馬倩

(丹東市五興化纖有限責(zé)任公司,遼寧 丹東 118002)

1 引言

隨著膜法水處理技術(shù)的發(fā)展,反滲透技術(shù)的應(yīng)用也逾來逾普及。與以往制純的技術(shù)相比,雙級反滲透技術(shù)有著占地面積小,能耗低,不需耗酸堿,易于管理的特點(diǎn)。目前,反滲透技術(shù)已應(yīng)用到大型水處理設(shè)備中去。在大型的反滲透設(shè)備中,多數(shù)采用8040膜(即8英寸膜)作為膜組件,因?yàn)?040膜產(chǎn)水量高,耗能低。但在小型的反滲透系統(tǒng)中,各類技術(shù)手冊中只是按經(jīng)驗(yàn)指出產(chǎn)水3t/h以上的反滲透系統(tǒng)采用8040膜,3t/h以下的系統(tǒng)采用4040(4英寸)膜。本文針對產(chǎn)水量是3t/h的反滲透系統(tǒng),所采用的膜進(jìn)行做計(jì)算比較。

2 反滲透系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

2.1 比較基準(zhǔn)

反滲透工藝的設(shè)計(jì),先根據(jù)原水水質(zhì),確定預(yù)處理項(xiàng)目,然后選擇膜材,再根據(jù)產(chǎn)水量計(jì)算所需的膜面積。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,假設(shè)進(jìn)水為市政自來水,這樣的水源通常的純化處理工序是砂濾、碳濾、軟化,之后進(jìn)入雙級反滲透系統(tǒng),整個(gè)流程如下:

原水→石英砂過濾器→活性炭過濾器→軟化器→中間水箱→精密過濾器→一級反滲透裝置→RO水箱→加藥→二級反滲透裝置→純水箱→用水點(diǎn)。

在這個(gè)試驗(yàn)用產(chǎn)水量是3t/h(3t/h)的反滲透系統(tǒng)中,美國海德能公司的ESPA2膜將用來做試驗(yàn)比較,因?yàn)楝F(xiàn)在大多數(shù)的純水系統(tǒng)中多采用ESPA2膜。ESPA2膜是苦咸水膜,是美國海德能公司在世界上率先推出的節(jié)能型超低壓復(fù)合膜,它較常規(guī)低壓復(fù)合膜的運(yùn)行壓力降低了25～40%;在大通量時(shí)有著與其它復(fù)合膜相同的高脫鹽率;更寬的水質(zhì)適用范圍和壓力適應(yīng)范圍等優(yōu)點(diǎn),有著高水通量、高脫鹽率的特性。ESPA28040膜與ESPA24040膜這2種膜規(guī)格與性能比較如表1。

表1 ESPA28040與ESPA24040膜性能比較表

從表1數(shù)據(jù)可以看出,這2種膜的脫鹽率相同,所以對原水的處理效果一樣,但由于膜的尺寸不同,所以單支膜的透過水量、進(jìn)水流量及最小濃水流量都不相同,這些決定了反滲透系統(tǒng)的配件選型不同,即系統(tǒng)造價(jià)成本有差異。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的順序來計(jì)算比較2種膜在反滲透系統(tǒng)中的差異,在整個(gè)膜系統(tǒng)計(jì)算過程中采用海德能反滲透計(jì)算軟件來計(jì)算。

2.2 回收率的比較

設(shè)計(jì)一個(gè)反滲透系統(tǒng),首先要確定系統(tǒng)的回收率,計(jì)算公式為系統(tǒng)的回收率=總出水量/總進(jìn)水量。在反滲透系統(tǒng)中,用戶都希望獲得最大的回收率,尤其是在小型的反滲透系統(tǒng)中。因此在本實(shí)驗(yàn)中,我們設(shè)計(jì)采用二級濃水回流工藝,這樣系統(tǒng)的回收率可以算為最大,具體計(jì)算數(shù)據(jù)見表2。

表2 回收率計(jì)算數(shù)據(jù)

從表2看,使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統(tǒng),水的利用率高于使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統(tǒng),系統(tǒng)進(jìn)水量比使用ESPA28040膜要小,這同時(shí)意味著流量計(jì)的選取也有所不同。

2.3 過濾裝置罐體比較

石英砂過濾器主要用于水處理除濁、軟化水、純水的前級預(yù)處理,是利用一種或幾種過濾介質(zhì),在一定的壓力下把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒狀材料,從而有效地除去懸浮雜質(zhì)使水澄清的過程,也可用于地表水、地下水除泥沙,一般進(jìn)水濁度要求小于20°,出水濁度可達(dá)3°以下?；钚蕴窟^濾器利用活性炭的吸附性能,去除液體中的雜質(zhì),使液體得到凈化,防止水中污物對后續(xù)設(shè)備的污染。這兩種罐的直徑大小是一樣的。

確定了系統(tǒng)的回收率后,就可以計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)的總進(jìn)水量,根據(jù)總進(jìn)水量來計(jì)算過濾裝置的罐體直徑。由于系統(tǒng)進(jìn)水量不同,所采用的石英砂過濾罐罐體直徑的大小也隨之產(chǎn)生了區(qū)別,這樣在罐體的成本上出現(xiàn)了高低。對于石英砂與活性碳過濾器,按照單層濾料單流以濾速10m/h計(jì)算,計(jì)算的罐體直徑具體結(jié)果見下表3。

表3 罐體直徑

從上表中看,在規(guī)定的同一濾速下計(jì)算,使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統(tǒng)所用的罐體直徑比ESPA28040膜反滲透系統(tǒng)所用罐體直徑要小,這樣ESPA24040膜反滲透系統(tǒng)罐體所用原料要少于ESPA28040膜反滲透罐體,在成本上要相對低一些。

2.4 軟化器的比較

軟化器是采用離子交換原理,去除水中的鈣、鎂等結(jié)垢離子,當(dāng)含有硬度離子的原水通過交換器內(nèi)樹脂層時(shí),水中的鈣鎂離子便與樹脂吸附的鈉離子發(fā)生置換,樹脂吸附了鈣、鎂離子而鈉離子進(jìn)入水中,這樣從交換器內(nèi)流出的水就是去掉了硬度離子的軟化水,按照軟化器濾速25m/h計(jì)算,樹脂罐直徑及裝入樹脂量如表4。

表4 樹脂罐直徑及樹脂量

2.5 精密過濾器的比較

精密過濾是采用成型的濾材,在壓力的作用下,使原液通過濾材,濾渣留在濾材壁上,濾液透過濾材流出,從而達(dá)到過濾的目的。由于總進(jìn)水量的不同,濾芯數(shù)量也不相同,對于使用ESPA24040膜的反滲透系統(tǒng),濾芯數(shù)量就要少于使用ESPA28040膜的系統(tǒng)。

2.6 反滲透系統(tǒng)的比較

反滲透是系統(tǒng)脫鹽的核心部分,設(shè)計(jì)的成熟、合理與否不僅直接決定系統(tǒng)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,而且關(guān)系到反滲透裝置的使用壽命。根據(jù)系統(tǒng)的產(chǎn)水量及膜的透水量計(jì)算出膜的數(shù)量,結(jié)合海德能計(jì)算軟件計(jì)算出膜的排列,壓力及各段流量。這種計(jì)算方式,在膜的排列上考慮了膜的橫向流速,減少了難溶鹽在膜表面上的沉淀;也考慮了產(chǎn)水通量的影響,反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水通量與污染速度之間存在直接關(guān)系,一旦超過一定的水通量,其污染速度會(huì)呈指數(shù)上升,會(huì)使?jié)獠顦O化因子增大,見表5。

表5 ESPA28040膜與ESPA24040膜計(jì)算結(jié)果比較

2.6.1 壓力比較

如表5示,用海德能計(jì)算軟件計(jì)算壓力,使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統(tǒng),一級反滲透計(jì)算壓力是15.2bar,二級的反滲透計(jì)算壓力是8.4 bar;使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統(tǒng),一級反滲透壓力計(jì)算是10.8bar,二級的反滲透壓力計(jì)算是6.7bar。上述數(shù)字為計(jì)算數(shù)字,雖然使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統(tǒng)壓力較小,但在泵的選型上,量程應(yīng)不低于100,所以在泵的選擇上應(yīng)該是一樣的。

2.6.2 膜成本比較

根據(jù)單支膜的產(chǎn)水量,及系統(tǒng)的出水量來計(jì)算膜數(shù)量。經(jīng)過計(jì)算,對于使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統(tǒng)來說,需用28支膜,價(jià)格是28×1500元/支=42000元;對于使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統(tǒng)來說,需用9支膜,價(jià)格是9×4500元/支=40500元。

從膜成本上比較兩套系統(tǒng)相差不大,但對于使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統(tǒng)而言,膜數(shù)量多,管路系統(tǒng)相對要復(fù)雜,設(shè)備占地面積相對大;使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統(tǒng),膜數(shù)量少,管路系統(tǒng)相對簡單,設(shè)備占地面積相對小。

3 結(jié)語

從上述計(jì)算中所表現(xiàn)的,3t/h反滲透系統(tǒng)使用ESPA24040膜,其能耗低,水的利用率大,且制造成本也較低,在管路連接上比使用ESPA28040膜的系統(tǒng)要復(fù)雜,占用空間要大;使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統(tǒng),相比使用ESPA24040膜的系統(tǒng),能耗大,水利用率低,相對制造成本高,但在造型上,其管路簡單明了。從現(xiàn)在水資源的緊缺情況來說,3t/h的雙級反滲透系統(tǒng)更應(yīng)該選擇ESPA24040膜組成的系統(tǒng)。

[1]海德能科技有限公司.海德能膜產(chǎn)品技術(shù)手冊[R].北京:海德能科技有限公司,2007.

[2]崔玉川,李思敏,李福勤.工業(yè)水處理設(shè)施設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[3]楊世純,馮逸仙.反滲透水處理工程[M].北京:中國電力出版社,2000.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T19249-2003,反滲透水處理設(shè)備[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[5]中國市政工程西南設(shè)計(jì)院.給水排水設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1988.