海德能8040膜与4040膜在反渗透系统中的应用比较

马倩

(丹东市五兴化纤有限责任公司,辽宁 丹东 118002)

1 引言

随着膜法水处理技术的发展,反渗透技术的应用也逾来逾普及。与以往制纯的技术相比,双级反渗透技术有着占地面积小,能耗低,不需耗酸碱,易于管理的特点。目前,反渗透技术已应用到大型水处理设备中去。在大型的反渗透设备中,多数采用8040膜(即8英寸膜)作为膜组件,因为8040膜产水量高,耗能低。但在小型的反渗透系统中,各类技术手册中只是按经验指出产水3t/h以上的反渗透系统采用8040膜,3t/h以下的系统采用4040(4英寸)膜。本文针对产水量是3t/h的反渗透系统,所采用的膜进行做计算比较。

2 反渗透系统工艺设计

2.1 比较基准

反渗透工艺的设计,先根据原水水质,确定预处理项目,然后选择膜材,再根据产水量计算所需的膜面积。在这个实验中,假设进水为市政自来水,这样的水源通常的纯化处理工序是砂滤、碳滤、软化,之后进入双级反渗透系统,整个流程如下:

原水→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软化器→中间水箱→精密过滤器→一级反渗透装置→RO水箱→加药→二级反渗透装置→纯水箱→用水点。

在这个试验用产水量是3t/h(3t/h)的反渗透系统中,美国海德能公司的ESPA2膜将用来做试验比较,因为现在大多数的纯水系统中多采用ESPA2膜。ESPA2膜是苦咸水膜,是美国海德能公司在世界上率先推出的节能型超低压复合膜,它较常规低压复合膜的运行压力降低了25～40%;在大通量时有着与其它复合膜相同的高脱盐率;更宽的水质适用范围和压力适应范围等优点,有着高水通量、高脱盐率的特性。ESPA28040膜与ESPA24040膜这2种膜规格与性能比较如表1。

表1 ESPA28040与ESPA24040膜性能比较表

从表1数据可以看出,这2种膜的脱盐率相同,所以对原水的处理效果一样,但由于膜的尺寸不同,所以单支膜的透过水量、进水流量及最小浓水流量都不相同,这些决定了反渗透系统的配件选型不同,即系统造价成本有差异。按照系统设计的顺序来计算比较2种膜在反渗透系统中的差异,在整个膜系统计算过程中采用海德能反渗透计算软件来计算。

2.2 回收率的比较

设计一个反渗透系统,首先要确定系统的回收率,计算公式为系统的回收率=总出水量/总进水量。在反渗透系统中,用户都希望获得最大的回收率,尤其是在小型的反渗透系统中。因此在本实验中,我们设计采用二级浓水回流工艺,这样系统的回收率可以算为最大,具体计算数据见表2。

表2 回收率计算数据

从表2看,使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统,水的利用率高于使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统,系统进水量比使用ESPA28040膜要小,这同时意味着流量计的选取也有所不同。

2.3 过滤装置罐体比较

石英砂过滤器主要用于水处理除浊、软化水、纯水的前级预处理,是利用一种或几种过滤介质,在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒状材料,从而有效地除去悬浮杂质使水澄清的过程,也可用于地表水、地下水除泥沙,一般进水浊度要求小于20°,出水浊度可达3°以下。活性炭过滤器利用活性炭的吸附性能,去除液体中的杂质,使液体得到净化,防止水中污物对后续设备的污染。这两种罐的直径大小是一样的。

确定了系统的回收率后,就可以计算出整个系统的总进水量,根据总进水量来计算过滤装置的罐体直径。由于系统进水量不同,所采用的石英砂过滤罐罐体直径的大小也随之产生了区别,这样在罐体的成本上出现了高低。对于石英砂与活性碳过滤器,按照单层滤料单流以滤速10m/h计算,计算的罐体直径具体结果见下表3。

表3 罐体直径

从上表中看,在规定的同一滤速下计算,使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统所用的罐体直径比ESPA28040膜反渗透系统所用罐体直径要小,这样ESPA24040膜反渗透系统罐体所用原料要少于ESPA28040膜反渗透罐体,在成本上要相对低一些。

2.4 软化器的比较

软化器是采用离子交换原理,去除水中的钙、镁等结垢离子,当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层时,水中的钙镁离子便与树脂吸附的钠离子发生置换,树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中,这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水,按照软化器滤速25m/h计算,树脂罐直径及装入树脂量如表4。

表4 树脂罐直径及树脂量

2.5 精密过滤器的比较

精密过滤是采用成型的滤材,在压力的作用下,使原液通过滤材,滤渣留在滤材壁上,滤液透过滤材流出,从而达到过滤的目的。由于总进水量的不同,滤芯数量也不相同,对于使用ESPA24040膜的反渗透系统,滤芯数量就要少于使用ESPA28040膜的系统。

2.6 反渗透系统的比较

反渗透是系统脱盐的核心部分,设计的成熟、合理与否不仅直接决定系统能否达到设计要求,而且关系到反渗透装置的使用寿命。根据系统的产水量及膜的透水量计算出膜的数量,结合海德能计算软件计算出膜的排列,压力及各段流量。这种计算方式,在膜的排列上考虑了膜的横向流速,减少了难溶盐在膜表面上的沉淀;也考虑了产水通量的影响,反渗透系统的产水通量与污染速度之间存在直接关系,一旦超过一定的水通量,其污染速度会呈指数上升,会使浓差极化因子增大,见表5。

表5 ESPA28040膜与ESPA24040膜计算结果比较

2.6.1 压力比较

如表5示,用海德能计算软件计算压力,使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统,一级反渗透计算压力是15.2bar,二级的反渗透计算压力是8.4 bar;使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统,一级反渗透压力计算是10.8bar,二级的反渗透压力计算是6.7bar。上述数字为计算数字,虽然使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统压力较小,但在泵的选型上,量程应不低于100,所以在泵的选择上应该是一样的。

2.6.2 膜成本比较

根据单支膜的产水量,及系统的出水量来计算膜数量。经过计算,对于使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统来说,需用28支膜,价格是28×1500元/支=42000元;对于使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统来说,需用9支膜,价格是9×4500元/支=40500元。

从膜成本上比较两套系统相差不大,但对于使用ESPA24040膜的3t/h反渗透系统而言,膜数量多,管路系统相对要复杂,设备占地面积相对大;使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统,膜数量少,管路系统相对简单,设备占地面积相对小。

3 结语

从上述计算中所表现的,3t/h反渗透系统使用ESPA24040膜,其能耗低,水的利用率大,且制造成本也较低,在管路连接上比使用ESPA28040膜的系统要复杂,占用空间要大;使用ESPA28040膜的3t/h反渗透系统,相比使用ESPA24040膜的系统,能耗大,水利用率低,相对制造成本高,但在造型上,其管路简单明了。从现在水资源的紧缺情况来说,3t/h的双级反渗透系统更应该选择ESPA24040膜组成的系统。

[1]海德能科技有限公司.海德能膜产品技术手册[R].北京:海德能科技有限公司,2007.

[2]崔玉川,李思敏,李福勤.工业水处理设施设计计算[M].北京:化学工业出版社,2007.

[3]杨世纯,冯逸仙.反渗透水处理工程[M].北京:中国电力出版社,2000.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T19249-2003,反渗透水处理设备[S].北京:中国标准出版社,2003.

[5]中国市政工程西南设计院.给水排水设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1988.