反滲透設備效率低下的診斷處理

孫大海，艾秀娟，徐 穎

（中國石油集團渤海裝備制造有限公司第一機械廠，河北滄州 062658）

0 引言

中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司第一機械廠有1座供水站，內有兩套反滲透飲用水制備機組，負責對園區內進行分質供水。統計2013 年6 月—2015 年12 月的數據，發現反滲透設備效率較低，基本維持在0.5，制水率較低，浪費原水。

1 數據分析

12 月耗水量中，供水站消耗量為6586 m3。通過查看設備運行曲線圖，RO 反滲透設備總運行時間為408 h，取蓄水箱日差值的最大值為40 m3。

（1）按照標準制水率（選取最低值0.6），反向推算出耗水量Q 為（3373±40-24）/0.6=5515～5648.3 m3，水表數6514.46 m3，相差值866.16～999.46 m3。

（2）按照運行時間，每小時制水量為（3373±40-24）/408=8.356～8.558 m3，距離標準值12 m3/h，相差較大。

（3）按照原水用量6586 m3，系統運行時間396 h，則正常消耗原水量為（6586-71.54）/396=16.45 m3/h。

（4）考慮到計量出現偏差，預估計量準確率為98%，則正常消耗原水量為（6586-71.54）×0.98/396=16.12 m3/h。

2 廢水量數據

通過測量，設備運行、反洗狀態時的平均流量分別為4.5 m3/h和5.24 m3/h。新舊機組廢水出口壓力為1.15 MPa 和1.08 MPa，流量計測得的瞬時流量系數為1.65 和1.61。因此，運行狀態時，廢水流量為7.245 m3/h 和7.425 m3/h，反洗時測量的增加流量為1.19 m3/h 和1.22 m3/h，總計反洗時間為4 min，故運行過程中反洗時的流量為0.079 m3/h 和0.081 m3/h。總計，RO 設備運行過程中1 h 產生的廢水量為7.324 m3/h 和7.506 m3/h。

3 進水數據

3.1 舊機組系統進水水表數據（表1）

舊機組高壓泵出口壓力為1.1 MPa，純水和廢水浮子流量計顯示數值分別為140 LPM 和120 LPM，即系統制水率=140/（140+120）=0.54。純水制水量應該為140×60=8400 L/h=8.4 m3/h，廢水水量應該為120×60=7200 L/h=7.2 m3/h。由于反洗等因素影響，使得系統在1 h 運行時間內，實際運行時間為56 min，因此系統實際耗水量應該為15.12 m3/h。此數據與測算數據相符合。

表1 舊機組系統進水水表數據

3.2 新機組系統進水水表數據（表2）

新機組高壓泵出口壓力為1.2 MPa，純水和廢水浮子流量計顯示數值分別為155 LPM 和120 LPM，即系統制水率=155/（155+120）=0.56。純水制水量應該為155×60=9300 L/h=9.3 m3/h，廢水水量應該為120×60=7200 L/h=7.2 m3/h。由于反洗等因素影響，使得系統在1 h 運行時間內，實際運行時間為56 min，因此系統實際耗水量應該為16.22 m3/h。此數據與測算數據相符合。

表2 新機組系統進水水表數據

根據上述數據，可以得出總消耗水量：舊機組15.12×172=2600.64 m3，新機組16.22×236=3827.92 m3。因此，總消耗水量為6428.56 m3，測算出的數據與6514.46 m3相差85.9 m3，誤差率為1.30%。

4 水表的準確性驗證

4.1 原水表驗證

因無校驗過的100 mm 口徑水表，所以暫時無法驗證水表準確性。但是，根據原水表安裝示意圖以及實際測量情況，第一塊原水表與原水泵的間隔距離為6 m，第二塊原水表與原水泵的間隔距離為0.8 m。

按照水表安裝要求，需要遠離擾動（指彎頭、泵等可以產生干擾波動的情況）。第二塊水表安裝位置與第一塊水表安裝位置均存在著壓力擾動。比較而言，第二塊水表壓力波動加大，故現在計量的水表數據為第一塊水表顯示數據。按照伯努利方程，流速會出現一定變化波動，但是，這兩塊水表距離較近，阻力損失較小，故這兩塊水表可以進行比對。第二塊水表應該比第一塊水表計量數據偏大，通過驗證，數據見表3，可以看出，原水表的計量可以認為是相對準確的。

4.2 出水表驗證

比對舊機組出水表與淡水泵總出水水表數據，方法是舊機組開啟第二種方式，直接與淡水泵連接，對其出水量進行比對。相關數據見表4，可以看出舊機組出水表與總出水表的數據相差0.13 m3/h，還可以看出，用水量較少時（2.10 m3），出現的偏差較大（0.3 m3）。分析原因為用水量少時，出現的波動值較大。按照以上數據，可以認為總出水表相對準確。

表3 兩塊水表計量數據

表4 舊機組出水表與淡水泵總出水水表數據

5 反滲透膜的影響因素分析

5.1 進水pH 值

通過手持式pH 儀表，測量進水pH 值，在可控范圍基本不影響產水量。進水pH 值對產水量幾乎沒有影響，但對脫鹽率有較大影響。

5.2 進水溫度

反滲透膜產水電導對進水水溫的變化十分敏感，隨著水溫增加，水通量也線性增加，進水水溫每升高1 ℃，產水通量就增加2.5%～3.0%。原因在于透過膜的水分子黏度下降、擴散性能增強。進水水溫升高同樣會導致透鹽率的增加和脫鹽率的下降，這主要是因為鹽分透過膜的擴散速度會因溫度提高而加快。

制水系統采用地下水，深井泵為地下100 m 以下。地下水相對于地表溫度，中間隔了厚厚的地層，夏季地表熱量經過幾個月時間傳到地下，在冬季達到最高。冬季反向傳遞溫度，地下水夏季溫度達到最低點。采集到地面上后，進入蓄水池中，因此水溫基本達到了蓄水池內室溫。

通過測量，目前所用的原水水溫約為15 ℃，溫度低，有可能降低RO 系統產水量，下降幅度約為3%～6%。

5.3 運行壓力

進水壓力本身不會影響鹽透過量，但是進水壓力升高使得驅動反滲透的凈壓力升高，使得產水量加大。同時鹽透過量幾乎不變，增加的產水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高脫鹽率。當進水壓力超過一定值時，由于過高的回收率，加大了濃差極化，又會導致鹽透過量增加，抵消了增加的產水量，使脫鹽率不再增加。

膜的運行壓力直接影響產水量，故可以看出：數值出現低值時，極有可能是運行壓力不滿足制水要求。

5.4 進水水質

滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度的函數，含鹽量越高，滲透壓也增加，進水壓力不變情況下，凈壓力將減小，產水量降低。透鹽率正比于膜正反兩側鹽濃度差，進水含鹽量越高，濃度差也越大，透鹽率上升，導致脫鹽率下降。自來水的采水水源通過6 口水井實現，但是每口水井的水質均不同，因此，每次進入RO 機組的情況也不相同。但是根據概率學，基本上可以認為RO 系統所采用的原水水質是一樣的。

可以看出，RO 運行影響因素雖然很多，但是設備依舊可以達到標準狀態，例如，2017 年11 月（0.66）等。

6 措施及驗證

（1）采用預加熱方式，提升進水水溫。冬季，進水水溫較低，為了能夠保證RO 系統的制水效率，在進水管道上增加溫控設備和加熱設備，通過溫控系統，保證水溫達到10 ℃以上，確保冬季進水水溫。

（2）調整系統壓力，通過自控手段達到實時調控。通過采集泄放口壓力值，通過PLC 程序控制膜運行泵的出口壓力值。根據每次進水水質情況（溫度、電導等），調整新舊機組相關參數，如制水率和高壓泵出口壓力等。改造方案：通過修改PLC 程序，改變制水過程中不必要的水資源浪費，例如，反洗頻率、時間、制水時需控制的壓力、流量等。

查看設備制備過程的PLC 程序，發現PLC 程序流程中，存在靜置與延遲的重疊情況，浪費程序運行時間，同時機組運行也受到了影響，最終導致系統流量曲線中過多的起伏區間。

縮減不必要的時間消耗及水資源浪費，及時提升制水所需要的必要自動條件，達到了提升出水量，提升制水效率，降低成本消耗等目的。調整機組相關參數，跟蹤1 月7 日—10 日的數據，效率提升至67.29%。