年產1萬噸淡水的反滲透膜系統(tǒng)設計

1、Hefei University 膜分離技術及應用 過程考核二淡水反滲透膜系統(tǒng)設計 題 目：年產1萬噸淡水反滲透膜系統(tǒng)設計系 別： 化學與材料工程系班 級： 12化工（3）班姓 名： 唐楠楠 李飛龍學 號： 1203023002 1203023041隊 員： 唐楠楠 李飛龍教 師： 胡 科 研日 期： 2015-10-27年產1萬噸淡水的反滲透膜系統(tǒng)設計一、概述水是人類賴以生存而不可缺少的重要物質。它在人體內占23以上的重量。為了維持生命，一個人平均每天飲水量是1.21L，至于其他的生活用水則至少是飲用水的200倍。地球上的水約97是海水（不能引用），而淡水盡僅占3，不過70被南極、北極的冰河

2、和萬年積雪所固定。因此，實際可供人類享用的生活用水、農業(yè)用水及工業(yè)用水等淡水，還不到總量的0.8。隨著城市人口的不斷增加、工農業(yè)的飛速發(fā)展和日常生活用水的與日俱增，地球上的淡水資源空前匱乏，水荒日趨嚴重，如何開源節(jié)流，開辟新水源，已成為當務之急。為了緩解用水的窘困局面，多年來，人們在水的精制、提純、回收和淡化等方面做了大量工作，采用了各種手段和高新技術，例如閃蒸法、電滲析法、反滲透法、冷凍法及滲透蒸發(fā)法等，并取得了可喜的成果。近年來，隨著國際能源的緊張，燃料和金屬及電力價格的大幅度提高，同閃蒸法及點什滲析法相比，反滲透法有突出的特點。RO不僅能處理任何水，而且發(fā)現它能成功的處理NBC毒劑污染的

3、水。70年代中期，開始了基于RO的水處理裝置的工作，并且1979年完成了第一個ROWPU設計。二、基本原理當純水和鹽水的被理想的半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側的水會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側，這種現象稱為滲透，若在膜的鹽水側施加壓力，那么水的自發(fā)流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力大于滲透壓力時，水的流向就會逆轉，此時，鹽水中的水將流入純水側上述現象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。滲透壓可用下式計算 =CRT上式是通過熱力學定律推導出來的，因此只對極稀薄溶液才是準確的，c為水中離子的濃度。各種溶液在含量為1000mg/L,溫度為25攝氏度時的滲透壓如下：氯化

4、鈉約為77.5Kpa；硫酸鈉約為41.2Kpa；硫酸鎂約為24.5Kpa;氯化鈣約為56.9Kpa；氯化鎂約為65.7Kpa。3、 設計思路工藝流程圖生產淡水流程圖 3.1 如何設計反滲透系統(tǒng)首先根據用戶用水情況情況確定RO裝置的總容量和分為幾個單元，因為RO單元總是需要清洗和維修而需要停運。一般容量較大時，均選用卷式反滲透膜組件。對于電站，因反滲透后還要進行除鹽，如經詳細技術經濟論證，往往會得出宜選用復合元件的結論，然后確定采用哪個廠家的膜元件及其型號，然后確定系統(tǒng)回收率，根據系統(tǒng)回收率選用壓力容器。一般，如回收率為75，則可考慮采用6個膜元件的壓力容器，采用兩段反滲透來達到回收率75。根據

5、膜元件生產廠家提供的設計導則，根據原水水源和給水的SDI確定采用的水通量數值。例如選用海德能公司CPA3膜元件，每個膜元件面積為400ft2，乘以水通量得出平均一個膜元件的產水量。每根反滲透膜元件的設計產水量與其標準產水量無關，只與其有效膜面積、進水水源、SDI值等有關，CPA3的設計產水量不應該是11000gpd，而只能是該公司設計導則建議的，即設計產水量平均水通量膜元件的有效面積以一級反滲透系統(tǒng)的產水作為二級反滲透的進水時，CPA3膜元件的設計水量為1.26-1.89t/h。如果設計人員要設計一個產水量為100t/h的反滲透系統(tǒng)時，設計選用CPA3膜元件，以地表水為進水水源，則所需CPA3

6、膜元件的數量可估算為膜元件數量系統(tǒng)產水量CPA3膜元件的設計產水量即膜元件數量（100t/h）（0.50-0.88t/h）=200-114支。假設每只壓力容器中裝膜元件6支，則可取6的倍數，本系統(tǒng)設計模膜元件數量應為198114支。以一級反滲透系統(tǒng)的產水作為二級反滲透的進水時，本系統(tǒng)設計膜元件數量應為8454只。 3.2 反滲透系統(tǒng)設計前應考慮哪些方面的情況設計最終目的是為了運行，設計必須考慮運行的安全、可靠、經濟、易于操作和維護以及環(huán)境保護等方面。其中安全包括人身和設備安全，在設計考慮時應放在首位。綜上所述，RO系統(tǒng)的設計，除了RO給水需要有完善的預處理以外，膜的水通量和膜元件回收率對RO系

7、統(tǒng)本身來說就是首要問題，元件的水通量和回收率過高可能造成膜的污染速度過高和過于頻繁的化學清洗。RO裝置的運行，對產水量和系統(tǒng)回收率的控制非常重要，根據產品水流量表和排水流量表控制高壓泵出口閥和RO排水閥，要維持表計的準確性，表計需要校準。4、 操作方法 4.1 反滲透法在海水反滲透商用的膜組件中，主要有中空纖維式和螺旋卷式。一般來說，反滲透海水淡化的成本主要取決于設備的投資費用和能源費用。近年來，反滲透脫鹽技術的主要進展之一就是膜組件價格的下降和能耗的明顯降低。反滲透海水淡化（SWRO）技術自20世紀70年代進入海水淡化市場后，發(fā)展十分迅速，現在已經占全世界淡化水總產量的44，世界上將近80的

8、海水淡化裝置都采用的是反滲透膜技術。目前，反滲透海水淡化系統(tǒng)的單位能耗已經降到3kW.h/m3淡水以下。此外，新型反滲透膜組件的設計，例如大直徑卷式的膜組件以及高通量反滲透膜等，也在一定程度上降低了系統(tǒng)的運行成本。 4.2 正滲透法系統(tǒng)分為正滲透和驅動液分離兩部分，正滲透部分采用碳酸氫銨氨水混合溶液為驅動液，將海水中的淡水從高化學勢側“吸”到低化學式勢側。被稀釋的驅動液通過適度加熱（約60攝氏度），使銨鹽的分解為氨和二氧化碳，并循環(huán)使用，剩下的稀鹽水通過蒸餾的方法得到純水。正滲透作為一種新興的膜技術，與反滲透相比，具有低能耗、低污染等優(yōu)點，越來越受到人們的關注。目前，人們利用正滲透技術在海水淡

9、化、綠色能源等多個領域開展研究，其中，減壓滲透發(fā)電技術已進入中試階段，工業(yè)化前前景5、 主要設備選型 膜組件主要有以下幾種，包括板框式、管式、卷式、中空纖維四種形式，本次設計主要以板框式膜組件為例，通過四種膜組件對比，綜合考慮采用板框式組件。板框式組件結構：膜被放置在多孔的支撐板上，支撐板上也可墊有濾紙，兩分蘗期多孔支撐板疊壓在一起形成料液流道空間，構成一個膜組件，組件與組件之間可并聯或串聯，結構如下：板式膜的優(yōu)點：1、可選擇的膜種類多。2、可通過增減膜板、膜片來在一定允許幅度內調整處理量。3、結構簡單，對壓力變動和現場作業(yè)的可靠性大，易于操作。4、開放式流道，堵塞后可拆下膜板膜片清洗，膜的更

10、換和維護較容易。以下是四種膜組件特性的對比。六、注意事項1、RO系統(tǒng)運行過程對儀表和程控的工藝要求（1）加藥量采用比例調節(jié)方式，根據給水流量計發(fā)出的信號自動調節(jié)計量泵進行比例加藥（2）計量箱裝有就地液位計，并有低液位信號進行報警，以保證不會因藥箱無藥而使加藥中斷（3）報安過濾器進、出口裝有壓力指示表，當保安過濾器進出口差壓達到一定值或運行一定時間后，需更換濾芯2、儀表及PLC系統(tǒng)的構成儀表及PLC控制系統(tǒng)的構成根據RO系統(tǒng)對儀表和控制的要求確定。（1）液位開關。給出低液位信號。（2）流量計。瞬間流量指示及流量累計值顯示。（3）電導率儀。數字顯示，具有電導率值高報警輸出和420mA電流信號輸出。

11、（4）pH計。數字顯示，具有用戶可設定的pH值高、低報警輸出和420mA電流信號輸出。七、結論本項目的產水量為10000噸/年，原水的水質達到國家生活飲用水水質標準，系統(tǒng)主要的脫鹽處理單元為反滲透處理，系統(tǒng)配制110支美國海德能公司高脫鹽CPA3型反滲透膜元件，安裝在9支6芯壓力容器中，采用36：18的排列方式，回收率為75%。預處理工藝采用多介質過濾器。本文旨在分析RO作為水純化工具的意義，以及如何恰如其分地將RO設計并入淡水系統(tǒng)，最后探討RO在淡水生產中如今的和將來的作用。本次設計的任務主要從以下幾方面開展：1、查找相關書籍與文獻并在圖書館借閱2、收集資料3、整理設計思路，摘抄文字4、文檔格式編排八、發(fā)展前景 RO已成為淡水生產，特別是必須嚴格控制粒子、細菌和TOC含量的應用的關鍵過程。RO膜的質量正在改進，每升的生產能力的費用正在降低，因而使RO過程對全體用戶吸引力日增。費用的降低也得益于對RO應用、設計和操作更多的了解。一般說來，RO的應用將隨經濟的發(fā)展