢物质的溶解性, 古交电厂使用PTP2000复合阻垢剂, 它具有抑制析出、分散、晶格扭曲及络合作用。阻垢剂的加入量需要设备厂家做相关试验来确定, 我们必须依据系统调试时设备供应商提供的加药泵参数 (如频率和冲程) 来调整。

加碱是为提高水的pH值到8.3左右, 使水中CO2转化为碳酸根后, 再经反渗透除去, 如, pH值低于8.3则水中溶解的CO2转化不完全, 水中溶解气体反渗透就不能除去的;pH值超过8.3则增加了反渗透膜结碳酸盐垢的可能性, 其次也造成了药品的浪费。碱的浓度可根据加药泵频率和冲程以及入口pH值作出调整。

巡检过程须注意以上各加药泵的运行状态, 尤其杀菌剂计量泵, 会经常出现打空泵现象。这是由于杀菌剂见光易分解产生气体, 要及时发现及时排气。

2.2 反渗透装置进水监测项目

反渗透装置进水监测的项目包括SDI, pH, 导电度, 水温, ORP。

SDI (SILT DENSITY INDEX) 即给水淤泥密度系数, 是反渗透给水的重要指标, 用来表征水中胶体及悬浮颗粒的污染因素, 一般不会产生突变, 每班测定一次即可。

古交电厂原水预处理方式为多介质过滤器加超滤, SDI值控制小于3。进水pH与导电度变化可以看出原水水质导电度的变化, 古交电厂原水水质pH为7.2, 导电度约为580×10-6 S/cm, 根据原水与产水导电度可以计算出反渗透装置脱盐率。如, 原水水质不变, 一般此两者不会有太大变化。进水温度要控制在18 ℃～25 ℃之间, 变化范围尽量小, 原水加热装置最好使用自动加热。因为水温变化会使反渗透产水量、产水导电度、段间压差产生明显变化。水温上升, 水的黏滞度降低, 水通量与盐的透过率上升。当水温上升1 ℃, 产水量会上升2%～3%, 而盐透过率会上升更多。

ORP即氧化还原电位, 当氧化剂与还原剂达到某一平衡值时, 对于同一水质是一定值。可以将反渗透进水余氯控制为0.1 mg/L时, 氧化还原电位值作为标准, 以此监督运行。当运行中氧化还原电位值与此值偏离较大时, 说明氧化剂或还原剂的加入量出现异常 (超过标准值说明氧化剂相对过剩) , 必须立即检查各加药泵运行情况, 或调整药剂浓度, 使氧化还原电位在最短时间内恢复到正常值[1]。

2.3 反渗透装置运行监测项目

反渗透装置运行监测项目包括段间压差, 进水流量, 浓排流量。

系统调试完毕, 在正常的额定进水压力、流量下, 投运初期一级反渗透 (一级两段式) 段间压差约0.12 MPa, 随运行时间的延长, 段间压差会逐渐上升, 当达到0.25 MPa (不允许大于0.3 MPa) 时就应当停下来进行化学清洗。因为段间压差大可以导致膜组件内部元件尤其是密封圈的损坏。二级反渗透 (二级两段式) 的段间压差为0.18 MPa和0.13 MPa。由于进水水质是比较稳定的, 进水流量与浓排流量不允许改变, 进水流量大于设定值, 会使第一根反渗透元件的给水与浓水压力降超过10 psi, 使其承受更大的压力降, 就可能使第一根膜组件变形, 端部窜出而且使给水隔网变形, 导致损坏膜元件。进水流量低于设定值, 会使容器内最末段膜元件横向流速不够, 膜表面盐的反向扩散速度就低, 使盐的透过率增加, 从而加重浓差极化现象, 促进胶体等在膜表面的沉淀。新设备投运后, 由于压缩和剪切蠕变膜会出现压密现象, 导致膜的透过率下降。运行200 h后, 应当重新调整反渗透进水手动门与浓排调整门的开度, 使反渗透保持设计回收率。不要单纯为节水而提高设备回收率, 那将会得不偿失。

系统在投运、停运或低压冲洗时, 如果需要手动操作, 一定不可使产水侧压力值高于原水侧。因为反渗透膜绝对不能承受反压, 这一点需要特别注意。当系统停运48 h以上时, 必须注意防止膜元件干燥, 因为元件干燥后会出现产水量的不可逆下降;采用适宜的保护措施防止微生物滋生或每24 h进行定期冲洗, 如果无法做到每24 h进行冲洗一次, 就必须采用化学药品进行封存;避免系统受到极端温度的影响。

2.4 寿命问题

反渗透运行中各监测项目以及原水预处理系统的产水指标, 均是为保证膜的运行寿命而提出的。只要以上各项均能达到设计要求, 膜的运行寿命完全可以达到设计值 (6 a以上) 。但是随着运行时间的延续, 其产水量会有所降低, 这种现象就是反渗透膜特性指标中的水通量衰减系数, 是正常现象。在流量正常衰减情况下仍然可以连续制水, 不需要更换反渗透膜。

参考文献

电厂反渗透运行方式的技术改造篇4

××电厂的目前反渗透装置设备参数如表1所示。

2 反渗透系统目前存在的问题及解决对策

2.1 反渗透给水水质情况

污染指数 (SDI) ≤3, 细菌含量:10个/mL, 给水有机物含量 (TOC) :<3mg/L, 悬浮物<1mg/L, 浓度≤0.2NTU, Fe≤0.05mg/L。

2.2 反渗透进水水质情况

污染指数 (SDI) 在3~4之间, 细菌含量<5个/mL, 给水有机物含量 (TOC) <3mg/L, 悬浮物<1mg/L, 浓度≤0.2NTU, Fe:0.1mg/L~0.15mg/L, 水温:4℃~100℃.有时加和NaHSO2比不合适, 余氯值有时>0.1mg/L。

2.3 反渗透运行中存在的问题

给水水质个别项目指标不合适:给水SDI值高达3~4 (要求≤3) , Fe含量高达0.1mg/L~0.15mg/L (要求≤0.05mg/L) 。水温太低4℃~10℃ (要求15℃~30℃) 。给水余氯有时超标 (要求<0.lmg/L) 。

反渗透给水压力太高:反渗透给水压力太高达2.2MPa, 超出规定值1.7MPa~2.0MPa.

反渗透正常运行周期短:反渗透正常运行周期短, 一段和二段压差增值过快, 脱盐率下降, 产品水产量下降, 存在膜的污染现象。

2.4 针对反渗透存在问题的对策

改造细砂过滤器:减轻滤料自重.由石英砂单介值滤料, 改造为无烟煤、石英砂双级滤料, 以改善反渗透给水水质。

提高反渗透给水温度:通过给反渗透给水加入蒸汽, 提高给水温度, 来提高扫渗透膜的水通量, 降低反渗透压差值。

改造高压泵降低反渗透给水压力:更换或改造高压泵, 降低反渗透给水压力值2.2MPa到正常值1.7MPa~2.0MPa, 避免反渗透膜压实作用, 提高水的通透量。

化学清洗反渗透膜:对反渗透膜进行及时的化学清洗, 以提高反渗透膜的产水率, 降低压差, 避免反渗透膜的污染损毁。

增建曝气一锰砂除铁装置:针对原水铁含量高, 而细砂过滤器除铁效率不明显, 后续工程加建“曝气一锰砂除铁”装置, 以使铁含量下降, 至反渗透给水要求值, 即簇0.0 5 m/L。

解除原加药系统:解除NaC10和NaHSO2加药系统, 避免余氯以及反渗透出水钠含量超标。

3 反渗透运行方式的技术整改

反渗透膜的水通量是在一定操作条件下膜的生产能力, 它是膜的一个重要的经济性特性指标, 膜的通透量是指单位时间内, 单位膜面积上透过的渗透物的量, 其定义为:

式中J为膜的通量, V为透过液的体积, s为膜的有效面积, T为操作时间。

在较窄的使用温度内, 以25℃为基准温度, Pohland提出如下渗透通量的温度修正, 即

式中T为实际运行温度, JT为实际运行温度下的渗透通量, J23为25℃下的渗透通量, 1.03为修正系数。

3.1 提高反渗透给水温度的技术措施

由公式 (2) 知, 提高给水温度, 可降低给水粘度, 从而使渗透通量增局。由于生水经细砂过滤器直接进入反渗透, 原设计没采取加热措施, 因而反渗透给水温度偏低, 一般在8℃~12℃, 若取平均水温为10℃, 则可由公式 (2) 计算出10℃时渗透通量为25℃时渗透通量的比率:J10=1.0310-25, J26=0.64J26。即从理论上来讲, 10℃时渗透通量为25℃时渗透通量的0.64倍, 反之, 若将给水温度由10℃提高到25℃, 则由J26=1.56J10知, 渗透通量增为10℃的1.5倍之多, 净增原渗透通量的一半之多。根据以上理论计算结果, 作出技改方案。

购置生水加热器, 将汽轮机低压抽汽引接生水加热器, 将反渗透给水水温由原来10℃左右提高到25℃左右。

3.2 降低反渗透给水压力的技术措施

由以上分析计算知, 若要提高给水温度到25℃, 反渗透的渗透通量可增加约50%。因此, 在保证同一渗透通量的要求下, 可以通过提高给水温度措施, 来降低用来补偿温度过低而调高的给水压力。现在反渗透给水压力在2.2MPa, 而厂家设计反渗透膜元件的标准操作压力为14Kgf/cm2 (1.37MPa) , 通过MPa给水压力计算来验证实际应给定的给水压力值, 计算过程如下:

反渗透给水压力的理论计算:已知条件为原水为地下井水, 原系统给水为软化后井水, 改造后系统直接为井水;井水的TDS平均水平值为800mg/L;SDI值为3;单套反渗透处理水量30m3/h;回收率75%;每个压力容器内装6个膜元件;BW30-330 (Ф8”×40”) 膜元件;在测试条件为25℃, 225psi (1.55MPa) , 2000mg/LNaCl情况下, 渗透水量为Q=28m3/h膜元件浓水/渗透水最小比值为6∶4;反渗透装置为一级两段, 4-2排列;反渗透注入的淡水箱入水口高度5m;水温为20℃时, 净运行压力的温度校正系数为T=1.235;按设计说明书知单根膜元件渗透水流量, 即产水量 (设计值) 为q=19.5m3/day;每根膜元件压降<10psi (0.07Mpa) 。

由以上分析知, 若要提高给水温度到25℃, 反渗透膜的渗透通量可增加50%。因此若提高给水温度, 在相同渗透通量下, 可降低给水压力。现系统给水压力为2.2MPa~2.4MPa, 大于计算得出的要求值2.0MPa, 因此必须降低给水压力到2.0MPa, 从而避免高给水压力给渗透膜产生的压实作用, 反而又使渗透通量下降情况的发生。因此, 决定执行降低给水压力措施, 方案确定为, 拆撤原多级高压给水泵的两级叶轮, 由原5级撤减为4级, 从而降低给水压力在要求值范围内, 即2.0MPa。

4 结语

经过本次改造使得使得除盐补给水的水质大为提高, 在很大程度上避免和减缓了热力系统的腐蚀、积盐和结垢, 从而保证了机组的安全稳定运行, 保障了对当地的正常发电和供电, 经济效益非常可观。

参考文献

[1]梁轶.工业水处理中浅除盐技术的应用[J].工业水处理, 2001, 21 (3) :34～36.

反渗透经济运行控制篇5

关键词：反渗透,太阳能,节能

1 背景及意义

反渗透广泛应用于海水淡化、锅炉补给水的软化脱盐以及医药纯化水和饮用瓶装水的生产和污废水的处理。反渗透系统的运行压力通常为1.8MPa, 能耗高。考虑反渗透水处理节能, 常用节能措施是利用能量转换器把高压条件下反渗透浓水余压能量予以回收、利用, 达到节能、高效的目的。这种节能方法容易出现回水与进水相混的缺点, 也无法降低水泵的运行压力, 对设备材料要求高, 运行过程中易发生漏水现象, 设备运行安全性和可靠性较低。

目前, 反渗透设备操作主要考虑运行压力, 进水温度只作为反渗透膜的限制条件 (进水温度≤45℃) 。通常进水温度低, 在运营中很少控制水温。实际上, 水温对膜的产水量和水质有较大影响。当操作压力一定, 水温升高, 膜通量增加明显, 除盐率会略有下降, 因此可在膜通量和产水水质之间进行优化, 适当提高进水温度, 在满足用水水质前提下, 可增加产水量;若在稳定产水量的情况下则可降低运行压力, 从而达到节能降耗和提高设备运行的安全性和可靠性的目的。

2 设计方案及性能测试

2.1 设计方案

太阳能降低运行压力的反渗透水处理装置主要由预处理系统、太阳能集热器、保温水箱、水泵、反渗透机组组成。应用太阳能将反渗透进水温度提高到30~40℃, 泵送至反渗透机组, 在满足产水水质和水量的前提下, 运行压力可从1.8 MPa降至1.2 MPa。

预处理装置由石英砂、活性碳和5μm精密过滤器组成, 主要去除原水中的悬浮物与胶体物质, 保证反渗透膜的安全运行。太阳能集热器, 主要用于提高反渗透进水温度。保温水箱用于高压水泵的稳定供水, 温控系统对保温水箱的水温进行自动控制。

反渗透主机对水进行净化, 产出合格的出水。

2.2 性能测试

试验用水采用自来水, 考察不同压力和进水温度对产水流量和产水水质的影响, 测试结果见图1和图2。

由图1可以看出, 当出水流量一定时, 进水温度较高, 所需操作压力较小;进水温度较低, 所需操作压力较大。

由图2可以看出, 进水温度对出水电导率几乎没有影响, 适当提高进水温度, 对出水水质影响较小。

3 节能减排效益分析

3.1 分析依据

(1) 以处理锅炉补给水为例, 分析节能减排效益。

据调查数据显示, 我国约有50万台工业及民用锅炉, 我们取单台常规流量5m3/h为计算依据。

(2) 太阳能集热效果以“上海嘉宁太阳能热水器有限公司AKL系列产品”的热值计算为依据, 见表1。

(3) 在光照充足的条件下, 每天工作8小时。一年平均日照在8小时的时间大约为220天。

3.2 成本分析

水吸热所需的能量公式:Q=Cm (t-t0)

其中C—水的比热容, 值为4.2×103J/kg·℃m—水的质量kg t—水的最终温度℃

t0—水的初始温度℃;水温由20℃升到30℃需要吸收热量是Q1:Q1=4.2×103×5×103×8× (30-20) =1.68×109J

拟选太阳能集热真空管规格为Φ70×2000mm, 可吸热Q2:Q2=2.31×106J

所需太阳能集热水管数量n:n=Q1/Q2=1.68×109/2.31×106≈728根

根据市场调查显示, 每根太阳能真空管的价格约为60元, 则太阳能集热器初始投资将增加6万元左右 (含安装费) 。

3.3 节电分析

太阳能对进入锅炉的水进行加热, 实验数据显示, 在保证出水流量不变的情况下, 增加进水的温度会使反渗透装置的运行压力降低 (1.8MPa降至1.2MPa) , 这样反渗透装置的耗电可降低30%左右。

反渗透装置单独运行时, 每小时耗电4k W·h, 用太阳能辅助反渗透水处理装置以后, 每小时的耗电为2.8k W·h, 则每小时可以节约1.2k W·h的电, 在有太阳能辅助反渗透装置运行的时间内, 反渗透装置一年可以节约电能:W1=1.2×220×8=2112k W·h

每度电约0.52元, 则一年可以减少电费支出:N1=2112×0.52=1098.24元

3.4 节煤分析

由于1kg标准煤约产生29270k J热量, 太阳能集热器的热转换效率为95%, 锅炉的热转换效率大约为80%左右, 我们分别按95%和80%来计算, 则锅炉每天节约标准煤的质量:m=1.68×109×95%/ (29270000×80%) ≈68kg

太阳能辅助反渗透锅炉水处理装置一年可节约标准煤大约为:M=68×220×10-3=14.96t

3.5 SO2减排量分析

1kg标准煤产生SO2约8.5×10-3kg, 则每天可减少SO2的排放:m1=68×8.5×10-3=0.578kg

一年可以减少SO2的排放:M2=0.578×220×10-3=127.16kg

3.6 CO2减排量分析

1kg标准煤产生CO2约2.62 kg, 则每天可减少CO2的排放:m2=68×2.62=178.16kg

一年可以减少CO2的排放:M4=178.16×220×10-3=39.1952T

3.7 NOx减排量分析

1kg标准煤产生NOx约7.4×10-3kg, 则每天可减少NOx的排放:m3=68×7.4×10-3=0.5032kg

一年可以减少NOx的排放:M6=0.5032×220×10-3=110.704kg

4 创新及应用

将反渗透进水温度提高到30~40℃, 在满足产水水质和水量的条件下, 降低反渗透运行压力, 达到节能的目的。目前, 反渗透广泛应用于海水淡化、锅炉补给水及污水处理, 总规模巨大。此装置尤其适用于锅炉水补给水的处理, 将丰富的太阳能与应用非常普遍的反渗透水处理装置有机结合, 可节约大量锅炉燃煤, 减少SO2、CO2、NOx排放。此装置不仅可以用于原有反渗透水处理装置的改造, 也可用于新的反渗透设备, 前景广阔。

参考文献

[1]解利昕, 王世昌.反渗透海水淡化技术应用[J].膜科学与技术, 2004, 24 (4) :66-69.

[2]胡敩劼, 禹保卫.反渗透技术的基本原理及发展趋势[J].工程技术化工之友, 2007 (9) :16.

反渗透经济运行控制篇6

1 反渗透和纳滤基本原理

当一张半透膜隔开溶液与纯溶剂时, 加在溶液上并使其恰好能阻止纯溶剂进入溶液的额外压力称之为渗透压, 通常溶液中溶质的浓度越高渗透压就越大。当溶液一侧没有加压时, 纯溶剂会通过半透膜向溶液一侧扩散, 这一现象称为渗透 (Osmosis) 。反之, 如果在溶液侧所加压力超过了渗透压, 则反而可以使溶液中溶剂向纯溶剂一侧流动, 这个过程就叫做反渗透 (Reverse Osmosis) , 反渗透的原理如图1所示。反渗透膜分离技术就是利用反渗透原理分离溶质与溶剂的方法。

2 膜元件的安装

不同企业选用不同的膜, 其安装方法也有所不同。膜元件务必安装在其对应的压力容器中。

安装示意如图2。

下面简述为本公司选用的美国海德能公司生产的膜安装方法及注意事项。

(1) 膜元件的给水侧有一个浓水密封圈, 注意密封圈的安装方向是口朝上游张开。若密封圈安装方向相反, 原水不能密闭, 造成一部分原水流到膜元件外侧, 将使膜表面流速低下导致结垢, 从而缩短膜的使用寿命。

(2) 确认O型圈安装在连接配件指定位置上。安装时注意O型圈及连接件表面没有划伤或附着物, 勿将O型圈扭曲安装。若连接件发生泄漏, 原水就会进入到产水中, 会导致产水水质下降。

(3) 卸下压力容器两侧的端板安装膜元件。将适配器安装在第一支膜元件的集水管浓水侧 (下游) 。然后将膜元件沿原水水流方向推进, 装入压力容器内。

(4) 将浓水侧端板与膜壳连接, 安装完浓缩水出口侧端板后, 从原水进口侧再次推紧膜元件, 保证其完全紧密连接, 随后再安装原水入口侧端板。

3 系统的运行及停止

3.1 初始运行时需确认的事项

3.1.1 保安过滤器

为防止金属屑、异物、沙子和纤维进入到膜元件内, 需在原水泵后安装保安过滤器 (<5μm) 。在运行前, 确认滤芯安装并无泄漏。

3.1.2 原水的SDI15值与残余氯

预处理产水的SDI15值要做到5.0以下。通常要求运行时原水的余氯含量为0 mg/L, 原水中残余氯浓度若超出此要求会造成膜元件脱盐率下降。

3.1.3 原水温度

运行时原水温度应在40℃以下 (最高不能超过45℃) 。若原水温度超出此范围, 可能会引起膜性能下降。

3.2 系统的日常启动

(1) 全部开启浓水及产水阀门。 (2) 反渗透系统的冲洗。供水时, 以低压、低流量的给水排出残留在膜元件及压力容器中的空气。给水泵启动, 后慢慢调节给水阀门流量, 浓水管出口或流量计处不再有气冒出时将流量升高, 冲洗30 min左右。 (3) 高压泵启动前, 控制好高压泵与反渗透间的流量度阀门。启动后必匀速提升压力, 使浓水达到设计值。 (4) 一边调节高压泵出水口的给水阀门, 一边慢慢关闭浓水阀门, 在保持浓水流量的同时, 要注意产水流量的上升, 并随时调节使其达设计产水量。 (5) 1 h连续运行后测定产水电导率分析水质, 并将产水引入产品水箱。 (6) 记录运行初期数据。

3.3 系统的停运

(1) 关闭高压泵。 (2) 冲冼。浓水阀门全部打开, 并确认产水阀门也全部打开, 启动给水泵, 逐渐打开给水阀门, 设定冲洗流量, 运行5 min。 (3) 停机运行。给水阀门逐渐关闭, 全部关闭后停止给水泵。

3.4 注意事项

(1) 启动与停止时, 流量与压力会有波动, 过大流量与压力波动可能会导致膜元件破裂, 故在启停操作时要缓慢增加或降低流量与压力。 (2) 原水中的残留余氯必须为0 mg/L时设备才能运转。 (3) 产水侧压力 (背压) 。产水侧压力高于原水侧压力0.05 MPa以上时, 膜片会受到物理性损伤, 背压通常发生在反渗透设备阀门开闭的瞬间。例如:系统停止运行时, 关闭原水泵前, 产水侧阀门还在关闭状态时通常会发生背压现象, 所以要充分确认阀门的开和关及压力的变动, 保证运行过程无背压现象发生。

4 运行管理

反渗透预处理主要是去除对反渗透有危害的污染物。预处理做得不充分时会影响到反渗透系统的运行, 因此每天的运行管理十分重要。

4.1 反渗透系统运行数据的管理及数据的测定

使膜性能得到最大程度的发挥, 并保持长期稳定运行, 关键在于保持其适当的运行条件, 及时记录每天的运行数据。反渗透和纳滤装置运行日常管理检测项目如表1所示。

产水量、脱盐率和压差是作为反渗透膜性能管理的重要指标。每天记录运行数据, 就能及时发现这些指标的异常。此外, 作为查明异常原因的补充项目还要记录回收率、运行压力、pH值、浓水流量和温度等。

4.2 运行数据的整理

对记录的数据进行整理十分重要。表2是对记录数据进行分析。

4.2.1 标准化产水量

反渗透膜的产水量会根据操作压力、温度等发生变化。因此, 比较每天的运行数据记录可以补正其效果达到标准化。通常, 以25℃时压力为0.1 MPa得到的产水为标准, 可以确认其变化。

4.2.2 原水平均浓度

由于反渗透系统的给水含盐量 (电导率) 是随着水流的流动变化的, 这导致位于不同位置的反渗透膜元件接触的给水电导率不同, 所以在计算脱盐率或采用电导率的阻止率替代脱盐率时, 给水的浓度就十分重要, 而不能简单地用进水电导率替代。通常有两个方法来计算相对准确的给水电导率:

算术平均电导率= (Ecf+Ecb) /2

式中Ecf——进水的电导率, us/cm;

Ecb——浓水的电导率, us/cm。

对数平均电导率=Ecf×In[Rec./ (1-Rec.) ]式中Rec.——系统的回收率。

在一般情况下应该采用算术平均给水电导率来计算系统的实际脱盐率 (这里的脱盐率并非真实的脱盐率, 而是采用电导率的阻止率表征的脱盐率) , 但是当系统的回收率>85%时, 就应该使用对数平均给水电导率来计算脱盐率, 这样才能得到更为准确的系统脱盐率。

4.3 将数据图表化

将表1与表2中的各项用Excel软件记录后, 制作成图表以一目了然地掌握运行状态变化, 便于尽早采取应对措施。通过确认标准化产水量、电导率的阻止率和压差这3项数据表变化, 可以分析出系统运行情况, 这3项性能管理指标以外的测定值及计算值也是探究膜性能发生变化的重要数据。

5 结语

上述是我公司采用反渗透使用及日常维护保养情况经验之谈。以上的运行和维护已纳入相应的管理规程中, 并制定了维保计划。执行5年来, 水质与产水量一直达到设计标准, 取得了良好的应用效果。同时, 还有效地节约了能源、降低了设备运行费用和维护费用。

摘要：从制药用水设备所使用的反渗透技术原理及运行要素入手, 阐述反渗透膜的安装、运行与停止及维护管理等方面问题。

反渗透经济运行控制篇7

反渗透法和蒸馏法是当前主流的海水淡化技术, 其技术发展的一个重要目标是降低运行成本。在运行成本的构成中能耗所占的比重最大, 因此降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。反渗透海水淡化的能量消耗主要是电耗, 包括高压泵和其他水泵。特别是高压泵的能耗, 约占系统运行能耗的70%～90%。本文以永兴岛100 m3/d反渗透海水淡化装置为例, 从工艺流程、硬件配置和软件开发等几方面对装置节能降耗进行了探讨, 重点阐述了PLC+人机界面控制系统的优化设计, 为今后海岛海水淡化装置的研制提供技术支持。

工艺流程

进料海水经预处理, 去除悬浮固体及其他有害物, 然后经高压泵增压后, 进入反渗透膜设备, 产出的淡水经后处理设施供用户使用, 浓盐水自反渗透膜设备排出。反渗透工艺流程图如图1。反渗透海水淡化系统设计时应综合考虑海水水质、水温、运行压力、产水水质、产水量以及回收率等因素, 要求选择合适的预处理工艺以及膜组件, 实现装置的长期稳定、经济运行。反渗透海水淡化工艺包括取水模块、预处理模块、反渗透模块及清洗模块等。其中, 反渗透模块是装置的核心和关键, 主要由高压泵、能量回收装置和反渗透膜三大关键部件组成[3]。

工艺设计优化

(1) 取水方法。

合理选择反渗透海水淡化系统的取水方式, 对有效降低海水浊度、减少海水中细菌、藻类、贝壳等微生物对系统的影响, 以及降低预处理难度、提高反渗透膜组件平均产水通量等方面至关重要。针对永兴岛地理位置及施工条件, 本装置选择沉井式取水方法。

(2) 预处理工艺。

针对反渗透系统对预处理要求较高的特点, 设计采用多介质过滤器、超滤膜单元和过滤精度为5μm的保安过滤器组合构成预处理工艺, 保证后续系统进水水质SDI<3, 浊度<0.5NTU, 满足反渗透系统最佳运行条件。

(3) 反渗透膜组件。

新型反渗透膜组件的研发提高了单支膜组件的产水量和脱盐率, 从而降低淡化系统吨水能耗。本装置设计选用陶氏公司SW30HRLE-400, 标称单支膜组件产水量28m3/d, 稳定脱盐率达99.75%。

(4) 能量回收。

反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提升进水压力以克服水的渗透压, 而从反渗透膜壳排出的浓水余压高达5.5～6.5MPa。按照40%回收率计算, 排放的浓盐水中还蕴含约60%的进料水压力能量, 将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗, 而这一目标的实现有赖于利用能量回收技术。本装置设计选用美国ERI公司的PX-30S转子式压力交换能量回收装置[3], 它可回收浓水压力能的96%, 使反渗透主体产水能耗降至4KWh以下。

控制节能设计

控制系统作为反渗透海水淡化装置的重要组成部分, 对装置的稳定运行和节能降耗至关重要。控制系统的节能主要体现在改善过程动态控制性能、减少过程变量的波动幅度以及提高装置自动化水平等方面, 需要合理配备满足工艺控制要求的专业软硬件系统。

硬件配置

岛用反渗透海水淡化装置采用PLC+HMI的控制结构, 控制系统的核心是可编程控制器, 被控对象包括水泵、电动阀门、气动阀门、变频器和仪器仪表等。其中, PLC采用德国西门子S7-200系列可编程控制器及相应I/O模块, 包括226系列CPU模块、4块EM235和2块EM222扩展模块。人机界面采用威纶通MT8104i H触摸屏, PLC与HMI之间通过RS485通讯。

软件开发

软件开发的作用在于对整个装置自动工作过程进行控制和协调, 主要包括PLC程序完成各种复杂工艺过程逻辑的逻辑控制[4,5], 必要的压力、液位、流量、时间、速度的调节和控制以及各种连锁保护, 自动计量、冲洗周期的实现;上位机完成装置的自动启停、故障报警及数据记录管理等方面。

PLC程序设计采用模块化结构, 主要包括主程序、数据采集处理系统、故障报警系统、超滤系统、反渗透系统以及部分控制子程序。程序框图2所示。

人机界面作为操作人员和生产过程之间的一个交互窗口, 实现对生产过程进行显示、监视、操作、控制和管理。HMI操作界面设计自动和手动两种控制模式, 能自动实现状态监控、连锁报警及正常开停机等功能, 保证装置的安全连续运行。

节能模块

在反渗透控制系的方法测量六次, 部分结果见表2。

风速的测量与标准数据相比, 呈略小情况, 原因是, 探测器在随风向转动的过程中, 对叶轮片存在阻碍作用而导致的, 但仍满足精度指标。

结论

提出了一种多功能低空气象探测仪, 能够实现野战条件下对气温、气压、风速、风向的探测和存储, 并可与其他信息系统互通。系统性能可靠, 工作稳定, 精度高, 满足各种野战条件战技指标要求, 为训练考核提供了便捷可靠的气象信息, 将有效提升作训水平。

参考文献

[1]陈益棠, 胡兆银.用海水淡化法解决海岛用水[J].水处理技术, 2006 (6) :65-69

[2]惠绍棠, 阮国岭, 于开录编.海水淡化与循环经济[M].天津:天津人民出版社, 2005