学文网摘要:在3t/h的反渗透系统中,使用8040(8英寸)膜与4040(4英寸)膜的运行参数是不同的,通过对海德能ESPA24040膜和ESPA28040膜在3t/h反渗透系统中的运行参数计算比较,得出在3t/h的反渗透系统中使用ESPA24040膜比ESPA28040膜能耗低,造价低,但管路连接比使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统复杂。
关键词:ESPA24040膜;ESPA28040膜;双级反渗透系统;成本
中***分类号:TQ113.26 文献标识码:A 文章编号:16749944(2010)10017403
1 引言
随着膜法水处理技术的发展,反渗透技术的应用也逾来逾普及。与以往制纯的技术相比,双级反渗透技术有着占地面积小,能耗低,不需耗酸碱,易于管理的特点。目前,反渗透技术已应用到大型水处理设备中去。在大型的反渗透设备中,多数采用8040膜(即8英寸膜)作为膜组件,因为8040膜产水量高,耗能低。但在小型的反渗透系统中,各类技术手册中只是按经验指出产水3t/h以上的反渗透系统采用8040膜,3t/h以下的系统采用4040(4英寸)膜。本文针对产水量是3t/h的反渗透系统,所采用的膜进行做计算比较。
2 反渗透系统工艺设计
2.1 比较基准
反渗透工艺的设计,先根据原水水质,确定预处理项目,然后选择膜材,再根据产水量计算所需的膜面积。在这个实验中,假设进水为市***自来水,这样的水源通常的纯化处理工序是砂滤、碳滤、软化,之后进入双级反渗透系统,整个流程如下:
原水石英砂过滤器活性炭过滤器软化器中间水箱精密过滤器一级反渗透装置RO水箱加药二级反渗透装置纯水箱用水点。
在这个试验用产水量是3t/h(3t/h)的反渗透系统中,美国海德能公司的ESPA2膜将用来做试验比较,因为现在大多数的纯水系统中多采用ESPA2膜。ESPA2膜是苦咸水膜,是美国海德能公司在世界上率先推出的节能型超低压复合膜,它较常规低压复合膜的运行压力降低了25～40%;在大通量时有着与其它复合膜相同的高脱盐率;更宽的水质适用范围和压力适应范围等优点,有着高水通量、高脱盐率的特性。ESPA28040膜与ESPA24040膜这2种膜规格与性能比较如表1。
从表1数据可以看出,这2种膜的脱盐率相同,所以对原水的处理效果一样,但由于膜的尺寸不同,所以单支膜的透过水量、进水流量及最小浓水流量都不相同,这些决定了反渗透系统的配件选型不同,即系统造价成本有差异。按照系统设计的顺序来计算比较2种膜在反渗透系统中的差异,在整个膜系统计算过程中采用海德能反渗透计算软件来计算。
2.2 回收率的比较
设计一个反渗透系统,首先要确定系统的回收率,计算公式为系统的回收率=总出水量/总进水量。在反渗透系统中,用户都希望获得最大的回收率,尤其是在小型的反渗透系统中。因此在本实验中,我们设计采用二级浓水回流工艺,这样系统的回收率可以算为最大,具体计算数据见表2。
从表2看,使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统,水的利用率高于使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统,系统进水量比使用ESPA28040膜要小,这同时意味着流量计的选取也有所不同。
2.3 过滤装置罐体比较
石英砂过滤器主要用于水处理除浊、软化水、纯水的前级预处理,是利用一种或几种过滤介质,在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒状材料,从而有效地除去悬浮杂质使水澄清的过程,也可用于地表水、地下水除泥沙,一般进水浊度要求小于20°,出水浊度可达3°以下。活性炭过滤器利用活性炭的吸附性能,去除液体中的杂质,使液体得到净化,防止水中污物对后续设备的污染。这两种罐的直径大小是一样的。
确定了系统的回收率后,就可以计算出整个系统的总进水量,根据总进水量来计算过滤装置的罐体直径。由于系统进水量不同,所采用的石英砂过滤罐罐体直径的大小也随之产生了区别,这样在罐体的成本上出现了高低。对于石英砂与活性碳过滤器,按照单层滤料单流以滤速10m/h计算,计算的罐体直径具体结果见下表3。
从上表中看,在规定的同一滤速下计算,使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统所用的罐体直径比ESPA28040膜反渗透系统所用罐体直径要小,这样ESPA24040膜反渗透系统罐体所用原料要少于ESPA28040膜反渗透罐体,在成本上要相对低一些。
2.4 软化器的比较
软化器是采用离子交换原理,去除水中的钙、镁等结垢离子,当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层时,水中的钙镁离子便与树脂吸附的钠离子发生置换,树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中,这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水,按照软化器滤速25m/h计算,树脂罐直径及装入树脂量如表4。
2.5 精密过滤器的比较
精密过滤是采用成型的滤材,在压力的作用下,使原液通过滤材,滤渣留在滤材壁上,滤液透过滤材流出,从而达到过滤的目的。由于总进水量的不同,滤芯数量也不相同,对于使用ESPA24040膜的反渗透系统,滤芯数量就要少于使用ESPA28040膜的系统。
2.6 反渗透系统的比较
反渗透是系统脱盐的核心部分,设计的成熟、合理与否不仅直接决定系统能否达到设计要求,而且关系到反渗透装置的使用寿命。根据系统的产水量及膜的透水量计算出膜的数量,结合海德能计算软件计算出膜的排列,压力及各段流量。这种计算方式,在膜的排列上考虑了膜的横向流速,减少了难溶盐在膜表面上的沉淀;也考虑了产水通量的影响,反渗透系统的产水通量与污染速度之间存在直接关系,一旦超过一定的水通量,其污染速度会呈指数上升,会使浓差极化因子增大,见表5。
2.6.1 压力比较
如表5示,用海德能计算软件计算压力,使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统,一级反渗透计算压力是15.2bar,二级的反渗透计算压力是8.4 bar;使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统,一级反渗透压力计算是10.8bar,二级的反渗透压力计算是6.7bar。上述数字为计算数字,虽然使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统压力较小,但在泵的选型上,量程应不低于100,所以在泵的选择上应该是一样的。
2.6.2 膜成本比较
根据单支膜的产水量,及系统的出水量来计算膜数量。经过计算,对于使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统来说,需用28支膜,价格是28×1 500元/支=42 000元;对于使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统来说,需用9支膜,价格是9×4 500元/支=40 500元。
从膜成本上比较两套系统相差不大,但对于使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统而言,膜数量多,管路系统相对要复杂,设备占地面积相对大;使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统,膜数量少,管路系统相对简单,设备占地面积相对小。
3 结语
从上述计算中所表现的,3t/h反渗透系统使用ESPA24040膜,其能耗低,水的利用率大,且制造成本也较低,在管路连接上比使用ESPA28040膜的系统要复杂,占用空间要大;使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统,相比使用ESPA24040膜的系统,能耗大,水利用率低,相对制造成本高,但在造型上,其管路简单明了。从现在水资源的紧缺情况来说,3t/h的双级反渗透系统更应该选择ESPA24040膜组成的系统。
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Comparison between 4040 Membrane and 8040 Membrane Applied in 3t/h RO System
Ma Qian
(Dandong Wuxing Chemical Fiber Company,Liaoning Dandong 118002,China)
Abstract:In the 3t/h RO reverse osmosis system, the operational parameter differs in the usage of ESPA24040 membrane and ESPA28040 membrane.Through the operational parameter calculation of the two systems, it is proved that system using ESPA24040 makes lower enery consumption and lower cost ,but its effect is worse than that of ESPA28040 membrane.
Key words: ESPA24040;ESPA28040;reverse osmosis system;membrane cost
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