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      反滲透設備的現(xiàn)狀、發(fā)展與研究

      時間:2013-07-06 作者:admin 點擊:796次
      反滲透(簡稱RO)是膜分離技術的一種,它依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑和溶質(zhì)分離的特性工作。反滲透設備是將原水經(jīng)過多介質(zhì)過濾器、軟化器、保安過濾器等,再通過泵加壓,利用孔徑為1/10000μm的反滲透膜(RO膜),使較高濃度的水變?yōu)榈蜐舛人?,同時將工業(yè)污染物、重金屬、細菌、病毒等大量混入水中的雜質(zhì)全部隔離,從而達到純化凈化目的的一套設備。
       
      ⑴ 面臨的問題 
       
          與RO工程項目形成的波瀾壯闊的浪潮相比,國內(nèi)RO工程技術的研究相對薄弱與滯后,存在著許多亟待解決的問題。重要問題之一是要有國內(nèi)知識產(chǎn)權的包括預處理在內(nèi)的RO系統(tǒng)設計軟件,從而使關于RO應用技術的分散研究成果形成產(chǎn)品,并直接服務于系統(tǒng)設計。業(yè)內(nèi)人事所關心的另一個重要問題是RO系統(tǒng)的設計與運行優(yōu)化。對這樣一個基本問題的深入分析與討論,并用于工程設計與系統(tǒng)運行實踐,可提高反滲透系統(tǒng)的設計與運行水平,進而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
       
          目前,RO系統(tǒng)的設計大多依賴于國外膜廠商提供的設計軟件,這些軟件對系統(tǒng)設計給予了很大幫助,但實質(zhì)上僅是一種膜系統(tǒng)設計方案的運行模擬環(huán)境,不能夠自動提供可行設計方案,更不具備優(yōu)化設計的能力,也未涉及至關重要的預處理系統(tǒng)。對于廣大中小RO系統(tǒng)的設計人員而言,系統(tǒng)地掌握優(yōu)化設計的思想及其技術的難度很大。一種較為實用的方法是,針對不同的原水水質(zhì)條件、產(chǎn)水流量與產(chǎn)水水質(zhì)等要求,研制出一整套RO系統(tǒng)設計優(yōu)化方案譜系。中小系統(tǒng)設計人員僅需根據(jù)設計要求,在該譜系中查找相應的優(yōu)化方案,并在其基礎上根據(jù)具體情況,用現(xiàn)有的設計軟件進行有限地修正與驗算,則可迅速得到實用的優(yōu)化設計方案。
       
      ⑵ 系統(tǒng)優(yōu)化設計 
       
          研制這一優(yōu)化設計方案譜系的工作量雖然很大,但通過筆者及合作人員的初期嘗試,證明這一設想是可行的。這里僅給出該設想的基本構架,供有志于此方向者參考。
       
          一個完整的RO純水制備系統(tǒng)可劃分為預處理系統(tǒng)與膜系統(tǒng)兩大部分,每部分又可劃分為設計、運行、清洗三大內(nèi)容。因此完整意義的系統(tǒng)優(yōu)化包括:
       
          預處理工藝結構優(yōu)化。 預處理運行參數(shù)優(yōu)化。 預處理清洗工藝優(yōu)化。
       
          膜系統(tǒng)工藝結構優(yōu)化。 膜系統(tǒng)運行參數(shù)優(yōu)化。 膜系統(tǒng)清洗工藝優(yōu)化。
       
          各部分優(yōu)化模塊的關系見圖1。這里的每一項均是針對特定局部系統(tǒng)的特定內(nèi)容,以特定費用*低為目標的*優(yōu)化問題。
       
       
       
       膜系統(tǒng)運行參數(shù)優(yōu)化與預處理運行參數(shù)優(yōu)化,旨在模擬各種可選的預處理與膜系統(tǒng)工藝結構的運行工況,以求得各工況對應的*低運行費用,其結果應分別是一族對應不同工藝結構的*低運行費用曲線。預處理清洗工藝優(yōu)化與膜系統(tǒng)清洗工藝優(yōu)化,旨在模擬預處理與膜系統(tǒng)中對應膜及各濾材的不同污染或結垢深度的清洗工藝,以求得各工藝對應的膜及各濾材更換與清洗的*低費用,其結果應分別是一族對應不同污染或結垢深度的更換與清洗的*低費用曲線。
       
      預處理工藝結構優(yōu)化模型可定性地表示為:
       
          優(yōu)化目標:預處理系統(tǒng)投資、運行費。材料更換費、清洗費、水費之和的總費用*低。
       
          優(yōu)化約束:膜系統(tǒng)給水流量、膜系統(tǒng)給水污染指數(shù)、有機物、微生物含量等水質(zhì)指標。
       
          優(yōu)化求解:預處理系統(tǒng)工藝結構。
       
          水質(zhì)條件:反滲透系統(tǒng)原水的污染指數(shù)、無機鹽、有機物、微生物等水質(zhì)指標。
       
          設定數(shù)值:預處理系統(tǒng)運行費、材料更換及清洗費、原水水價。
       
      模型中的預處理系統(tǒng)運行費、材料更換及清洗費分別由預處理運行參數(shù)優(yōu)化和預處理清洗工藝優(yōu)化兩模型給出。該優(yōu)化結果為以膜系統(tǒng)給水流量為自變量的預處理系統(tǒng)*低費用曲線,且附加以膜系統(tǒng)給水水質(zhì)水平為自變量的修正系數(shù)曲線。
       
      膜系統(tǒng)工藝結構優(yōu)化模型可定性地表示為:
       
        優(yōu)化目標:膜系統(tǒng)投資、運行費、膜更換費、清洗費、給水水費之和的總費用低。
       
        優(yōu)化約束:系統(tǒng)設計要求的膜系統(tǒng)產(chǎn)水量及產(chǎn)水水質(zhì)指標。
       
        優(yōu)化求解:膜系統(tǒng)工藝結構。膜系統(tǒng)回收率。
       
        水質(zhì)條件:膜系統(tǒng)給水污染指數(shù)、有機物、微生物含量等水質(zhì)指標。
       
        設定數(shù)值:膜系統(tǒng)運行費、膜更換及清洗費、系統(tǒng)給水水價.
       
          模型中的膜系統(tǒng)運行費、膜更換及清洗費分別由膜系統(tǒng)運行參數(shù)優(yōu)化及膜系統(tǒng)清洗工藝優(yōu)化兩模型給出;給水中污染指數(shù)、有機物、微生物含量等指標由預處理工藝結構優(yōu)化模型給出;預處理工藝中如配置軟水器、錳砂濾器等去離子設備,則膜系統(tǒng)給水無機鹽分布還受預處理工藝配置的影響。該優(yōu)化結果為以RO系統(tǒng)產(chǎn)水流量為自變量的膜系統(tǒng)*低費用曲線,且附加以膜系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)水平為自變量的修正系數(shù)曲線。
       
          如以膜系統(tǒng)給水污染指數(shù)(SDI)代表膜系統(tǒng)給水的非無機鹽水質(zhì)指標,則對應特定的RO系統(tǒng)產(chǎn)水流量要求與特定的RO系統(tǒng)原水無機鹽水質(zhì)條件,膜系統(tǒng)總費用是SDI指標的單調(diào)增函數(shù),預處理系統(tǒng)總費用是SDI指標的單調(diào)減函數(shù)。合成兩個單調(diào)函數(shù)曲線,則形成特定工程的RO系統(tǒng)總費用曲線。合成曲線的*低點對應系統(tǒng)的*低投資、運行、耗材、清洗總費用;該點也同時對應著預處理與膜系統(tǒng)的*優(yōu)工藝結構、*優(yōu)運行參數(shù)、*優(yōu)耗材更換期、*優(yōu)清洗工藝。這就是圖1中反滲透系統(tǒng)總體優(yōu)化部分的實質(zhì)內(nèi)容。
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