4 200 t/d海水淡化工程的工業(yè)設(shè)計技術(shù)應(yīng)用

潘春佑，李 露，馮 濤，王可寧，薛喜東，徐國榮，任建波

(自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

隨著工業(yè)設(shè)計在國內(nèi)產(chǎn)品制造業(yè)的逐步滲透，各式各樣的宣傳與推廣手段層出不窮，人們對產(chǎn)品的購買欲與設(shè)計的直觀性相輔相成，而產(chǎn)品的特性特點也會通過工業(yè)設(shè)計手段來體現(xiàn)。目前，在水處理行業(yè)中，越來越多的中、小型水處理裝置在隨著市場的主流方向“進化”，裝置作為商業(yè)化產(chǎn)品進行設(shè)計與包裝已經(jīng)是大勢所趨。通過工業(yè)設(shè)計來實現(xiàn)裝置、產(chǎn)品、甚至是工程項目的技術(shù)與實力體現(xiàn)[1-5]。

1 4 200 t/d海水淡化工程的工藝流程及參數(shù)

電驅(qū)反滲透淡化工程的工藝流程：原料水從取水管道取出后，經(jīng)沉淀池進行過濾，去除懸浮物雜質(zhì)等，之后進入清水池，經(jīng)加壓進入連續(xù)超濾，超濾出水供后續(xù)反滲透使用。高壓泵和能量回收裝置、增壓泵的組合體將高壓水輸送到一級反滲透膜堆，透過水經(jīng)二級高壓泵加壓后進入二級反滲透系統(tǒng)，二級產(chǎn)水進入產(chǎn)品水池。產(chǎn)品水泵把水輸送到用水點。排放的濃鹽水經(jīng)過能量回收裝置回收能量后排放。4 200 t/d反滲透海水淡化系統(tǒng)水量平衡圖如圖1，設(shè)計參數(shù)如表1。

圖1 水量平衡圖Fig.1 Water balance chart

反滲透系統(tǒng)是流程的主要裝置，一級反滲透可以把海水的含鹽量由32 000 mg/L降低到小于300 mg/L，在管理良好的情況下，可以保證3 a之內(nèi)產(chǎn)水含鹽量不超過250 mg/L。二級反滲透產(chǎn)水含鹽量可以保持在30 mg/L以下，氯離子含量不超過20 mg/L，可以滿足電廠對淡水的要求。

表1 設(shè)計參數(shù)Tab.1 Design parameters

一級反滲透系統(tǒng)包括高壓泵、反滲透膜組件、能量回收裝置、沖洗系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)以及控制儀表等六部分組成。

高壓泵為反滲透膜組提供足夠進水壓力，同時結(jié)合能量回收裝置為反滲透膜組提供正常運行的壓力。每套反滲透膜組串聯(lián)設(shè)置一臺高壓泵，形式為多級離心泵。

反滲透膜組件是整個脫鹽系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。為設(shè)備穩(wěn)定供水，分為兩組設(shè)置。它負責(zé)脫除水中的可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物，使出水水質(zhì)達到用戶的要求。根據(jù)水質(zhì)情況，一級反滲透膜采用了適合海水淡化的復(fù)合反滲透膜，單根脫鹽率可以達到99.6%，膜的長度為1 m。當反滲透的回收率為45%時，最佳的方案是每套反滲透膜組采用一段的排列。如此設(shè)計的優(yōu)點是每一根膜通量相對較平衡，且濃水流量相對較高，每一根膜元件不易受到污染。

由于排放的濃鹽水壓力超過5 MPa，不進行回收將造成能量的浪費。原料海水通過能量回收裝置后水壓升至約5 MPa，使得濃鹽水的能量得到有效回收。

反滲透膜組件長期運行之后，會受到某些難以沖洗掉物質(zhì)的污染，例如長期的微量鹽分結(jié)垢和有機物的積累，造成膜組件的性能下降。如此需要化學(xué)藥品的清洗，以恢復(fù)其正常的通量和脫鹽率。清洗系統(tǒng)由清洗藥劑箱、清洗泵、5 μm過濾器及流量計和管路系統(tǒng)組成。

當反滲透裝置停機時，膜內(nèi)部的水已經(jīng)處于濃縮狀態(tài)，容易造成膜組件的污染。因此需要用淡水沖洗膜的表面以將膜表面的濃水置換出來，防止污染物在反滲透膜表面的沉積，影響膜的性能。反滲透的沖洗系統(tǒng)與化學(xué)清洗系統(tǒng)共用。

為了控制、監(jiān)測反滲透系統(tǒng)的運行狀況，需要配置一系列的在線測試儀表。這些儀表包括ORP表、pH值測量表、電導(dǎo)率表、流量計、壓力表、取樣裝置等。

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根據(jù)車間布置圖并參照工藝及設(shè)備樣本，建立廠區(qū)三維模型，主體模型包括：泵、能量回收、壓力儀表、閥門、骨架、管溝、立柱、水箱、沖洗加藥系統(tǒng)等，如圖2。在模型構(gòu)建過程中，閥門的操作高度、管道的走向與排布、支架的安置等可根據(jù)人機互動尺寸進行調(diào)整。在項目模型建立完成并調(diào)整后，在KeyShot中進行廠區(qū)的配色，將各個模塊及元器件通過色彩、粗糙度、材質(zhì)、光影等區(qū)分后，設(shè)定相機位置、視角、景深，最終生成高辨識度的效果圖，如圖3、圖4。

圖2 三維建模Fig.2 3D modeling

圖3 俯視圖Fig.3 Top view

圖4 側(cè)視圖Fig.4 Side view

3 結(jié)論

工業(yè)設(shè)計在4 200 t/d海水淡化工程設(shè)計中的應(yīng)用，順應(yīng)了市場的需求，在預(yù)設(shè)計和投標階段具有直觀的視覺價值。通過清晰明確的工業(yè)設(shè)計預(yù)覽技術(shù)，為企業(yè)技術(shù)的宣傳與推廣提供有力的支持。工業(yè)前置化設(shè)計是未來企業(yè)增強核心競爭力的一種新的有效途徑，對水處理行業(yè)的技術(shù)推廣具有促進作用。