【摘要】在市場經(jīng)濟的帶動下使得我國國內(nèi)工業(yè)水平較以往有了很大程度的提升，這也使得工業(yè)需求資源日益加大，并且在人口壓力的雙重作用下給資源利用提出了極大的挑戰(zhàn)。水資源是居民日常生活及工業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)資源，在上述背景下同時也凸顯了水資源供求矛盾。為了實現(xiàn)居民生活過程中的能源及資源節(jié)約，中水回用技術(shù)則發(fā)揮了重要作用。本文對中水回用反滲透系統(tǒng)進行了綜合性闡述并對pH控制提出了相關(guān)觀點，供以參考。

【關(guān)鍵詞】中水回用；反滲透系統(tǒng)；pH值

引言

水資源是賴以生存的基礎(chǔ)，特別是全球經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下給水資源利用帶來了很大的壓力。一直以來我國都是一個缺水國家，水資源分布極不平衡，人均占有量低，在環(huán)保問題日趨被重視的同時，水資源問題也成為了社會各界的重點關(guān)注對象。對于國家發(fā)展與社會發(fā)展而言水資源起到了重要的支撐作用，其中工業(yè)生產(chǎn)對于水資源有著極大的依賴。工業(yè)生產(chǎn)促進了市場活躍度并讓經(jīng)濟發(fā)展明顯提速，但其背后卻或多或少地付出了環(huán)境代價，另外生活用水用量加大也從一定程度上制約了城市的進一步發(fā)展[1]。通常情況生活排水必然會帶來一定量的污水，而這些污水往往被當(dāng)作“廢物”排除，而這種方式不可避免地帶來了浪費。事實上生活用水經(jīng)過凈化處理后依然可以循環(huán)使用，這可以有效控制水資源浪費。在社會環(huán)保意識日趨加深的情況下水循環(huán)利用已經(jīng)成為了城市發(fā)展過程中重點關(guān)注對象，這刺激了中水回用技術(shù)的發(fā)展，使得技術(shù)體系不斷健全、完善。

1.中水系統(tǒng)概述

通常情況下認為中水水質(zhì)處于給水與排水之間，因此被稱為中水。中水系統(tǒng)主要功能是對建筑或小區(qū)中的生活污水進行處理并經(jīng)過循環(huán)作用使其重新用于供水系統(tǒng)當(dāng)中。在缺水城市或地區(qū)中水系統(tǒng)發(fā)揮了重要水資源節(jié)約功能，從一定程度上降低了水資源應(yīng)用壓力。從作用上來看中水系統(tǒng)可分為建筑中水系統(tǒng)、小區(qū)中水系統(tǒng)以及城鎮(zhèn)中水系統(tǒng)等，在組成上又分為中水原水系統(tǒng)、處理系統(tǒng)以及供水系統(tǒng)。中水系統(tǒng)產(chǎn)生的再生水對于城市水資源利用具有十分重要的意義。再生水從本質(zhì)上來看可謂是城市的第二水源，通過中水系統(tǒng)使得城市水資源利用率得以促進并可對水體污染進行控制[2]。對再生水的合理利用同時兼顧了水資源缺失與環(huán)境污染問題，這與“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)”具有高度契合性，在上述背景下無論是對于環(huán)境還是對于經(jīng)濟乃至整個社會都將帶來效益。中水系統(tǒng)的存在極大程度上讓再生水資源得到了開發(fā)。相關(guān)研究表明正常情況下城市當(dāng)中80%的供水最后將變成污水，但這些污經(jīng)過有效處理后所得到的再生水占有率將達到70%，而這些再生水均可循環(huán)使用[3]。從水資源持續(xù)利用來看再生水承載了重要的經(jīng)濟性特征，近年來無論是我國還是國際發(fā)達國家對于水資源管理目標(biāo)已經(jīng)有了新的方向，在水資源被利用、開發(fā)的過程中對水資源循環(huán)使用給予密切關(guān)注及重視，從而構(gòu)建出一個良性的生態(tài)水源系統(tǒng)。再生水用途多樣，經(jīng)過中水處理后可以得到大量的再生水，其水質(zhì)較為穩(wěn)定，即便是在特殊季節(jié)或氣候影響下均可保持較為穩(wěn)定的狀態(tài)。它不僅可以集中化使用同時也能夠分開使用，目前很多歐洲國家將再生水作為農(nóng)業(yè)灌溉用水，甚至部分國家由于其凈水技術(shù)出色可將再生水直接轉(zhuǎn)變?yōu)榉秋嬘盟?，再生水還可用作環(huán)境景觀用水?？傊芍兴赜脦淼脑偕蔀榱顺鞘杏盟Y源的重要補充，極大程度上緩解了城市用水壓力，為城市深入發(fā)展提供了推動力。

2.反滲透系統(tǒng)概述

反滲透技術(shù)是當(dāng)前最為常見的水凈化技術(shù)之一，在該技術(shù)的應(yīng)用過程中半透膜發(fā)揮了重要的作用。半透膜可對鹽通過產(chǎn)生明顯的顯著作用，只允許水通過。溶液在經(jīng)過半透膜處理后其濃度也將不斷稀釋，而水朝向濃溶液流動時將會產(chǎn)生一定程度的壓力，這種壓力將會對水持續(xù)流入產(chǎn)生阻斷作用并促使?jié)B透保持平衡態(tài)并且這種平衡態(tài)體現(xiàn)了動態(tài)性特征[4]。若對溶液施壓及讓壓力超過滲透壓時，水則會從半透膜由高濃度向低濃度方向流動，那么高濃度溶液的濃度將繼續(xù)升高，從而形成了一個反向滲透過程中。因此可將反滲透視作為以超過滲透壓的壓力為基礎(chǔ)，在它的推動下并結(jié)合膜的選擇性作用最終實現(xiàn)水體凈化。反滲透作用與滲透作用是相互對立的，滲透作用屬于自發(fā)性過程，而反滲透作用則具備了非自發(fā)性，由于反滲透作用主要依托于溶劑通量與溶質(zhì)通量間的差異化達成，假設(shè)膜接近于理想狀態(tài)，那么就不存在溶質(zhì)通量這一說，而在這種理想狀態(tài)下只有水才能通過半透膜，而其他小分子物質(zhì)無法透過，然而這種理想態(tài)顯然是不現(xiàn)實的，但通過上述理論依然能夠發(fā)掘出低溶質(zhì)通量膜即能夠有效達成反滲透作用。對于反滲透作用而言不同類型膜對于進水要求也存在著一定的差異，具體如下表所示：

在反滲透系統(tǒng)中半透膜可謂發(fā)揮了核心作用，對于整個系統(tǒng)而言半透膜質(zhì)量將直接影響到凈化效果，對反滲透作用的穩(wěn)定性有著直接聯(lián)系。因此半透膜應(yīng)該具有以下特征，要求水的滲透性大并具有較高的脫鹽率，而壓密則與之相反，需要保持較低水平，因此可讓流量的穩(wěn)定性得以保持[5]。在上述條件下可形成脫鹽薄層，即便是在壓力與拉力的雙重作用下也不會導(dǎo)致半透膜出現(xiàn)斷裂或嚴重形變。半透膜應(yīng)該保持均勻的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證本身具有大面積，因此可提升污水處理范圍，同時膜還應(yīng)該具備耐溫、耐腐蝕、抗氧化等屬性。

3.反滲透系統(tǒng)中pH值控制分析

反滲透系統(tǒng)中pH值主要借助于中和反應(yīng)控制，整個過程實質(zhì)上就是酸堿反應(yīng)過程。以工業(yè)廢水為例處理過程中一般利用中和劑來達到中和目的，最終讓水體pH值維持在7.0至9.0區(qū)間內(nèi)。在實際控制過程中會受到相關(guān)因素干擾，如廢水流量的非均勻性、中和溫度、液位波動都可能導(dǎo)致中和系統(tǒng)在時間上產(chǎn)生之后。中和一般借助滴定曲線作為參考工具，但廢水量加大時將會導(dǎo)致曲線處出現(xiàn)加大變化[6]。另外中和反應(yīng)也是一個持續(xù)性過程，因此也會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，或者由于攪拌不均或后管流非勻速使得控制回路出現(xiàn)滯留。在某些情況下受到外部環(huán)境影響不得不加長中和劑輸送管路，此時閥門位置以及攪拌器大小都會帶來一定程度的不適影響[6]。在這種滯后影響下將會影響控制器的精確性。溫度也是pH控制過程中不容忽視的一個環(huán)節(jié)，溫度擾動波動過大將會使電極精度受到影響，這無疑會對pH測量精密度帶來影響。因此在實際pH控制過程中需要對上述影響因素進行針對性處理從而提升pH測量及控制精確度。本研究中所構(gòu)建的pH控制流程具體如下圖所示：

本研究中采取串級控制方案對中水pH進行控制，結(jié)合以上系統(tǒng)架構(gòu)可以看出串級控制系統(tǒng)構(gòu)成了兩個閉合環(huán)路，流量調(diào)節(jié)回路以副回路的方式呈現(xiàn)，可對系統(tǒng)進行粗略調(diào)整。pH調(diào)節(jié)回路作為主回路從而實現(xiàn)細致化調(diào)節(jié)。通過主副回路共同作用使得pH值滿足目標(biāo)要求。對于整個系統(tǒng)而言主環(huán)與副環(huán)均具備了自調(diào)控功能，控制器算法以PID為基礎(chǔ)。系統(tǒng)中承載了兩個PID控制器，然而兩個控制器卻承擔(dān)了不同對作用。PID控制器在調(diào)節(jié)時發(fā)揮了重要作用，其中流量PID調(diào)控器通過對液流量進行檢測并控制從而使流量保持相對穩(wěn)定態(tài)，當(dāng)然實際當(dāng)中流量PID受到了PhPID調(diào)控器的制約，也就是說PHPID調(diào)控器發(fā)揮了主導(dǎo)性作用，利用這種方式即便中和液出現(xiàn)擾動也能夠讓pH保持目標(biāo)水準(zhǔn)，而中和液濃度出現(xiàn)的波動在短時間內(nèi)也可去除。綜合來看上述控制系統(tǒng)可快速實施調(diào)控作用并降低二次擾動發(fā)生頻率，通過加大pH值主調(diào)節(jié)器增益來提升系統(tǒng)工作頻率。在副回路作用下增強了系統(tǒng)的適應(yīng)性，同時基于串級系統(tǒng)控制特征來看也能從一定程度上環(huán)節(jié)容積滯后狀況。

通過調(diào)整、完善方案后進行仿真得到上圖，從圖中可以看出針對pH值控制系統(tǒng)可能會受到中和液濃度波動等干擾因素的影響，在第100s處加一干擾控制可使得pH波動迅速恢復(fù)正常。

4.結(jié)語

從類型上來看中水回用技術(shù)類型繁多，其中反滲透技術(shù)是目前應(yīng)用最廣且效果最優(yōu)的技術(shù)之一，而在該技術(shù)的實際應(yīng)用過程中pH控制是極為重要的環(huán)節(jié)，在pH準(zhǔn)確調(diào)節(jié)下使水質(zhì)達標(biāo)，從而得到可循環(huán)利用的再生水。

參考文獻

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