用于中水回用的反滲透余壓回收系統(tǒng)的研究

（天津生態(tài)城水務(wù)投資建設(shè)有限公司 天津300467）

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中水回用對(duì)提升水資源的利用效率、減少水污染物外排放量具有極其重要的意義，其中，反滲透膜作為整個(gè)回用系統(tǒng)中的重要組成部分，降低其能量消耗有助于降低中水回用處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本。本文中，探討了中水回用反滲透余壓回收系統(tǒng)的應(yīng)用問題，首先概述了反滲透余壓回收系統(tǒng)的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀，然后重點(diǎn)介紹了一種新型的反滲透余壓回收裝置系統(tǒng)，這對(duì)于促進(jìn)中水回用工程項(xiàng)目的發(fā)展、提升中水回用效率具有一定的借鑒價(jià)值。

中水反滲透余壓

所謂中水回用指的是對(duì)污水進(jìn)行集中處理并達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)以后，用于景觀、綠化、道路沖洗以及車輛沖洗等，以達(dá)到節(jié)約用水、緩解水資源匱乏的目的。實(shí)踐證明，中水回用對(duì)提升水資源的利用效率、減少水污染物外排放量具有重要的意義。然而，如何降低中水回用處理成本、提升能量利用效率卻是制約當(dāng)前我國(guó)中水回用項(xiàng)目運(yùn)行的重要的“障礙性”因素。

1 反滲透余壓回收系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

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。反滲透技術(shù)在各地集中式污水處理廠中水回用項(xiàng)目中的到了較為廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)回收利用效果比較理想，但是，能耗較高，從而導(dǎo)致中水回用工程項(xiàng)目中運(yùn)行成本大幅增加。一般情況下，反滲透膜所排出的濃水余壓可達(dá)到5MPa以上，按照回收率50%計(jì)算，還會(huì)有高達(dá)50%的水壓能量未被利用，如何將這一部分“余壓”（能量）進(jìn)行回收、利用就成為了降低中水回用項(xiàng)目運(yùn)行成本的關(guān)鍵所在。二十世紀(jì)七十年代，國(guó)內(nèi)外關(guān)于反滲透系統(tǒng)能量回收技術(shù)的研究開始起步，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，關(guān)于反滲透余壓回收系統(tǒng)技術(shù)方面的研究取得了顯著的進(jìn)展，目前，比較常見的反滲透余壓回收裝置主要有水力回收透平、正位移式、新型水力透平以及直接接觸正位壓力交換器等，這些技術(shù)在余壓回收系統(tǒng)的應(yīng)用有效地解決了反滲透技術(shù)中余壓（能量）利用效率不高的問題。從國(guó)內(nèi)反滲透余壓回收系統(tǒng)的研究、應(yīng)用情況來看，該種技術(shù)多用于海水淡化領(lǐng)域，本文中，借鑒反滲透余壓回收系統(tǒng)在海水淡化系統(tǒng)中的應(yīng)用，并進(jìn)行了適度的“改進(jìn)”，探討反滲透余壓回收系統(tǒng)在中水回用項(xiàng)目中的應(yīng)用，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 中水回用反滲透余壓回收系統(tǒng)分析

2.1 中水回用反滲透余壓回收系統(tǒng)介紹

本文中，所介紹的中水回用反滲透余壓回收系統(tǒng)，是一種新型的、具有較高的實(shí)用價(jià)值的可用于中水回收利用的反滲透余壓回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括保安過濾器、TDS檢測(cè)裝置、水泵，其中，保安過濾器的主要功能是過濾粒徑較大的雜質(zhì)，以避免這些雜質(zhì)損壞、堵塞反滲透膜，達(dá)到保護(hù)反滲透膜及其它運(yùn)行設(shè)備安全運(yùn)行的目的，整個(gè)保安過濾器中“保安過濾芯”是核心元器件；TDS檢測(cè)裝置主要是通過測(cè)量中水中的“電導(dǎo)率”的大小來表征中水中溶解性物質(zhì)含量的多少，TDS值越大則表示中水中的溶解性物質(zhì)就越多、濃度越高，反之亦然；水泵的主要功能是用來輸送“中水”，達(dá)到促進(jìn)水流流動(dòng)的目的。與水泵并聯(lián)有產(chǎn)水RO膜（即反滲透膜）A、B以及C，旨在實(shí)現(xiàn)水由低濃度向高濃度流動(dòng)的目的；并聯(lián)管路上加設(shè)了專用閥門，在產(chǎn)水RO膜的出口處安裝流量計(jì)，以達(dá)到控制水流、水壓的目的；產(chǎn)水RO膜A、B的濃出水口處與產(chǎn)水RO膜C之間連接有多個(gè)控制閥門和能量回收裝置，回收裝置中的閥門有閥體、閥軸、密封區(qū)、條形槽等幾大部分組成，閥門四個(gè)方向中兩個(gè)方向連接水壓缸，另外兩個(gè)方向分別連接高濃度、低濃度中水，旨在通過操控閥門達(dá)到回收余壓（能量）的目的，以提升中水回用中反滲透余壓能量的利用效率，降低中水回用工程中反滲透系統(tǒng)的能量消耗量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該新型余壓回收系統(tǒng)通過改變閥門的“狀態(tài)”能夠形成適應(yīng)不同TDS濃度來水的反滲透路線，使用能量回收裝置來回收“余壓”，適用濃度范圍比較廣，而且可以達(dá)到控制不同濃度的中水回用余壓回收的目的。

2.2 新型反滲透余壓回收裝置控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

新型反滲透余壓回收裝置能夠完全獨(dú)立地工作，脫離了電機(jī)軸、高壓泵軸必須要連接的束縛，而且由于不再需要增設(shè)加壓泵，也減少了中水回用反滲透系統(tǒng)的資金投入。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在反滲透余壓（能量）大于10kw以上時(shí)或者是中水流量不小于4m3/h時(shí)，使用該反滲透余壓回收裝置能夠取得十分理想的效果。目前，中水回用的反滲透余壓回收系統(tǒng)中，市場(chǎng)上比較常見的反滲透回收系統(tǒng)多采用安裝段間增壓泵的方式來提升壓力，比如，利用水利透平原理將反滲透“濃水”通過透平將其中的“余壓”（即壓力）首先進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成“軸功”，連接增壓泵，對(duì)流經(jīng)泵的“水”進(jìn)行增壓，即通過“壓力能——軸功——增壓——壓力能”等三步轉(zhuǎn)化，達(dá)到回收并傳遞余壓（能量）的目的，該種類型的能量傳遞效率可達(dá)到70%以上，在減少高壓泵輸出壓力的同時(shí)達(dá)到降低單位能耗成本的目的，雖然余壓回收效果也比較理想，但是，由于壓力過大，對(duì)整套設(shè)備的安全性能要求較高，稍有不慎就有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，損壞裝置甚至于威脅工作人員的人身安全。而采用余壓回收裝置、系統(tǒng)，一方面，設(shè)備使用壽命大幅延長(zhǎng)、設(shè)備事故率也顯著降低；另一方面，系統(tǒng)能耗顯著降低，新的余壓回收系統(tǒng)通過安裝閥門達(dá)到調(diào)節(jié)提高透平系列的能量回收裝置效率的目的，既降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本，又降低了能耗，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的“雙贏”。試驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的反滲透余壓回收裝置、系統(tǒng)相比，該反滲透余壓回收系統(tǒng)不再使用傳統(tǒng)的加壓設(shè)備作為反滲透動(dòng)力的運(yùn)營(yíng)模式，而是使用“能量回收裝置”作為動(dòng)力來源裝置，效果比較理想。比如，1mg/l—1000mg/l的TDS濃度都可以使用本系統(tǒng)，適用范圍廣，對(duì)中水要求條件相對(duì)較為寬松，實(shí)用性更強(qiáng)。

2.3 中水回用反滲透余壓回收系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析

反滲透余壓回收系統(tǒng)在中水回用項(xiàng)目中具有比較樂觀的應(yīng)用前景，“十三五”期間，城市污水處理廠建設(shè)將有“十一五”、“十二五”期間的大規(guī)模投資新建集中式污水處理廠向現(xiàn)有污水廠提標(biāo)升級(jí)改造、中水回用項(xiàng)目建設(shè)轉(zhuǎn)變，這就為本新型反滲透余壓回收裝置系統(tǒng)的推廣、應(yīng)用提供了良好的發(fā)展機(jī)遇，尤其是在日處理量6萬噸/日以上的大中小型中水回用項(xiàng)目中，該余壓回收裝置系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價(jià)值。實(shí)踐中，只要RO系統(tǒng)出口水壓達(dá)到2MPa以上，而且能量回收效率不足40%，就應(yīng)該考慮設(shè)置反滲透余壓回收裝置，一般而言，中水回用量越大或者是RO系統(tǒng)規(guī)模較大，則經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益就會(huì)越為明顯；而對(duì)于小型中水回用項(xiàng)目，是否適合安裝該反滲透余壓回收裝置系統(tǒng)，還需要綜合平衡經(jīng)濟(jì)利益才能夠決定，否則，如果盲目地安裝回收裝置，可能適得其反，造成中水回用處理成本的增加。另外，在化工、電力等大型企業(yè)中水回用項(xiàng)目中，反滲透余壓回收系統(tǒng)也具有較高的應(yīng)用價(jià)值，能夠緩解化工廢水腐蝕性較強(qiáng)導(dǎo)致增壓泵設(shè)備損壞現(xiàn)象頻發(fā)的問題，對(duì)降低企業(yè)的投資費(fèi)用、提升設(shè)備的安全運(yùn)行性能以及達(dá)到能量回收的目的具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

綜上所述，反滲透余壓回收裝置在中水回用項(xiàng)目中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，有助于降低中水回用項(xiàng)目能耗、促進(jìn)設(shè)備安全運(yùn)行目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)?？梢灶A(yù)見，隨著我國(guó)中水回用項(xiàng)目的普及、發(fā)展，中水回用反滲透余壓回收裝置、系統(tǒng)必將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。

[1]龍瀟,石景燕,高燕寧,孫小軍,莫宗寶,劉玉偉,張志英.中水回用反滲透系統(tǒng)污堵原因分析 [J].電站系統(tǒng)工程,2012,04:53-55.

[2]薛樹旗,孫鑫,劉永強(qiáng),祝成耀,秦宏展.余壓能量回收技術(shù)在船用反滲透海水淡化工藝中的應(yīng)用研究 [J].船舶工程,2016,01:82-85.

用于中水回用的反滲透余壓回收系統(tǒng)的研究

■趙益華

TV211.1+2【[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-457-2