年产1万吨淡水的反渗透膜系统设计

1、年产1万吨淡水的反渗透膜系统设计目录1、概述31.1海水淡化的背景31.2反渗透31.3本文研究内容42、工艺设计52.1物料衡算52.2工艺流程52.3工艺说明63、主要设备选型63.1保安过滤器63.2反渗透( 脱盐) 系统63.3产品水的后处理73.4加药装置84、技术经济85、使用说明95.1反渗透膜系统启动95.2反渗透系统运行与维护106、结论107、参考文献101、概述 1.1海水淡化的背景我国淡水资源人均水量少，时间和地域分布上又很不均衡。根据本世纪初的统计，我国610个中等以上城市中，不同程度缺水的就达到400多个，其中32个百万人口以上的大城市中，有30个长期受缺水的困扰。

2、北京的人均水资源不足200m3，仅为全国人均的1/8，世界人均水平的1/30。环渤海经济圈，包括天津、沈阳等城市以及辽东半岛和山东半岛，人口高度集中，经济高速增长，缺水问题已经成了经济增长的制约因素。南方地区，包括浙江，福建和广东沿海，近年来淡水资源的短缺和污染，也已成为经济持续发展的重要障碍。为了解决水的资源性危机，人们自然想到了浩瀚的大海，进行海水淡化。按照联合国1985年的报告，海水淡化已经历了以下3个发展阶段：50年代为发现阶段；60年代为开发阶段；70年代以后为商业应用阶段。目前全球有海水淡化工厂一万多座，解决了1亿多人的供水问题；我国经过半个世纪的科研攻关，在反渗透法海水淡化技术方

3、面取得重大突破。青岛市是我国反渗透海水淡化研究的发源地，也是国内海水淡化应用的典型示范城市。几十年来在部分工业企业及海岛建设了中小型海水淡化装置，用于解决工业用水及岛上居民吃水问题。如灵山岛投资约50万元建设了两台15吨/日的海水淡化装置，用于补充生活用水的不足。青岛海晶化工有限公司于2002年投资200多万元建成20000t/d的热电联产淡化工程，解决工业用水问题，目前用水量为15000m3/d。 1.2反渗透 渗透是一种物理现象，当两种含有不同盐类浓度的溶液用一张半透膜隔开时会发现，含盐量少的一边的溶剂会自发地向含盐量高的一侧流动，这个过程叫做渗透。渗透直到两侧的液位差（即压力差）达到一个

4、定值时，渗透停止，此时的压力差叫渗透压。渗透压只与溶液的种类、盐浓度和温度有关，而与半透膜无关。一般说来，盐浓度越高，渗透压越高。渗透平衡时，如果在浓溶液侧施加一个压力，那么浓侧的溶剂会在压力作用下向淡水一侧渗透，这个渗透由于与自然渗透相反，故叫反渗透。利用反渗透技术，我们可以用压力使溶质与溶剂分离。 反渗透膜法是一种膜分离过程，它主要分离直径小于0.001m 的物质。各种溶液都具有渗透压力，其渗透压力与溶液的浓度大致成正比。自然渗透是指水从低浓度溶液向高浓度溶液渗透，直到建立起等于渗透压差的压力平衡为止，如下图3-1（a)、（b）所示。自然海水的渗透压力大约为25个大气压。典型苦咸水的渗透压

5、力一般为0.7-3.4大气压。 图1反渗透原理示意图 反渗透是通过对高浓度溶液加压，使之大于膜两侧的渗透压力差，这时水将优先从高浓度溶液中析出，并透过膜进入低浓度溶液。因此，反渗透是溶剂(水)的渗透方向与自然渗透的方向相反，见上图3-1（c）。透过反渗透膜的透过液(产品水)含盐量减少，而膜的另一侧加压进料液(浓缩盐水)的含盐量随之增加，这就是反渗透膜法的脱盐过程。由于没有热和相的变化，这一过程中的主要能量是用来对进料溶液的加压。在实际工艺过程中，海水由高压泵输送至半透膜的一侧被加压。当进料液中的纯水透过半透膜时，截留溶液(浓缩盐水)则变得越来越浓。同时，允许部分进料水(浓缩盐水)不经过膜而被排

6、放，如果没有这种排放，进料溶液中溶解盐类的浓度就会逐渐增加，从而需要不断地增加泵压能量用以克服增加的自然渗透压力。此外，浓缩盐水中超饱和组份会发生沉淀，就会加大浓度极化，反渗透膜就会被严重污染和堵塞，水通量和脱盐率会急剧下降。1.3本文研究内容 本项目年产1万吨淡水的反渗透膜系统设计主要从海水淡化的工艺着手，根据工艺流程进行设备选型，并由计算可得反渗透系统中反渗透膜堆和高压泵的工艺参数，最后根据技术经济分析对本项目做一个可行性评价。2、工艺设计 2.1物料衡算年产10000吨淡水，日产=（吨），每小时产=（吨） 使用ROSA反渗透膜，查阅资料可知膜的有效面积为25m2；膜的产水量12m3/d所

7、需膜组件数 其中为所需膜组件数；为设计产水量；为最大产水量；0.8为安全系数假设反渗透系统回收率为35%：进水流量： 浓水流量： 2.2工艺流程 根据反渗透海水淡化的国内外实例可知典型的反渗透法海水淡化系统主要有四大部分组成: 海水取水、海水的预处理、反渗透处理、产品水的后处理。本文所设计的工艺流程图如下图所示：图2 反渗透法海水淡化系统工艺流程示意图 2.3工艺说明在反渗透海水淡化工艺中，待处理的原海水经过高压泵加压后，进入反渗透膜组件：经过反渗透膜的水为所需要的淡水，即产水;剩余未透过膜的部分水为浓度较高的海水，即浓海水。这部分具有高压力能的浓海水通过能量回收装置将部分待处理的原海水直接升

8、压，再用增压泵来补偿经过膜堆和管道损失的压力，这部分升压后的原海水与高压泵升压后的原海水混合后，送往反渗透膜组。3、主要设备选型 3.1保安过滤器本设备用于去除水中机械杂质的预处理系统及终端过滤中，可去除粒径的直径在5微米以上的悬浮物，进一步脱除水中的残留的颗粒物质，使水进一步净化，以达到进膜条件，保证反渗透膜的正常运行，延长膜的使用寿命。设备内部由滤芯等组件配套而成，具有体积小、流量大、纳污量大、精度高、操作简便等优点，而且检修、换芯、装配方便。 3.2反渗透( 脱盐) 系统 反渗透系统是整个工程的核心, 主要由反渗透膜堆和高压泵组成。其设计的核心在于根据不同的原水水质安排不同的水回收率,

9、以及通过流程安排使系统尽可能的节能。根据产品水的用途和原水条件, 确定膜组件的类型。应使产品水的性能不过多的超出所需值, 避免增加不必要的处理费用。反渗透是渗透的一种反向迁移运动, 是一种在压力驱动下, 借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法, 海水淡化技术就是利用反渗透技术将原海水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除, 以获得高质量的淡化水。请见图3反渗透法海水淡化主系统示意图。图3 反渗透法海水淡化主系统示意图 3.2.1反渗透膜组件 反渗透膜组件是整个海水淡化系统的关键部件, 反渗透膜装在膜壳中, 通过高压泵的作用, 将海水打入到膜壳中, 海水通过膜片时

10、, 渗透出淡化水。 高压泵是用来将海水打入到反渗透膜壳中, 使海水具有68 MPa的压力, 这是反渗透系统达到一定脱盐率所要求的压力。 3.2.2能量回收装置能量回收装置是一种回收高压浓海水压力的装置, 它可以将高压浓海水的压力传递给正常浓度及压力的原海水, 减少高压泵的流量。 3.2.3压力提升泵 上述经过能量回收装置的高压原海水, 通过该压力提升泵, 将海水的压力再提高到高压泵的额定压力, 并入高压泵的出口端,一起进入反渗透膜, 达到节省能耗的作用。从图3可以看出, 由于D回路通过能量回收装置, 将浓海水的压力传递给了正常浓度的海水, 该海水再通过压力提升装置升压到与C路相同的压力。与C一

11、起汇到E管路, 形成一个流动的循环, 从而达到节省高压泵能量的目的。 3.3产品水的后处理经过反渗透方法生产的产品水可以满足国标GB5749- 85饮用水的标准。而且大部分指标超出矿泉水的指标。由于在预处理的过程中, 加入了一定量的还原剂, 因此, 此时的水呈酸性, 为了调节其PH值, 在管道中或产品水箱中加入碱对水进行中和。然后根据用户的要求, 输送至供水点。如果需对产品水进行进一步的处理, 可以进行二级反渗透处理及离子交换处理等工序。 3.4加药装置海水淡化系统中的加药处理是不可缺少的重要环节。因此, 对加药装置的配置及加药种类的选择、加药量的计算就显得非常重要。首先要在取水井或同类取水管

12、线中加入次氯酸钠或氯气,进行杀菌灭藻; 在机械过滤器前, 在管道中加入絮凝剂, 使水中的胶体及杂质凝结, 这样有利于机械过滤。经过滤后的海水, 有时要根据水质的情况, 加入阻垢剂, 防止水中更小的胶体及杂质结垢而污堵反渗透膜; 在海水中加入还原剂, 对由于加入杀菌剂而留下的余氯进行还原, 因为反渗透膜对余氯的要求非常严格, 余氯会对反渗透膜产生极强的氧化作用。工艺设备汇总序号名 称规范及型号数量1保安过滤器DN700mm1套2高压泵CR64-61台3反渗透装置Q=35t/d1套4阻垢剂单元1套5清洗系统单元1套6仪表及控制设备1套7纯水泵KQH100/160A-11/21台4、技术经济 建设项

13、目总投资=固定资产投资+建设期贷款利息 +固定资产投资方向调节税+流动资金 =8万元年产10000吨水，假设每吨水平均价格为3元，则每年所获收益30000元，假设项目的流动资金为10000元，每年的设备维修和试剂等的耗费累计为5000元假设反渗透膜系统有一定的使用寿命，且基准投资回收期 动态投资回收期计算表 单位：元年份净先进流量8%的折现系数净先进流量现值净先进流量现值累计值0-80 0001-80 000-80 0001-100000.926-9259-89 2592250000.85721433-678263250000.79419845-479814250000.73518375-29

14、6065250000.68117014-125926250000.6301575431617250000.58314587177488250000.5401350631255根据表格计算可知，该项目的动态投资回收期为因为Pt Ps，所以该项目可接受。5、使用说明 5.1反渗透膜系统启动 启动前准备：（1)设备检查；（2)启动设备时，要对设备以及阀门等系统进行全面检查；（3)检查转动设备应具备转动条件；（4)开启压力表、流量表一次门，检查上述仪表指示是否处于零位；（5)药剂计量箱应有足够药液。 开机：（1)检查供水供电是否正常；（2)将浓水排放阀和原水进水控制阀完全打开；（3)检查纯水出口的各个

15、阀门，排放阀、供水阀、清洗阀必须保证有1个是完全打开；（4)启动RO，将控制盘上的“手动/自动”开关拨至“自动”位置；（5)检查各阀门开启和高压泵选择开关是否正常，是否有异常现象和泄漏点；（6)检查一切正常后，启动高压泵；（7)慢慢反复调节浓水排放阀和高压泵出水控制阀，使RO的入水压力在240Psi以下；（8)观察纯水电导率的变化，当产水合格后，打开纯水出水阀，关闭不合格水排放阀；（9)做好压力、流量、电导率等各项记录。 关机：（1)关闭高压泵开关；（2)关闭RO，高压泵停止，系统自动膜冲洗后将自动关闭；（3)紧急停止时，可以顺时针旋转“急停”开关。 5.2反渗透系统运行与维护 （1）保安过滤

16、器滤芯的清洗与更换 当过滤器的运行阻力大于15psi时，表明滤芯截留的污物过多，影响水的通过，应该更换过滤芯。 （2）反渗透膜的清洗 注1：在任何情况下不要让带有游离氯的水与复合膜元件接触，如果发生这种接触，将会造成膜元件性能下降，而且再也无法恢复其性能，在管路或设备杀菌之后，应确保送往反渗透膜元件的给水中无游离氯存在。在无法确定是否有游离氯时，应通过化验来确证。应使用亚硫酸氢钠溶液来中和残余氯，并确保足够的接触时间以保证反应完全。 注2：在反渗透膜元件担保期内，建议每次反渗透膜清洗应与设备商协商后进行，至少在第一次清洗时，我公司的现场服务人员应在现场。 注3：在清洗溶液中应避免使用阳离子表面

17、活性剂，因为如果使用可能会造成膜元件的不可逆转的污染。在正常运行一段时间后，反渗透膜元件会受到在给水中可能存在的悬浮物质或难溶物质的污染，这些污染物中最常见的为碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机或生物沉积物。污染物的性质及污染速度与给水条件有关，污染是慢慢发展的，如果不在早期采取措施，污染将会在相对短的时间内损坏膜元件的性能。定期检测系统整体性能是确认膜元件发生污染的一个好方法。清洗时将清洗溶液以低压大流量在膜的高压侧循环，此时膜元件仍装在压力容器内而且需要用专门的清洗装置来完成该工作。6、结论 反渗透法海水淡化在水处理产业中异军突起, 在国内还属于初期发展阶段。我国的淡水资源极其匮乏, 因此海水淡化有着广阔的发展前景。本文所述的设计方法, 只是现阶段水处理的一个初步设计书