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ESPA膜品种所需系统给水压力低,在某些运行条件下,系统浓水压力值接近浓水渗透压力值,使得系统的纯驱动压力产生很大的梯度,即进水端NDP很高,出水端NDP很低.膜通量分布不均衡问题更突出.笔者固定了膜型号(以ESPA2-4040、ESPAl-4040膜品种为例),分别对单段、两段反渗透系统采用3种通量均衡工艺进行讨论. 2 单段系统膜通量均衡工艺 系统采用同一膜品种时,随着流程增长,膜通量下降.由于在同一压力下,膜品种不同,通量不同,故可以在沿系统流程的适当位置处更换膜品种,使其在进水压力不变情况下,提高或降低该流程处的膜通量,使系统前端通量降低或是使系统后端膜通量提高,以达到整个系统通量均衡的目的.以系统膜品种更换所对应的首支膜元件的通量的偏离度((系统首端第一支膜元件通量-膜品种更换后的第一支膜元件通量)/系统首端第一支膜元件通量)接近于0%,作为系统优选的膜品种配置方式.图2给出了一级一段6支膜6 m长系统的不同运行工况对膜品种配置的断点位置的影响. 如图2所示,图中横坐标中“2222ll”表示系统前4支膜采用ESPA2-4040,后两支膜采用ESPAl-4040,这种膜品种配置方式比同一品种的膜排列方式可以均衡系统通量.随着系统中各膜品种所占比率不同,系统通量的偏离度也不同.系统运行工况变化时,膜品种配置的断点位置也随之变化.不同的运行工况,对应不同的膜品种配置方式.进水含盐量、进水温度的变化,对系统膜品种配置断点位置的影响较大.相比较而言,运行年数、单支膜产量的变化,对系统膜品种配置断点位置的影响较小,且随着进水含盐量的升高,或者进水温度的上升,系统膜品种配置断点位置前移,即低压膜品种所占比率增加.随着运行年数或单支膜产量的增加,系统膜品种配置断点位置后移,即低压膜品种所占比率减少. 对系统采用膜品种配置工艺后,可以看到: (1)流程较短的系统,所需更换膜品种的断点位置一般在系统的后一半流程上; (2)当系统运行为低进水温度、低进水含盐量工况时,较短的反渗透系统通量分布不均衡程度不严重,不需要膜品种配置,只需传统设计模式即同一种膜品种排列即可.当系统运行为高进水温度、高进水含盐量工况时,系统通量失衡问题突出,可以容器为单位,在系统前端的容器中放高压低通量膜品种,在系统后端的容器中放相对应的低压高通量膜品种均衡系统通量; (3)系统采用膜品种配置方式,系统的通量偏离度可降低15到36个百分点,但膜品种配置方式是一次性地对系统的通量分布进行调整,无法达到系统的通量分布完全均衡. (4)系统采用膜品种配置方式,膜元件没有达到浓差极化的极限值,系统回收率反而降低,各膜元件未充分发挥其效用,单位产水量能耗升高。 对于单段的小型反渗透系统,通量分布不均衡程度不严重,采用段间加压工艺与淡水背压工艺虽在技术上可行,但系统总固定投资增加,且系统性能提高的幅度不明显,故对单段小型反渗透系统不考虑段间加压与淡水背压工艺. 3 两段系统的膜品种配置工艺 当系统采用多段系统,流程增长时,系统的通量分布不均衡程度严重,需采用通量均衡工艺改善系统运行的通量分布状态.以系统流程为8 m,2(4)一l(4)(即采用两段反渗透系统,每段装4支膜)排列结构的系统为例进行分析,表2给出12支膜8 m流程在各运行工况下膜品种优化配置后对系统性能的影响. 研究发现进水含盐量、进水温度的变化对系统膜品种配置的断点位置的变化影响较大,而运行年数、单支膜通量的变化,对系统膜品种配置的断点位置的变化影响不大.表2只给出了不同进水含盐量、不同进水温度下的最佳膜品种配置方式及其相应的运行参数值.表2中“膜品种配置方式”一栏,第一列为系统全流程上采用同一的ESPA2-4040膜品种;第二列为同等条件下系统可采用的膜品种优化配置方式.“22222111”表示系统采用21排列方式,第一段采用ESPA2—4040膜品种,第二段第一支膜元件可采用ESPA2—4040膜品种,第二段第二、三、四支膜元件采用ES—PAl-4040膜品种.“/”表示该运行条件下,不需膜品种配置方式. 由表2中的数据可以看出: (1)当系统流程增长时,系统采用膜品种配置方式的更换位置较短流程时前移,即系统中低压膜品种所占比率升高; (2)在低进水温度、低进水含盐量工况下,系统不需采用膜品种配置方式,而只需传统的膜排列方式即可.当系统进水温度升高或进水含盐量增加时,系统的膜通量失衡程度严重,采用膜品种配置可均衡系统膜通量分布.在进行膜品种配置时,建议以容器为单位进行膜品种配置,即在系统的前段容器中,放高压低通量膜品种,在系统后段的容器中放低压高通量膜品种; (3)采用膜品种配置工艺对系统的性能也有改善.与传统的同一膜品种排列方式相比较,系统的收率增加3到5个百分点,压力降低0.03 MPa到0.1MPa,单位产水量能耗降低10%. 4 两段系统的段间加压与淡水背压工艺 段间加压与淡水背压是工程中常用的均衡系统通量分布的工艺,两者异曲同工.淡水背压工艺通过调节淡水阀实现,简单易行,而段间加压工艺需增设一台加压泵,两种工艺系统投资不同,但对系统通量均衡分布的效果相同一。.经研究发现,段间加压值、淡水背压值与系统运行条件的关系一致,两者对系统性能的影响除淡水背压使系统单位产水量的能耗增加外,对系统的通量均衡分布、回收率、脱盐率的影响也一致,故笔者将两种工艺合并起来一起探讨. 4.1 系统加压值与系统运行条件的关系 系统所需的加压值与系统运行的进水温度、进水含盐量、运行年数、所要求的单支膜产量密切相关.当系统运行工况改变时,系统所需的最佳加压值也随之变化,即进水含盐量大小、单支膜产量大小与系统所需的加压值大小呈线性正比关系(见图3、图4);当系统进水含盐量低时,进水温度的变化对系统所加的加压值没有影响,但当进水含盐量升高时,系统所需的加压值随系统进水温度的升高缓慢上升(见图3);运行时间的增加对系统是整体性能的改变,系统所需的加压值不会随着系统运行时间的长短而变化. 4.2 系统加压值的改变对系统性能的影响 系统的通量分布会随着系统加压值的增加而逐渐均衡,但加压值存在一个最佳加压值点,达到该点能使得系统的通量分布最均衡,当超过该点继续加压时,系统后端驱动压力的增大,导致膜通量逐渐增大,通量分布又呈现失衡趋势(见图5). 对于2(4)一l(4)排列,因为各段流程短,各段末端浓差极化值未接近极限值.但采用加压工艺时,可使各段浓差极化值达到极限值,使系统回收率升高.随着系统加压值的增大,系统回收率增大,但有一极大值点,在该点处系统各段末端浓差极化值达到极限值,回收率达到最大.随后,系统收率随着加压值的增加,系统回收率呈下降趋势(见图6). 段间加压工艺与淡水背压工艺的加压值的变化对系统能耗的影响不同,段间加压工艺随着加压值的增加,单位产水量能耗降低,且有一极小值点,该点对应的横坐标与系统达到最大回收率时的横坐标一致.对系统采用段间加压工艺,可以均衡系统通量分布,即有一最佳段1"~3DI:I压值,使系统两段通量均衡,该最佳加压值小于系统达到最大回收率时对应的加压值,但两值相差不大.淡水背压工艺需要一定的水力损失,单位产水量能耗比段间加压工艺所需的能耗值大,淡水背压工艺随着加压值的增加单位产水量能耗也随之增加(见图7). 系统加压值的变化对系统脱盐率的影响不大,系统脱盐率几乎不变. 5 3种通量均衡工艺的比较 膜品种配置工艺、段间加压工艺、淡水背压工艺均可以均衡系统通量,相对于传统设计模式,3种工艺都对系统的性能有所改善,但各有其特点.表3给出了3种均衡通量工艺的对系统性能改变的参数值. (1)膜品种配置工艺简单易行,不增加额外投资,是3种通量均衡工艺中所费能耗最低的一种工艺.系统的通量均衡分布是一次性的调整,无法达到完全均衡. (2)段间加压工艺与淡水背压工艺对系统的均衡通量分布的作用一致,且这两种工艺相对于膜品种配置方式而言,可以据系统运行条件的改变进行适时调整,达到对系统的通量均衡分布的效果. (3)鉴于3种工艺的各自特征,系统的通量均衡分布可以通过3种工艺相结合,达到对系统的通量均衡分布,即在采用膜品种配置方式的基础上据实际情况采用段间加压工艺或淡水背压工艺. (4)笔者是在对ESPA2-4040、ESPAl-4040膜品种研究的基础上得出上述结论,其规律性结论同样适用于其它ESPA-4040膜品种.由于ESPA2-4040膜品种相对于其它ESPA-4040膜品种为高压膜品种,其全排列方式有膜通量曲线平滑、脱盐率高的优势,系统采用3种通量均衡工艺时,对系统性能有较大改善.若系统对其它的ESPA-4040膜品种采用3种通量均衡工艺,则对系统的通量均衡分布和系统性能的改善效果更突出。 参考文献: [1] 潭永文,张维润,沈炎章.反渗透工程应用及发展技术 [J].膜科学与技术,2003,23(4):110-115. [2] 靖大为,徐腊梅.反渗透膜系统优化结构设计[J].工业水处理,2003,145(3):65-68. [3 ] 冯逸仙,杨世纯.反渗透水处理工程[M].北京:中国电力出版社,2000. [ ]查看更多 0个回答 . 4人已关注
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简介
职业:南通众益鑫化工有限公司 - 设备工程师
学校:湖北师范学院 - 化学与环境工程系
地区:贵州省
个人简介:个人的智慧只是有限的。查看更多
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