海德能8040膜與4040膜在反滲透系統中的應用比較

馬倩

(丹東市五興化纖有限責任公司,遼寧 丹東 118002)

1 引言

隨著膜法水處理技術的發展,反滲透技術的應用也逾來逾普及。與以往制純的技術相比,雙級反滲透技術有著占地面積小,能耗低,不需耗酸堿,易于管理的特點。目前,反滲透技術已應用到大型水處理設備中去。在大型的反滲透設備中,多數采用8040膜(即8英寸膜)作為膜組件,因為8040膜產水量高,耗能低。但在小型的反滲透系統中,各類技術手冊中只是按經驗指出產水3t/h以上的反滲透系統采用8040膜,3t/h以下的系統采用4040(4英寸)膜。本文針對產水量是3t/h的反滲透系統,所采用的膜進行做計算比較。

2 反滲透系統工藝設計

2.1 比較基準

反滲透工藝的設計,先根據原水水質,確定預處理項目,然后選擇膜材,再根據產水量計算所需的膜面積。在這個實驗中,假設進水為市政自來水,這樣的水源通常的純化處理工序是砂濾、碳濾、軟化,之后進入雙級反滲透系統,整個流程如下:

原水→石英砂過濾器→活性炭過濾器→軟化器→中間水箱→精密過濾器→一級反滲透裝置→RO水箱→加藥→二級反滲透裝置→純水箱→用水點。

在這個試驗用產水量是3t/h(3t/h)的反滲透系統中,美國海德能公司的ESPA2膜將用來做試驗比較,因為現在大多數的純水系統中多采用ESPA2膜。ESPA2膜是苦咸水膜,是美國海德能公司在世界上率先推出的節能型超低壓復合膜,它較常規低壓復合膜的運行壓力降低了25～40%;在大通量時有著與其它復合膜相同的高脫鹽率;更寬的水質適用范圍和壓力適應范圍等優點,有著高水通量、高脫鹽率的特性。ESPA28040膜與ESPA24040膜這2種膜規格與性能比較如表1。

表1 ESPA28040與ESPA24040膜性能比較表

從表1數據可以看出,這2種膜的脫鹽率相同,所以對原水的處理效果一樣,但由于膜的尺寸不同,所以單支膜的透過水量、進水流量及最小濃水流量都不相同,這些決定了反滲透系統的配件選型不同,即系統造價成本有差異。按照系統設計的順序來計算比較2種膜在反滲透系統中的差異,在整個膜系統計算過程中采用海德能反滲透計算軟件來計算。

2.2 回收率的比較

設計一個反滲透系統,首先要確定系統的回收率,計算公式為系統的回收率=總出水量/總進水量。在反滲透系統中,用戶都希望獲得最大的回收率,尤其是在小型的反滲透系統中。因此在本實驗中,我們設計采用二級濃水回流工藝,這樣系統的回收率可以算為最大,具體計算數據見表2。

表2 回收率計算數據

從表2看,使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統,水的利用率高于使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統,系統進水量比使用ESPA28040膜要小,這同時意味著流量計的選取也有所不同。

2.3 過濾裝置罐體比較

石英砂過濾器主要用于水處理除濁、軟化水、純水的前級預處理,是利用一種或幾種過濾介質,在一定的壓力下把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒狀材料,從而有效地除去懸浮雜質使水澄清的過程,也可用于地表水、地下水除泥沙,一般進水濁度要求小于20°,出水濁度可達3°以下。活性炭過濾器利用活性炭的吸附性能,去除液體中的雜質,使液體得到凈化,防止水中污物對后續設備的污染。這兩種罐的直徑大小是一樣的。

確定了系統的回收率后,就可以計算出整個系統的總進水量,根據總進水量來計算過濾裝置的罐體直徑。由于系統進水量不同,所采用的石英砂過濾罐罐體直徑的大小也隨之產生了區別,這樣在罐體的成本上出現了高低。對于石英砂與活性碳過濾器,按照單層濾料單流以濾速10m/h計算,計算的罐體直徑具體結果見下表3。

表3 罐體直徑

從上表中看,在規定的同一濾速下計算,使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統所用的罐體直徑比ESPA28040膜反滲透系統所用罐體直徑要小,這樣ESPA24040膜反滲透系統罐體所用原料要少于ESPA28040膜反滲透罐體,在成本上要相對低一些。

2.4 軟化器的比較

軟化器是采用離子交換原理,去除水中的鈣、鎂等結垢離子,當含有硬度離子的原水通過交換器內樹脂層時,水中的鈣鎂離子便與樹脂吸附的鈉離子發生置換,樹脂吸附了鈣、鎂離子而鈉離子進入水中,這樣從交換器內流出的水就是去掉了硬度離子的軟化水,按照軟化器濾速25m/h計算,樹脂罐直徑及裝入樹脂量如表4。

表4 樹脂罐直徑及樹脂量

2.5 精密過濾器的比較

精密過濾是采用成型的濾材,在壓力的作用下,使原液通過濾材,濾渣留在濾材壁上,濾液透過濾材流出,從而達到過濾的目的。由于總進水量的不同,濾芯數量也不相同,對于使用ESPA24040膜的反滲透系統,濾芯數量就要少于使用ESPA28040膜的系統。

2.6 反滲透系統的比較

反滲透是系統脫鹽的核心部分,設計的成熟、合理與否不僅直接決定系統能否達到設計要求,而且關系到反滲透裝置的使用壽命。根據系統的產水量及膜的透水量計算出膜的數量,結合海德能計算軟件計算出膜的排列,壓力及各段流量。這種計算方式,在膜的排列上考慮了膜的橫向流速,減少了難溶鹽在膜表面上的沉淀;也考慮了產水通量的影響,反滲透系統的產水通量與污染速度之間存在直接關系,一旦超過一定的水通量,其污染速度會呈指數上升,會使濃差極化因子增大,見表5。

表5 ESPA28040膜與ESPA24040膜計算結果比較

2.6.1 壓力比較

如表5示,用海德能計算軟件計算壓力,使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統,一級反滲透計算壓力是15.2bar,二級的反滲透計算壓力是8.4 bar;使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統,一級反滲透壓力計算是10.8bar,二級的反滲透壓力計算是6.7bar。上述數字為計算數字,雖然使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統壓力較小,但在泵的選型上,量程應不低于100,所以在泵的選擇上應該是一樣的。

2.6.2 膜成本比較

根據單支膜的產水量,及系統的出水量來計算膜數量。經過計算,對于使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統來說,需用28支膜,價格是28×1500元/支=42000元;對于使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統來說,需用9支膜,價格是9×4500元/支=40500元。

從膜成本上比較兩套系統相差不大,但對于使用ESPA24040膜的3t/h反滲透系統而言,膜數量多,管路系統相對要復雜,設備占地面積相對大;使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統,膜數量少,管路系統相對簡單,設備占地面積相對小。

3 結語

從上述計算中所表現的,3t/h反滲透系統使用ESPA24040膜,其能耗低,水的利用率大,且制造成本也較低,在管路連接上比使用ESPA28040膜的系統要復雜,占用空間要大;使用ESPA28040膜的3t/h反滲透系統,相比使用ESPA24040膜的系統,能耗大,水利用率低,相對制造成本高,但在造型上,其管路簡單明了。從現在水資源的緊缺情況來說,3t/h的雙級反滲透系統更應該選擇ESPA24040膜組成的系統。

[1]海德能科技有限公司.海德能膜產品技術手冊[R].北京:海德能科技有限公司,2007.

[2]崔玉川,李思敏,李福勤.工業水處理設施設計計算[M].北京:化學工業出版社,2007.

[3]楊世純,馮逸仙.反滲透水處理工程[M].北京:中國電力出版社,2000.

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T19249-2003,反滲透水處理設備[S].北京:中國標準出版社,2003.

[5]中國市政工程西南設計院.給水排水設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1988.