能量回收裝置在反滲透法苦咸水處理中的應(yīng)用

周冬興 孫奇蕾 楊東偉

摘 ?要：文章首先論述苦咸水的性質(zhì)及特點(diǎn)，論述苦咸水淡化技術(shù)，進(jìn)而論述能量回收裝置在反滲透法苦咸水處理中的應(yīng)用，從而為反滲透法苦咸水處理及海水淡化處理中能量回收裝置的應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：能量回收裝置;苦咸水;反滲透;水處理;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TK02 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）18-0189-02

Abstract： This paper first discusses the properties and characteristics of brackish water， discusses the desalination technology of brackish water， and then discusses the application of energy recovery device in the treatment of brackish water by reverse osmosis. The purpose of this paper is to provide reference for the application of energy recovery device in reverse osmosis brackish water treatment and seawater desalination treatment.

Keywords： energy recovery device; brackish water; reverse osmosis; water treatment; application

1 概述

苦咸水一般指溶解性總固體即各種鹽類(lèi)總濃度大于1g/L，也稱(chēng)高礦化水。含鹽量小于5g/L的為低鹽度苦咸水，含鹽量在5-10g/L之間的為中度苦咸水，10g/L以上為高鹽度苦咸水;含鹽量（50-500）g/L的稱(chēng)之為鹵水[1]。苦咸水含大量中性鹽，且PH值大于7，主要分布在北部和東部沿海地區(qū)。淡水資源短缺的問(wèn)題嚴(yán)重影響了這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。

2 苦咸水處理常用技術(shù)

目前，已經(jīng)成熟應(yīng)用和不斷研發(fā)出來(lái)的反滲透、超濾、微濾、納濾、電滲析、無(wú)機(jī)膜等技術(shù)，正在廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)，海水淡化成為解決沿海地區(qū)水危機(jī)的重要技術(shù)手段，零排放也已成為環(huán)境績(jī)效的重要指標(biāo)，環(huán)保水處理行業(yè)需求旺盛。

反滲透海水淡化中能量損耗在整個(gè)成本中占得比重較大，因此降低反滲透海水淡化的能量損耗的技術(shù)是反滲透海水淡化系統(tǒng)中的重要部分，能量回收裝置正是基于這個(gè)技術(shù)而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，通過(guò)能量回收裝置，可以大幅降低反滲透海水淡化的成本，在目前淡水資源日漸緊俏，海水淡化項(xiàng)目大幅發(fā)展的時(shí)期，能量回收裝置作為高壓反滲透淡化系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置之一，對(duì)大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗和造水成本至關(guān)重要，前景無(wú)限廣闊，具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值及市場(chǎng)潛力。本文就能量回收裝置在反滲透法苦咸水處理中的應(yīng)用簡(jiǎn)要闡述。

3 案例分析

2011年我公司就濱州沿海某地苦咸水開(kāi)發(fā)應(yīng)用除鹽系統(tǒng)工程，由于苦咸水含鹽量較高，造成滲透壓較高，運(yùn)行中需要較高的運(yùn)行壓力。較高的運(yùn)行壓力要求配套揚(yáng)程更大的水泵，相同處理規(guī)模的反滲透設(shè)備需要配套更大功率電機(jī)，因此，反滲透法在苦咸水處理中的應(yīng)用則會(huì)帶來(lái)較高的設(shè)備投資成本和運(yùn)行費(fèi)用。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本工程案例運(yùn)用了如下解決方案：

（1）在滿(mǎn)足系統(tǒng)出水水質(zhì)的情況下，選擇抗污染低壓力高通量的優(yōu)質(zhì)反滲透膜元件;（2）通過(guò)能量回收裝置將

較高壓力的反滲透濃水這部分能量回收再利用。

3.1反滲透苦咸水處理設(shè)計(jì)方案

（1）原水水質(zhì)見(jiàn)表1。（2）工藝流程如下：【淺井水】→【原水池】→原水泵→（絮凝劑）→多介質(zhì)過(guò)濾器→一級(jí)反滲透保安過(guò)濾器→一級(jí)反滲透高壓泵→一級(jí)反滲透裝置（+能量回收裝置）→【級(jí)間水箱】→二級(jí)反滲透給水泵→（堿加藥）→二級(jí)反滲透保安過(guò)濾器→二級(jí)反滲透高壓泵→二級(jí)反滲透裝置→【中間水箱】→中間水泵→混床→【除鹽水箱】→除鹽水泵→加氨→用水點(diǎn)。（3）多介質(zhì)過(guò)濾器是本水處理系統(tǒng)主要的預(yù)處理裝置。它的作用是濾除苦咸水中的部分細(xì)小顆粒、懸浮物、膠體、有機(jī)物等雜質(zhì)。其過(guò)濾的機(jī)理是利用雙介質(zhì)濾料的比重差和粒徑空隙差，讓比重小粒徑大的濾料位于過(guò)濾器濾層的上部過(guò)濾較大顆粒的雜質(zhì)，讓比重大粒徑小的濾料位于過(guò)濾器濾池的下部過(guò)濾較小顆粒的雜質(zhì)。通過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器的過(guò)濾，提高超濾進(jìn)水的水質(zhì)，從而能有效保證后級(jí)超濾膜使用壽命。本系統(tǒng)多介質(zhì)出水指標(biāo)要求SDI≤4，以滿(mǎn)足反滲透進(jìn)水濁度要求。（4）保安過(guò)濾器用于保護(hù)反滲透裝置，防止顆粒雜質(zhì)對(duì)反滲透膜的污染。本系統(tǒng)保安過(guò)濾器采用碳鋼襯膠材質(zhì)，保證耐腐蝕性能。（5）一級(jí)反滲透裝置單套產(chǎn)水量為150m3/h，回收率70%，共4套。按此水質(zhì)反滲透膜設(shè)計(jì)軟件模擬計(jì)算一級(jí)反滲透裝置水溫20度時(shí)的進(jìn)水壓力（3.214MPa@1年及3.426MPa@3年），按此參數(shù)選型高壓泵電機(jī)功率超低壓電機(jī)規(guī)范上限要求，因此配套渦輪能量回收裝置回收反滲透濃水能量以減少高壓泵揚(yáng)程。（6）二級(jí)反滲透裝置運(yùn)行壓力約為1.4Mpa，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，不考慮設(shè)置能量回收裝置。（7）本系統(tǒng)設(shè)置混床進(jìn)一步去除二級(jí)反滲透產(chǎn)水中剩余的部分硬度、堿度及陰陽(yáng)離子，采用碳鋼襯膠材質(zhì)，保證耐腐蝕性能。（8）出水調(diào)節(jié)PH值后外送用水點(diǎn)。

3.2 能量回收裝置在反滲透法苦咸水處理中的應(yīng)用

（1）設(shè)計(jì)選型：高壓泵：Q=214.3m3/h，DP=30.8bar，過(guò)流部件材質(zhì)雙向不銹鋼SS 2205。能量回收裝置：Q=644.3m3/h，濃水進(jìn)水壓力32.4bar，濃水排放壓力0.3bar，過(guò)流部件材質(zhì)雙向不銹鋼SS 2205。（2）國(guó)外某品牌能量回收裝置廠(chǎng)家提供的設(shè)計(jì)資料見(jiàn)圖1。從此表數(shù)據(jù)分析高壓泵及能量回收裝置總DP為30.8bar，能量回收裝置流量Q=64.3m3/h，濃水側(cè)DP=29.4bar，能量回收裝置效率67.2%，計(jì)算得進(jìn)水側(cè)△DP=5.93bar，因此高壓泵實(shí)際DP=24.87bar。能量回收裝置回收能量比值為35.3kW/242.8kW=14.54%。（3）調(diào)試運(yùn)行：系統(tǒng)于2011年底投入運(yùn)行，一級(jí)反滲透運(yùn)行參數(shù)如下：高壓泵進(jìn)口3.5bar，膜進(jìn)口壓力31bar，段間29bar，濃水壓力28bar，產(chǎn)水流量151.3m3/h，濃水流量63.3m3/h。（4）偏差分析：對(duì)比設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，高壓泵及能量回收裝置整體△DP=3.3bar，高壓泵及能量回收裝置為整體組合式，無(wú)法單測(cè)其各自的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)。假設(shè)高壓泵運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)一致，則能量回收裝置的實(shí)際DP=31-3.5-24.87=2.63bar，經(jīng)計(jì)算得能量回收裝置的效率約為35.8%。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)本次能量回收裝置在苦咸水反滲透法水處理中的應(yīng)用工程，確認(rèn)了能量回收裝置在山東省沿海地區(qū)中度苦咸水淡化系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。為能量回收裝置推廣使用積累前期經(jīng)驗(yàn)。（2）在水利渦輪能量回收裝置中，能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程為“壓力能-機(jī)械能（軸功）-壓力能”，其能量回收效率約35%-70%[2]。本次能量回收裝置在系統(tǒng)應(yīng)用中效率約為35.8%-67.2%。（3）本項(xiàng)目使用的能量回收裝置與高壓泵集成一體，無(wú)需占用額外的空間，節(jié)省土建投資。（4）本項(xiàng)目使用的能量回收裝置無(wú)需設(shè)置高壓的濃水調(diào)節(jié)閥，節(jié)省高壓的濃水調(diào)節(jié)閥投資。（5）在含鹽量約6000mg/L，反滲透裝置回收率70%的工況下，能量回收裝置能降低高壓泵14.54%的功率。如運(yùn)用在含鹽量更高的水質(zhì)，反滲透回收率更低的系統(tǒng)，能量回收裝置能使高壓泵功率更大幅度的降低，進(jìn)而大幅降低苦咸水及海水淡化的能耗。

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