年产1万吨淡水的反渗透膜系统设计

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.............................................................................................111、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。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0.001μm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=3.3033010000（吨），每小时产=26.1243.30（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所需膜组件数12.3128.03.30q8.0maxmQN其中mN为所需膜组件数；Q为设计产水量；maxq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：dYQQ/m57.86%353.3031浓水流量：dYQQ/m27.56%35-157.86-1312）（）（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,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,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6～8MPa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