十步法设计反渗透系统 31页

'十步法设计反渗透系统®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 系统设计的前提条件•原水水质、性质、变化以及来源•预处理、预处理产水水质•反渗透部分的需求–产水量–产水水质–回收率–运行条件、可操作性–系统现场空间–化学清洗要求，是否热杀菌•项目预算DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 系统设计导则系统中的每支元件均在某一限制范围内运行•尽可能减小浓差极化的影响–产水流量最大值–单支元件回收率最大值–浓水流量最小值•避免膜元件的物理损坏–给水流量最大值–给水压力最大值–允许压降最大值DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 系统设计导则•影响限制值的因素–给水水质及污染程度–膜元件有效膜面积–膜元件的结构（浓水流道宽度等）•水质分类–RO产水–井水–地表水+微超滤预处理–地表水+传统预处理–废水–海水DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 十步法设计反渗透系统1.确定产水量和回收率，考察给水水质和产水水质2.选择级数，画系统配置流程图3.选择膜元件型号4.设定平均通量5.计算所需膜元件数6.确定压力容器长度，计算所需压力容器数7.选择段数8.确定各段压力容器数量比9.平衡各段产水流量10.分析并优化该反渗透系统DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第一步–输入信息•需要的产水量–决定膜元件尺寸和数量•需要的产水水质–决定膜元件选择，系统配置，回收率•指定的给水水质•系统回收率•关注初期投资或运行费用DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 关注初期投资或运行费用•关注初期投资–尽量提高平均通量–减少膜元件和压力容器数•关注运行费用–降低系统平均通量–增加膜元件和压力容器数–选用低压膜DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 给水水质的影响–膜元件选择•TDS–回收率–产水量分配–给水压力•结垢趋势–回收率•污染趋势–系统配置–回收率–膜元件选择–膜元件数–段数–单支压力容器内的元件数DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 系统回收率•海水淡化对回收率的限制–高TDS导致高渗透压–限制回收率35%~55%•苦咸水处理对回收率的限制–回收率通常为70%~85%–高硬度，高难溶盐导致结垢–通过软化和投加阻垢剂可以提高回收率–高污染导致污堵，要求低回收率•产水水质要求对回收率的限制–回收率越低，产水水质越好DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第二步–系统流程•通常都是连续过程•间歇运行一般在食品和医药等领域的特种分离过程中采用•对于小型商业系统，或者特种分离浓缩系统，可以考虑浓水循环的运行模式•为了进一步改善水质，在医药，半导体等行业中通常采用两级系统DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第三步–选膜依据以下信息选择膜元件型号•系统规模•给水TDS•给水的污染趋势•需要的产水水质•对能耗的要求DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 依据系统规模•膜元件直径–2.5inch<200l/h–4inch<2.3t/h–8inch>2.3t/h•膜元件长度–通常为40英寸，1.016米–个别小型系统有21英寸，14英寸的产品DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 依据给水TDS•<1000ppm–NF，XLE，LE，LP，TW30，BW30•<5000ppm–BW30•5000–10000ppm–BW30，SW30XLE•10000–30000ppm–SW30，SW30XLE•30000–50000ppm–SW30HR，SW30HRLE，SW30XLEDOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 依据给水污染趋势•标准元件给水流道宽度：28mil•对于污染水，选用更宽的给水流道元件：34mil的BW30-365；BW30-365FR；BW30-400/34i；BW30-400/34iFR；SW30HR-320•采用抗污染膜元件：BW30-365FR；BW30-400FR；BW30-400/34iFRDOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 依据产水水质和能耗的需要•各种膜的脱盐率及过程能耗–NF270–NF200–NF90–XLE增–LE大–BW30–SW30XLE–SW30HR/SW30HRLEDOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 特殊应用•Full-Fit膜元件•HSRO–热消毒膜元件•SG–半导体级膜元件http://www.dow.com/liquidseps/service/tpsg.htmDOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第四步–系统平均通量•系统设计的特征参数•依据以下信息，设定系统平均通量–中试数据–工程经验–根据水源和系统设计导则–对初期投资和运行费用的关注取舍DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第五步–膜元件数QPNEfSEN膜元件数EQ系统的设计产水流量Pf平均通量S所选膜元件的有效膜面积EDOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第六步–压力容器数单支压力容器内的膜元件数•通常是6芯装•7芯或8芯装的优点–初期投资更低–在相同段数的情况下，得到更高的回收率•5芯以下的优点–段间压降小–清洗效果更好–空间上更紧凑DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow NENVNEpVN压力容器数VN膜元件数EN单支压力容器内的膜元件数EpVDOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第七步–段数•系统的回收率越高，需要串联的膜元件越多•根据串联的膜元件数需要和单支压力容器内装的膜元件数，计算得到段数NumberofstagesofabrackishwatersystemSystemNumberofserialNumberofstagesRecovery(%)elementpositions(6-elementvessels)40–606170–8012285–90183DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第八步–压力容器数量比11nR(1-Y)典型的R值：R段间压力容器数量比Y系统回收率6芯装苦咸水系统2n段数6芯装海水系统1.5DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 两点注意•第一段的给水流量不能超出限制–通常为8–12m3/h•最后一段的浓水流量不能低于限制值–通常>3.6m3/hDOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第九步–平衡产水流量8英寸BW30元件在2:1排列系统DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 操作状态:75%回收率,水温25℃,进水渗透压1.4bar(含盐量约相当于2,000mg/L)))dp/d3g(平均产水量＝22m3/d(m量量流流水水产产值A-数%系率过收透回水膜i)sp(i)s力p(压力压元件在系统中的位置(段位－元件在压力容器中的位置)DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow •影响产水量平衡的因素–系统回收率过高–原水含盐量高–第一段选用了低压膜–原水温度高•为什么要平衡产水流量–避免首支膜元件产水量过大–降低第一段的污染速度–提高后面膜元件的使用效率–改善产水水质DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 平衡产水流量的方法•段间设置增压泵•第一段产水侧增加背压阀•在前端配置低产水量的膜元件，在后端配置高产水量的膜元件DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 第十步–分析优化系统设计•使用ROSA软件分析优化系统设计•污堵因子的意义FF=1.0膜元件在标准条件下的性能FF=0.85膜元件标准性能的85%BW初始FF=1.03年后FF=0.85SW初始FF=1.03年后FF=0.7DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 极限设定•预测高压泵所需最大压力–在最低的温度下计算–取最大的给水TDS值–设定最低的污堵因子•预测系统最大的透盐率–在最高的温度下计算–取最大的给水TDS值–设定污堵因子为1.0DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow Q&A陶氏化学水处理产品事业部http://www.filmtec.comhttp://www.dowwatersolutions.comDOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow 练习题1.某经济开发区废水综合利用项目超滤预处理，4*110t/h。水温20摄氏度。回收率75%。水质如下（单位mg/L）：Ca：300；Mg：60；Na：700；K：30；Ba：0Sr：0.6；Cl：1000；SO4：900；F：1.4；HCO3：90NO3：15；SiO2：2；pH：7.8；2.某半导体公司超纯水制备项目地下水，传统预处理，3*120t/h。水温25摄氏度。一级回收率75%，二级回收率85%水质如下（单位mg/L）：Ca：210；Mg：120；Na：390；K：30；Ba：0.1Sr：0.05；Cl：19700；SO4：340；F：1；HCO3：500SiO2：26；pH：8；DOWRESTRICTED-Forinternaluseonly®™TrademarkofTheDowChemicalCompany(“Dow”)oranaffiliatedcompanyofDow'