年产1万吨淡水的反渗透膜系统设计

1、Hefei University 膜分离技术及应用 过程考核二淡水反渗透膜系统设计 题 目：年产1万吨淡水反渗透膜系统设计系 别： 化学与材料工程系班 级： 12化工（3）班姓 名： 唐楠楠 李飞龙学 号： 1203023002 1203023041队 员： 唐楠楠 李飞龙教 师： 胡 科 研日 期： 2015-10-27年产1万吨淡水的反渗透膜系统设计一、概述水是人类赖以生存而不可缺少的重要物质。它在人体内占23以上的重量。为了维持生命，一个人平均每天饮水量是1.21L，至于其他的生活用水则至少是饮用水的200倍。地球上的水约97是海水（不能引用），而淡水尽仅占3，不过70被南极、北极的冰河

2、和万年积雪所固定。因此，实际可供人类享用的生活用水、农业用水及工业用水等淡水，还不到总量的0.8。随着城市人口的不断增加、工农业的飞速发展和日常生活用水的与日俱增，地球上的淡水资源空前匮乏，水荒日趋严重，如何开源节流，开辟新水源，已成为当务之急。为了缓解用水的窘困局面，多年来，人们在水的精制、提纯、回收和淡化等方面做了大量工作，采用了各种手段和高新技术，例如闪蒸法、电渗析法、反渗透法、冷冻法及渗透蒸发法等，并取得了可喜的成果。近年来，随着国际能源的紧张，燃料和金属及电力价格的大幅度提高，同闪蒸法及点什渗析法相比，反渗透法有突出的特点。RO不仅能处理任何水，而且发现它能成功的处理NBC毒剂污染的

3、水。70年代中期，开始了基于RO的水处理装置的工作，并且1979年完成了第一个ROWPU设计。二、基本原理当纯水和盐水的被理想的半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯水侧上述现象就是水的反渗透（RO）处理的基本原理。渗透压可用下式计算 =CRT上式是通过热力学定律推导出来的，因此只对极稀薄溶液才是准确的，c为水中离子的浓度。各种溶液在含量为1000mg/L,温度为25摄氏度时的渗透压如下：氯化

4、钠约为77.5Kpa；硫酸钠约为41.2Kpa；硫酸镁约为24.5Kpa;氯化钙约为56.9Kpa；氯化镁约为65.7Kpa。3、 设计思路工艺流程图生产淡水流程图 3.1 如何设计反渗透系统首先根据用户用水情况情况确定RO装置的总容量和分为几个单元，因为RO单元总是需要清洗和维修而需要停运。一般容量较大时，均选用卷式反渗透膜组件。对于电站，因反渗透后还要进行除盐，如经详细技术经济论证，往往会得出宜选用复合元件的结论，然后确定采用哪个厂家的膜元件及其型号，然后确定系统回收率，根据系统回收率选用压力容器。一般，如回收率为75，则可考虑采用6个膜元件的压力容器，采用两段反渗透来达到回收率75。根据

5、膜元件生产厂家提供的设计导则，根据原水水源和给水的SDI确定采用的水通量数值。例如选用海德能公司CPA3膜元件，每个膜元件面积为400ft2，乘以水通量得出平均一个膜元件的产水量。每根反渗透膜元件的设计产水量与其标准产水量无关，只与其有效膜面积、进水水源、SDI值等有关，CPA3的设计产水量不应该是11000gpd，而只能是该公司设计导则建议的，即设计产水量平均水通量膜元件的有效面积以一级反渗透系统的产水作为二级反渗透的进水时，CPA3膜元件的设计水量为1.26-1.89t/h。如果设计人员要设计一个产水量为100t/h的反渗透系统时，设计选用CPA3膜元件，以地表水为进水水源，则所需CPA3

6、膜元件的数量可估算为膜元件数量系统产水量CPA3膜元件的设计产水量即膜元件数量（100t/h）（0.50-0.88t/h）=200-114支。假设每只压力容器中装膜元件6支，则可取6的倍数，本系统设计模膜元件数量应为198114支。以一级反渗透系统的产水作为二级反渗透的进水时，本系统设计膜元件数量应为8454只。 3.2 反渗透系统设计前应考虑哪些方面的情况设计最终目的是为了运行，设计必须考虑运行的安全、可靠、经济、易于操作和维护以及环境保护等方面。其中安全包括人身和设备安全，在设计考虑时应放在首位。综上所述，RO系统的设计，除了RO给水需要有完善的预处理以外，膜的水通量和膜元件回收率对RO系

7、统本身来说就是首要问题，元件的水通量和回收率过高可能造成膜的污染速度过高和过于频繁的化学清洗。RO装置的运行，对产水量和系统回收率的控制非常重要，根据产品水流量表和排水流量表控制高压泵出口阀和RO排水阀，要维持表计的准确性，表计需要校准。4、 操作方法 4.1 反渗透法在海水反渗透商用的膜组件中，主要有中空纤维式和螺旋卷式。一般来说，反渗透海水淡化的成本主要取决于设备的投资费用和能源费用。近年来，反渗透脱盐技术的主要进展之一就是膜组件价格的下降和能耗的明显降低。反渗透海水淡化（SWRO）技术自20世纪70年代进入海水淡化市场后，发展十分迅速，现在已经占全世界淡化水总产量的44，世界上将近80的

8、海水淡化装置都采用的是反渗透膜技术。目前，反渗透海水淡化系统的单位能耗已经降到3kW.h/m3淡水以下。此外，新型反渗透膜组件的设计，例如大直径卷式的膜组件以及高通量反渗透膜等，也在一定程度上降低了系统的运行成本。 4.2 正渗透法系统分为正渗透和驱动液分离两部分，正渗透部分采用碳酸氢铵氨水混合溶液为驱动液，将海水中的淡水从高化学势侧“吸”到低化学式势侧。被稀释的驱动液通过适度加热（约60摄氏度），使铵盐的分解为氨和二氧化碳，并循环使用，剩下的稀盐水通过蒸馏的方法得到纯水。正渗透作为一种新兴的膜技术，与反渗透相比，具有低能耗、低污染等优点，越来越受到人们的关注。目前，人们利用正渗透技术在海水淡

9、化、绿色能源等多个领域开展研究，其中，减压渗透发电技术已进入中试阶段，工业化前前景5、 主要设备选型 膜组件主要有以下几种，包括板框式、管式、卷式、中空纤维四种形式，本次设计主要以板框式膜组件为例，通过四种膜组件对比，综合考虑采用板框式组件。板框式组件结构：膜被放置在多孔的支撑板上，支撑板上也可垫有滤纸，两分蘖期多孔支撑板叠压在一起形成料液流道空间，构成一个膜组件，组件与组件之间可并联或串联，结构如下：板式膜的优点：1、可选择的膜种类多。2、可通过增减膜板、膜片来在一定允许幅度内调整处理量。3、结构简单，对压力变动和现场作业的可靠性大，易于操作。4、开放式流道，堵塞后可拆下膜板膜片清洗，膜的更

10、换和维护较容易。以下是四种膜组件特性的对比。六、注意事项1、RO系统运行过程对仪表和程控的工艺要求（1）加药量采用比例调节方式，根据给水流量计发出的信号自动调节计量泵进行比例加药（2）计量箱装有就地液位计，并有低液位信号进行报警，以保证不会因药箱无药而使加药中断（3）报安过滤器进、出口装有压力指示表，当保安过滤器进出口差压达到一定值或运行一定时间后，需更换滤芯2、仪表及PLC系统的构成仪表及PLC控制系统的构成根据RO系统对仪表和控制的要求确定。（1）液位开关。给出低液位信号。（2）流量计。瞬间流量指示及流量累计值显示。（3）电导率仪。数字显示，具有电导率值高报警输出和420mA电流信号输出。

11、（4）pH计。数字显示，具有用户可设定的pH值高、低报警输出和420mA电流信号输出。七、结论本项目的产水量为10000吨/年，原水的水质达到国家生活饮用水水质标准，系统主要的脱盐处理单元为反渗透处理，系统配制110支美国海德能公司高脱盐CPA3型反渗透膜元件，安装在9支6芯压力容器中，采用36：18的排列方式，回收率为75%。预处理工艺采用多介质过滤器。本文旨在分析RO作为水纯化工具的意义，以及如何恰如其分地将RO设计并入淡水系统，最后探讨RO在淡水生产中如今的和将来的作用。本次设计的任务主要从以下几方面开展：1、查找相关书籍与文献并在图书馆借阅2、收集资料3、整理设计思路，摘抄文字4、文档格式编排八、发展前景 RO已成为淡水生产，特别是必须严格控制粒子、细菌和TOC含量的应用的关键过程。RO膜的质量正在改进，每升的生产能力的费用正在降低，因而使RO过程对全体用户吸引力日增。费用的降低也得益于对RO应用、设计和操作更多的了解。一般说来，RO的应用将随经济的发展