离散参数反渗透系统模拟软件及其应用 4页

'技术与应用http://www.jsbwater.comTechnology&Application离散参数反渗透系统模拟软件及其应用[1][1][2]文/苏卫国　靖大为　罗浩（1　天津城市建设学院膜技术研究中心　天津300384；2　北京万侯环境技术开发有限公司　北京100085）摘要：介绍了自主开发的整体参数与离散参数两类反渗透系统的运行模拟软件，简略分析了整体参数软件的基本功能，详尽分析了离散参数软件的特殊功能，给出了离散参数软件的多项工程应用环境。关键词：反渗透系统　离散参数元件　系统运行模拟一、统一参数系统的模拟软时，无一不及时推出各自的系统件可称为“统一参数系统模拟软件运行模拟软件（也称系统设计软件”。为反映膜系统污染及膜性近十余年来，反渗透膜技件）。能衰减，各软件还统一设置了膜术之所以得到快速发展的原因，经典意义上的膜系统设计应元件透盐率的年增率与产水量的除应用市场需求旺盛之外，其内该是在给定产水流量、产水盐量年衰率，但对于膜压降的年增率部功能的完善也起到了关键的作及给水参数（包括给水温度、给一般并无相应处理。用。反渗透技术在一定意义上可水盐量等）条件下，设计计算最除常规膜系统工艺设计之分为膜元件的生产制备技术与膜佳的膜品种、膜数量、膜排列、外，现有的各模拟软件还可以模系统的模拟软件技术两大分支。回收率及给水压力，进而得出高拟给水混合、浓水回流、段间加膜片与元件的生产制备技术形成压水泵的压力与流量指标及压力压及淡水背压等特殊系统工艺。了反渗透膜元件的高脱盐率、高容器的规格与数量参数。目前各给水混合工艺系指将系统产出淡产水量、高容积率、高抗污染能软件计算的输入条件包括了系统水与系统原水按照特定比例混合力等品质功能，膜系统的模拟软回收率、给水温度、给水盐量、而成工艺产水，该工艺可以在减件技术为系统运行分析及系统结产水流量、膜品种、膜数量、膜小系统规模基础上产出低于一级构设计提供了条件，两大分支的排列，而计算的输出结论仅有产系统产水盐量的产水水质。浓水共同作用为反渗透技术应用奠定水盐量（隐含系统脱盐率）与给回流工艺系指将系统浓水的一部了硬件与软件基础。水压力，故此类软件只能被称为回流至系统给水侧，该工艺可以无法想象在缺少系统模拟分系统运行模拟软件而不能称为系在保证浓差极化度不高于1.2水平析软件条件下，如何进行系统结统设计软件。基础上提高系统回收率。段间加构的设计，如何了解系统内部工反渗透膜元件的外部特性包压工艺系指在系统前后两段之间况的参数，反渗透工艺又将在怎括脱盐率、产水量和膜压降三项增设加压泵以平衡前后段的平均样的混乱状态下应用与发展。为指标，目前各膜厂商的模拟软件通量，该工艺对于高给水温度、此，国内外各大反渗透膜厂商在均模拟全系统使用相同类型元件高给水盐量及超低压膜系统尤为推出一代又一代膜元件产品的同且元件性能完全统一，故该类软重要。淡水背压工艺系指在系统58水工业市场2010年第2期 Technology&Applicationhttp://www.jsbwater.com技术与应用（1）给水混合（2）浓水回流（3）段前加压（4）淡水背压图1　反渗透系统特殊工艺结构示意图首段淡水管路中增设节流阀以增不同性质、不同程度及不同位置软件基础上，研究了离散系统运加首段淡水背压，该工艺与段间的污染将造成各膜元件三项性能行的数学模型，并自主开发了典加压工艺的目的相同而只是设备指标的不同程度衰减。旧膜元件型的离散参数系统模拟软件。简单、操控简便但能耗较高。这系指经长时间运行污染，并经离四类系统特殊工艺结构分别示于线清洗后的膜元件，新旧膜元件三、离散参数软件的工程应图1。的性能指标将会存在较大差异。用运用统一参数系统模拟软件不同膜厂商膜品种之间性能的差由于离散参数软件可以反映可以模拟分析系统的基本运行规异自不待言，而同一膜厂商不同系统运行中的更多现象，其应用律，间接地进行系统结构设计，膜品种的指标之间也必然存在明领域也就相应的得以拓宽。从而为反渗透工艺的发展与应用显差异。1、单一参数元件的系统灵提供了有力工具。但是，由于该所谓“离散参数系统模拟敏度分析软件未能有效反映膜元件离散参软件”就是可以对系统中各段及分析膜元件三项性能指标中数的特征，对于系统的模拟与设各容器中的各个膜元件的三项指某一项指标异常对系统指标的影计尚属粗放模式，对于系统运行标分别加以设置的软件，即可以响被称为单一元件指标的系统灵规律的深入研究则缺乏必要的模模拟各自性能指标不同的多个元敏度分析，而系统指标主要是指拟功能。件构成系统的运行工况的计算软系统透盐率指标及系统前后段平件。天津城市建设学院膜技术研均通量比指标。图2示出2-1排列二、离散参数系统的模拟软究中心在借鉴统一参数系统模拟18支ESPA1膜元件系统中，每支件1.5反渗透各个膜元件的脱盐膜进水量1.0膜透盐量率、产水量和膜压降三项性能指%膜压损失标实际上总是存在一定的差异，0.5包括出厂测试数值之间的差异，不同污染程度及污染性质之间的0.0差异，新旧元件之间的差异，不系统透盐率增量-0.5同品种元件之间的差异。膜厂商新膜产品出厂测试的产水量、透-1.0膜元件的系统流程位置盐率与膜压降的各自误差一般均有±20%。膜系统运行过程中，图2　膜系统透盐率对膜元件指标增量的灵敏度分析水工业市场2010年第2期59 技术与应用http://www.jsbwater.comTechnology&Application表1　每三年整体换膜方式的经济技术分析数据待求变量，Xij取值形式为0或1；时间1年初1年末2年末3年末Dij=aiQj+biSj+ciPj为变量权重系工作压力Mpa0.8020.8400.8840.936数，即实际j元件指标增量在i系产水盐量mg/L19.1520.7022.2023.63统流程位置时对系统透盐率增量段通量比1.64211.58471.52991.4775电能耗率kwh/m30.370.390.410.43的作用系数。全年电费万元3.994.204.42由于每支膜元件j只能置于最高产水含盐量23.63mg/L，每三年最高段通量比1.64；系统中的某一特定位置i，所以平均年换膜成本2.4万元，平均年耗电成本4.2万元。有等值约束方程表2　每年换膜1/3方式的经济技术分析数据（2）由于每个系统流程位置i上时间一年初一年末二年初二年末三年初三年末工作压力MPa0.8020.8400.8300.8740.8480.892只能安装M支元件或并联N支元产水盐量mg/L19.1520.7019.2220.7119.0320.38件，所以有等值约束方程段通量比1.64211.58471.49581.43621.42371.3296电能耗率kwh/m30.370.390.410.400.390.41（前段）年耗电费万元3.994.264.20及(后段)（3）最高产水含盐量20.71mg/L，三年后最高段通量比1.42；以上三式构成的0-1整数规每年末均需换膜，年平均换膜成本2.4万元；前两年平均耗电成本4.125万元，其后年平均耗电成本4.2万元。划中，（2）式与（3）式的变量系数均为1，即该整数规划为元件脱盐率、产水量和膜压降三端；高膜压降置于系统首末两“类分派问题”，其实际求解可指标中单一指标变化10%（膜压端，低膜压降元件置于系统中采用列表方法[1]。降指标变化33%），并分别位于端。一般而言，可以概括为将膜三项指标元件的最佳系统系统流程不同位置时系统透盐率元件按照性能指标优劣，按照系位置理论可以用于新膜系统，也的增量。统流程依次从后向前排列。可以用于离线清洗后的旧膜系根据图2所示灵敏度分析结2、三项参数元件的最佳系统。该理论用于新膜系统的安装论，如果以系统透盐率最低即以统位置调试过程时，可以提高初装系统系统脱盐率最高为目标排列不实际系统中的各个膜元件均的运行脱盐率，使其高于用统一同指标膜元件，优化的膜排列方同时具有三项性能参数，具有三参数计算的系统脱盐率。由于旧式应该是：高产水量元件置于系项各异指标的元件在系统中的最膜的性能参数间的差异更大，该统末端，低产水量元件置于系统佳排列位置问题属于运筹学中的理论用于旧膜系统的重现安装过首端；高透盐率元件置于系统首整数规划范畴。设系统分为前后程时，可以提高重装系统的运行端，低透盐率元件置于系统末两段，每段6m流程；前段并联脱盐率，进而提高系统的清洗效容器M只，后段并联容器N只，果。系统浓水系统淡水共有元件L=6×(M+N)支；据此3、模拟分批更换膜元件系二段浓水二段给水可得到相应的整数规划模型为：统6（1）经过多次清洗之后系统仍不5式中，Q1、Sj、Pj分别为系能达到所需水平时，或频繁清洗4统中膜元件的产水量、透盐率及已超出运行许可时，系统中膜元一段给水一段浓水膜压降三指标在其标准数值基件的更换就将成为必然。膜元件3础上的特定增量；ai、bi、ci分别的更换存在整体更换与分批更换2为元件在系统流程位置i时产水两类模式，整体更换模式的操作1量、透盐率及膜压降三项指标增简便且效果明显，但系统运行指量对于系统透盐量的灵敏度；Xij标波动较大。表1示出膜系统每图3　系统4-2排列结构为膜元件j安装于系统位置i上的三年整体换膜方式的经济技术数60水工业市场2010年第2期 Technology&Applicationhttp://www.jsbwater.com技术与应用式，后者多为系统运行的短期临时模式。四、结论本文上述分析表明，统一参数系统模拟软件奠定了反渗透工艺技术应用中一般性分析计算图4　反渗透系统的淡水回流工艺的基础，而离散参数系统模拟软据，其中的段通量比是前后段膜的不平衡，同样将形成各容器膜件构成了针对更高层次、复杂工元件平均通量之比，表征前后段元件的平均负荷、平均污染速度艺、特殊工况条件的分析计算基膜元件的平均负荷、平均污染速或平均污染程度的差异。例如，础。离散参数软件的应用，将使度或平均污染程度，为反渗透系图2所示4-2排列系统结构中，首系统设计及系统研究从粗况模式统运行的重要指标。段1#容器的给水压力高于4#压力提高到精细模式。该软件自身功在分批换膜方式下，如系容器，末段5#容器的给水压力高能的完善与成熟，将有力推动反统膜元件数量为L支，且全部更于6#压力容器。渗透技术水平的进一步提高，并换分为K次，则每批换膜数量为运用离散参数模拟软件可以有力推动反渗透工艺效益的明显L/K。典型的分批方式为全部元分析首末端压力不同的各压力容提升。件三年更换一遍，每年更换全部器污染前后的运行参数，进而分离散参数模拟技术是具有自元件的三分之一。根据离散性能析出给、浓、淡水管线及压力容主知识产权的软件技术，如果离膜元件最优系统排列理论，每次器接口的最佳结构与优化管径，散参数模拟技术首先为国产膜厂换膜后的1/3最新膜元件应置于即优化膜系统中的管线设计。商所采纳，还将有助于国产反渗系统末端，1/3半旧膜元件应置5、离散参数软件模拟淡水透膜制造业的快速发展。于系统中间，1/3最旧膜元件应回流工艺作者简介及联系方式　置于系统首端。离散参数软件可以分别表运用离散参数模拟软件计算征各段、各容器甚至各元件的运靖大为（1954－），男，天津市得出的表2所示数据表明，如果行工况，因此就可以模拟淡水回人，天津大学1984年硕士生毕忽略资金利息而仅按现金流量计流特殊系统工艺。所谓淡水回流业，教授，天津城市建设学院膜算，分批换膜方式与整体换膜方工艺是将部分系统产出淡水回流技术中心，从事分离膜技术应用式的换膜费用及耗电成本等经济至系统给水侧，以降低产水流量研究指标基本相等，但产水含盐量及为代价降低系统给水盐量，进而电话：13902085201段通量比等技术指标明显优于整提高系统产水对系统进水的脱盐E-mail：david_j5996@sina.com体换膜方式。率。由于系统前段的产水盐量低苏卫国（1982－），男，河北省4、模拟管线压降对系统运于后段的产水盐量，回流的淡水石家庄市人，2006年本科毕业，行的影响应该是末段后段产出的淡水。如现为天津城市建设学院硕士研究大型反渗透膜系统中，由于果不是系统全部后段淡水回流，生，主攻反渗透系统运行模拟软给、浓、淡水管线的结构与管径则存在一定比例后段淡水与部分件开发等因素的影响，常会造成同膜段后段容器产水的两种回流模式，电话：15102266382E-mail：中的各个压力容器的首末端压力前者多为系统设计的长期稳定模suweiguo60@126.com・企业动态・唐山排水公司将建污泥无害化处置厂今年，唐山排水公司计划建设为彻底解决污泥的二次污染问置厂，2010年底前竣工投产，二期工日处理能力200吨的污泥无害化处置题，公司计划一期投资4500万元，建程将于2011年建设。厂，实现环境的可循环净化。设日处理能力200吨的污泥无害化处水工业市场2010年第2期61'