应用太阳能降低运行压力的反渗透装置

田丽 刘馨璐

（1新疆碧水源环境资源股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830063 2中国石化销售有限公司华北分公司 天津 300384）

应用太阳能降低运行压力的反渗透装置

田丽1刘馨璐2

（1新疆碧水源环境资源股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830063 2中国石化销售有限公司华北分公司 天津 300384）

应用太阳能降低运行压力的反渗透水处理装置由原水预处理装置，太阳能集热器，保温水箱，温度控制系统，高压水泵和反渗透主机组成。本装置尤其适用于锅炉水补给水的处理，能将太阳能充分利用，可节约大量锅炉燃煤，减少SO2、CO2、NOx排放。

反渗透；太阳能；节能

1 背景及意义

反渗透广泛应用于海水淡化、锅炉补给水的软化脱盐以及医药纯化水和饮用瓶装水的生产和污废水的处理。反渗透系统的运行压力通常为1.8MPa，能耗高。考虑反渗透水处理节能，常用节能措施是利用能量转换器把高压条件下反渗透浓水余压能量予以回收、利用，达到节能、高效的目的。这种节能方法容易出现回水与进水相混的缺点，也无法降低水泵的运行压力，对设备材料要求高，运行过程中易发生漏水现象，设备运行安全性和可靠性较低。

目前，反渗透设备操作主要考虑运行压力，进水温度只作为反渗透膜的限制条件（进水温度≤45℃）。通常进水温度低，在运营中很少控制水温。实际上，水温对膜的产水量和水质有较大影响。当操作压力一定，水温升高，膜通量增加明显，除盐率会略有下降，因此可在膜通量和产水水质之间进行优化，适当提高进水温度，在满足用水水质前提下，可增加产水量；若在稳定产水量的情况下则可降低运行压力，从而达到节能降耗和提高设备运行的安全性和可靠性的目的。

2 设计方案及性能测试

2.1 设计方案

太阳能降低运行压力的反渗透水处理装置主要由预处理系统、太阳能集热器、保温水箱、水泵、反渗透机组组成。应用太阳能将反渗透进水温度提高到30～40℃，泵送至反渗透机组，在满足产水水质和水量的前提下，运行压力可从1.8 MPa降至1.2 MPa。

预处理装置由石英砂、活性碳和5μm精密过滤器组成，主要去除原水中的悬浮物与胶体物质，保证反渗透膜的安全运行。太阳能集热器，主要用于提高反渗透进水温度。保温水箱用于高压水泵的稳定供水，温控系统对保温水箱的水温进行自动控制。

反渗透主机对水进行净化，产出合格的出水。

2.2 性能测试

试验用水采用自来水，考察不同压力和进水温度对产水流量和产水水质的影响，测试结果见图1和图2。

图1 各温度下操作压力对出水流量的影响

图2 各温度下操作压力对出水水质的影响

由图1可以看出，当出水流量一定时，进水温度较高，所需操作压力较小；进水温度较低，所需操作压力较大。

由图2可以看出，进水温度对出水电导率几乎没有影响，适当提高进水温度，对出水水质影响较小。

3 节能减排效益分析

3.1 分析依据

（1）以处理锅炉补给水为例，分析节能减排效益。

据调查数据显示，我国约有50万台工业及民用锅炉，我们取单台常规流量5m3/h为计算依据。

（2）太阳能集热效果以“上海嘉宁太阳能热水器有限公司AKL系列产品”的热值计算为依据，见表1。

表1 AKL系列产品规格

（3）在光照充足的条件下，每天工作8小时。一年平均日照在8小时的时间大约为220天。

3.2 成本分析

水吸热所需的能量公式：Q=Cm(t-t0)

其中C—水的比热容，值为4.2×103J/kg·℃m—水的质量kg t—水的最终温度℃

t0—水的初始温度℃；水温由20℃升到30℃需要吸收热量是Q1:Q1=4.2×103×5×103×8×(30-20)=1.68×109J

拟选太阳能集热真空管规格为Φ70×2000mm，可吸热Q2:Q2=2.31×106J

所需太阳能集热水管数量n:n=Q1/Q2=1.68×109/2.31×106≈728根

根据市场调查显示，每根太阳能真空管的价格约为60元，则太阳能集热器初始投资将增加6万元左右（含安装费）。

3.3 节电分析

太阳能对进入锅炉的水进行加热，实验数据显示，在保证出水流量不变的情况下，增加进水的温度会使反渗透装置的运行压力降低（1.8MPa降至1.2MPa），这样反渗透装置的耗电可降低30%左右。

反渗透装置单独运行时，每小时耗电4kW·h，用太阳能辅助反渗透水处理装置以后，每小时的耗电为2.8kW·h，则每小时可以节约1.2kW·h的电，在有太阳能辅助反渗透装置运行的时间内，反渗透装置一年可以节约电能：W1=1.2×220×8=2112kW·h

每度电约0.52元，则一年可以减少电费支出：N1=2112× 0.52=1098.24元

3.4 节煤分析

由于1kg标准煤约产生29270kJ热量，太阳能集热器的热转换效率为95%，锅炉的热转换效率大约为80%左右，我们分别按95%和80%来计算，则锅炉每天节约标准煤的质量：m=1.68× 109×95%/（29270000×80%）≈68kg

太阳能辅助反渗透锅炉水处理装置一年可节约标准煤大约为：M=68×220×10-3=14.96t

3.5 SO2减排量分析

1kg标准煤产生SO2约8.5×10-3kg，则每天可减少SO2的排放：m1=68×8.5×10-3=0.578kg

一年可以减少SO2的排放：M2=0.578×220×10-3=127.16kg

3.6 CO2减排量分析

1kg标准煤产生CO2约2.62 kg，则每天可减少CO2的排放：m2=68×2.62=178.16kg

一年可以减少CO2的排放：M4=178.16×220×10-3=39.1952T 3.7 NOx减排量分析

1kg标准煤产生NOx约7.4×10-3kg，则每天可减少NOx的排放：m3=68×7.4×10-3=0.5032kg

一年可以减少 NOx的排放：M6=0.5032×220×10-3=110.704kg

4 创新及应用

将反渗透进水温度提高到30～40℃，在满足产水水质和水量的条件下，降低反渗透运行压力，达到节能的目的。目前，反渗透广泛应用于海水淡化、锅炉补给水及污水处理，总规模巨大。此装置尤其适用于锅炉水补给水的处理，将丰富的太阳能与应用非常普遍的反渗透水处理装置有机结合，可节约大量锅炉燃煤，减少SO2、CO2、NOx排放。此装置不仅可以用于原有反渗透水处理装置的改造，也可用于新的反渗透设备，前景广阔。

[1]解利昕,王世昌.反渗透海水淡化技术应用[J].膜科学与技术, 2004,24(4):66-69.

[2]胡敩劼,禹保卫.反渗透技术的基本原理及发展趋势[J].工程技术化工之友,2007(9):16.

[3]范正虹,陈福泰,陈晓婷等.微滤/反渗透净化污水厂二级处理出水[J].中国给水排水,2005,21(06):44-46.