反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

滲透是一種先進(jìn)的技術(shù)、效率和相對(duì)節(jié)能的分離技術(shù)。反滲透膜法已成為一種成熟的水處理技術(shù)。根據(jù)水質(zhì)的不同選取反滲透膜，使反滲透產(chǎn)水滿(mǎn)足《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ94—2005)的標(biāo)準(zhǔn)。目前反滲透技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水處理系統(tǒng)中，本文介紹了0.5t/h小型反滲透水制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)可應(yīng)用于辦公樓飲水、實(shí)驗(yàn)純水制備、制藥、食品、電子、生物和化纖等不同工業(yè)場(chǎng)景中1工藝設(shè)計(jì)1.1反滲透水系統(tǒng)采用“預(yù)處理+反滲透”的水凈化工藝流程，其預(yù)處理高壓泵抽取預(yù)處理之后的水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，截留細(xì)菌、病毒、重金屬離子等污染物;經(jīng)過(guò)反滲透系統(tǒng)之后的水分流一部分進(jìn)入冷純水箱冷卻作為常溫水，另一部分經(jīng)過(guò)電加熱得到熱水，儲(chǔ)存在熱純水箱中，反滲透產(chǎn)水后所有與水接觸的材質(zhì)全部為衛(wèi)生級(jí)從理論層面上來(lái)看，反滲透膜能夠?qū)⒆詠?lái)水中的微生物完全去除，但由于是實(shí)際操作過(guò)程中一旦系統(tǒng)停止運(yùn)行，系統(tǒng)內(nèi)極有可能產(chǎn)生細(xì)菌，為了保證冷、熱純水箱的水質(zhì)情況，內(nèi)部需布置紫外線燈進(jìn)行殺菌消毒，保證飲用水是無(wú)菌無(wú)毒的。結(jié)合工藝流程圖畫(huà)出工藝流程設(shè)備運(yùn)行圖，如圖2所示。1.2反滲透膜的表面污染物在反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，給水、濃水流沿著反滲透膜表面以一定的流速流動(dòng)，原水中污染物很難沉積下來(lái)，但是如果反滲透系統(tǒng)停止運(yùn)行，這些污染物就會(huì)立即沉積在膜的表面，對(duì)膜元件造成污染。所以要在反滲透系統(tǒng)中設(shè)置反沖洗系統(tǒng)若四小時(shí)內(nèi)不進(jìn)行新一次的制水，進(jìn)行定時(shí)自動(dòng)沖洗，PLC腦控制系統(tǒng)便打開(kāi)開(kāi)關(guān)閥、自動(dòng)沖洗閥門(mén)，依靠自來(lái)水的壓力，對(duì)反滲透膜自動(dòng)沖洗30s。1.3確定實(shí)驗(yàn)水質(zhì)需要處理的濃水包括反滲透系統(tǒng)的濃水以及多介質(zhì)過(guò)濾器、超濾過(guò)濾器和反滲透系統(tǒng)的反沖洗水。將其引入濃水多介質(zhì)過(guò)濾器，加入絮凝劑，具體用量需要根據(jù)水質(zhì)情況，進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)確定。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用加入絮凝劑的方式處理濃水，并且處理之后的水回到原水箱，增加回收率為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水的充分利用，處理后的濃水也可以回用作生產(chǎn)用水，可用作過(guò)濾裝置的反沖洗水、除塵水、冷卻水;對(duì)于用水水質(zhì)要求不高的可直接回用，比如沖灰、沖渣;也可作為中水雜用，如道路灑水降塵、綠化用水、沖廁、車(chē)輛沖洗、車(chē)間地面沖洗、建筑施工;符合相關(guān)要求且市政及城鎮(zhèn)污水處理廠同意接收的可排入市政污水管網(wǎng)送城鎮(zhèn)污水處理廠處理。1.4純水生產(chǎn)的凈化程度當(dāng)冷純水箱、熱純水箱中的水位計(jì)在低水位時(shí)，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)最終產(chǎn)水的電導(dǎo)率來(lái)檢驗(yàn)純水生產(chǎn)的凈化程度。根據(jù)最終產(chǎn)水的電導(dǎo)率情況，控制各閥門(mén)、水泵調(diào)頻器，使各過(guò)濾器和反滲透系統(tǒng)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài);根據(jù)最終產(chǎn)水的電導(dǎo)率情況，判斷是否需要更換膜。2主設(shè)備的選擇2.1膜元件的確定反滲透膜的選擇至關(guān)重要，根據(jù)各種因素的綜合平衡，一般認(rèn)為產(chǎn)水量5t/h以上的反滲透系統(tǒng)采用8040膜元件比較合適，3t/h以下的反滲透系統(tǒng)采用4040膜元件比較合適，3～5t/h的反滲透系統(tǒng)采用8040膜元件或者4040膜元件均可。選膜依據(jù)根據(jù)以上因素的平衡，選擇的反滲透膜2.2況而改變時(shí)，工況而改變膜元件的實(shí)際使用壓力則受到環(huán)境溫度、平均水通量、進(jìn)水含鹽量、系統(tǒng)回收率、膜元件種類(lèi)等各種因素的影響，膜元件的使用壓力隨工況而改變。反滲透膜的工作壓力選取為0.6MPa，但是由于反滲透膜組的水通量每年會(huì)衰減，為了保證三年后的工作壓力，選取稍大揚(yáng)程高壓泵，保證泵壓力富裕由表1可知，取地表水通量的最大衰減值每年為9.9%，工作壓力為0.6MPa，在一定范圍內(nèi)工作壓力與水通量正相關(guān)，按照每年衰減值為10%計(jì)算，為了保證3年后達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)水量的泵，高壓泵的選用揚(yáng)程不小于78m高壓泵。2.3濾料及過(guò)濾器濾料用量分多介質(zhì)過(guò)濾器可以減少反滲透原水中懸浮固體物和膠狀固體物，其中對(duì)于濾料的選擇十分重要，濾料種類(lèi)繁多，且功能不同結(jié)合原水水質(zhì)選取雙層濾料過(guò)濾，石英砂和活性炭組合的成套多介質(zhì)過(guò)濾器。上層采用粒徑大、相對(duì)密度小的石英砂，增加容污能力，水頭損失增加較慢;下層采用小粒徑、大相對(duì)密度的活性炭，增加吸附作用，具體參數(shù)見(jiàn)表2。2.4超濾過(guò)濾器超濾器對(duì)去除溶液中的微粒、膠體、細(xì)菌、熱源和各種有機(jī)物有較好的效果，在水處理系統(tǒng)工程和物質(zhì)分離領(lǐng)域中的必備設(shè)備3工藝選擇和計(jì)算3.1系統(tǒng)計(jì)算回收率反滲透膜的型號(hào)為FILMTEC由表4可知，系統(tǒng)回收率為29%，單支膜的回收率為16%。兩支膜的兩種排列方式如下:并聯(lián)-一級(jí)一段式(見(jiàn)圖4)系統(tǒng)計(jì)算實(shí)際回收率為16%。串聯(lián)-一級(jí)兩段式(見(jiàn)圖5)系統(tǒng)計(jì)算實(shí)際回收率為29.4%。為了保證0.5t/h的產(chǎn)水量，膜組并聯(lián)的進(jìn)水為3.125t/h，膜組串聯(lián)的進(jìn)水量為1.7t/h，經(jīng)對(duì)比選擇反滲透膜組串聯(lián)排布方式。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水量要求比較小時(shí)，通過(guò)串聯(lián)的方式排布反滲透組件可以提高回收率。3.2反滲透系統(tǒng)的流力量原則上，為確定最優(yōu)管徑，可選擇不同的流速作為方案計(jì)算，從中找出經(jīng)濟(jì)、合理的最佳流速或管徑。對(duì)于車(chē)間內(nèi)部的管路，可根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速范圍，經(jīng)驗(yàn)性地選用流速，然后由質(zhì)量守恒式計(jì)算管徑，再根據(jù)管道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。流動(dòng)阻力主要由兩部分組成:一種是直管，另一種是彎頭、閥門(mén)等各種管件。直管造成的機(jī)械能損失稱(chēng)作流動(dòng)阻力損失;管件造成的機(jī)械能損失稱(chēng)為局部阻力損失。流動(dòng)阻力損失相對(duì)于局部阻力損失，可忽略不計(jì)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中產(chǎn)水量為0.5t/h，反滲透系統(tǒng)入口流量為1.7t/h，水處理系統(tǒng)進(jìn)水流量為2.0t/h，工作條件為室溫25℃，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的黏度為0.8949mPa·s，密度為997.13kg/m經(jīng)驗(yàn)選擇水的流速為1m/s，管徑d=0.02304m，圓整內(nèi)徑為20mm，則流速為因此，Re大于2300，系統(tǒng)流動(dòng)狀態(tài)為湍流。根據(jù)Blasius式，則摩擦因數(shù)λ為根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工藝流程運(yùn)行設(shè)備圖及管路的長(zhǎng)度，預(yù)計(jì)管路為10m，則湍流時(shí)直管阻力損失為根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，各設(shè)備的壓力降見(jiàn)表5。綜上所述，直管阻力損失和局部阻力損失總和所導(dǎo)致的水頭損失為H4反滲透膜系統(tǒng)的回收率(1)“預(yù)處理+反滲透”的工藝流程能夠很好地保護(hù)和延長(zhǎng)反滲透系統(tǒng)的壽命，使其運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間。(2)當(dāng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水量比較小時(shí)，反滲透模組的串聯(lián)能夠增加回收率。(3)處理后的濃水回流也