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工业净水处理&中水回用

反渗透系统设计及运行控制(二)


一、水中存在难溶无机盐类成份的反渗透系统设计

       (1)离子交换软化:此工艺在系统未选择加有机阻垢剂时且原水硬度含量较低及有一定的钡、锶离子含量水源时,被经常采用。一般说来,目前此工艺在小 型反渗透装置的预处理系统和用于饮用水净化的反渗透纯净水制备系统应用较多。

       (2)石灰软化辅助投加镁剂:此工艺在原水碳酸盐硬度和溶解二氧化硅含量较高的大型反渗透系统中往往被采用。一般说来,该方法可将原水碳酸盐硬度降低到100mg/L左右,与此同时原水中溶解的二氧化硅含量也可以去除 50~ 60%左右。此工艺在处理水质较差的地表水和工业循环水时应用居多。


二、反渗透脱盐系统的运行和监控由PLC、仪表、计算机系统和工艺流程模拟屏执行,同时设有手动操作按钮和控制室橾作按钮,系统具有联锁保护功能及报警指示功能。

RO系统设计过程对仪表和程控的工艺要求

       (1) 确定系列(单元)

根据用户用水情况,RO装置的总容量可分为几个单元,因为RO单元的清洗和维修需要停运。

       (2) 确定膜的型式和型号

       对于容量较大的反渗透系统,均选用涡卷型反渗透膜,对于大型电站水处理系统反渗透之后要进行精处理,经详细技术经济论证,往往会得出宜选用复合膜元件的结论 ,然后确定采用哪个厂家的膜元件及其型号。

       (3) 确定系统回收率,选定压力容器

       根据系统回收率选用压力容器。如系统回收率为75%,则考虑采用六个1米长膜元件装一个压力容器,或者4个1.5 米长的膜元件装一个压力容器。一般采用“一级两段"的排列方式。

       RO系统回收率的定义是RO产水量与给水量之比,回收率越高消耗的水量越少,但回收率过高会存在以下问题:产品水的脱盐率下降;可能发生微溶盐的沉淀,浓水的渗透压过高,膜元件的产水量降低。

       一般苦碱水脱盐系统回收率多采用75%,即浓水浓缩了四倍,当原水含盐 量较低时有时也可采用80%,如原水中某种微溶盐含量高,有时也采用较低的 系统回收率以防结垢。

       (4)确定膜元件的数量

       根据膜元件生产厂家提供的设计导则,根据原水水源和给水的SDI确定采用的水通量数值。

       以每单元指定的RO的产水量除以每支膜元件的平均产水量即估出膜元件的数量,如采用六个膜元件的压力容器,则除以六,同上取整数得出压力容器总数,再将压力容器总数分为两段,使两段压力容器总数之比接近2 : 1, 然后利用厂家提供的软件,将每个压力容器内膜元件数、膜元件型号、产水量、回收率、水文、水质、使用年限等输入即可求出给水压力、浓水压力、给水渗透压、浓水渗透压、浓水的LSI、产品水和水中离子含量等数据。每输入一个各段压力容器的数量,即可得出一组计算结果。对比相应膜元件的设计通量、系统温度、系统压力、各报警参数等就可以确定膜元件的数量和膜组件的排列方式。

       (5)压力容器的安装

       大型 RO 装置,压力容器组件应单独布置在滑架上,压力容器布置的最高高度应便于装卸膜元件。装有6个8040型(φ8英寸,长40英寸)膜元件的压力容器,当运行时(受压时)将约伸长13mm, 直径将增大0.5mm, 因此不能限制压力容器的膨胀,否则引起压力容器的翘曲,发生膜元件O型密封圈的泄漏而产生沟流,以及膜元件连接件“O”型圈的泄漏,并且与压力容器连接的管也应采取软管连接。

       (6)加药系统

       加药量应采用比例调节方式,根据给水流量计发出的信号自动调节计量泵 进行比例加药。计量箱应装有就地液位计,并有低液位信号进行报警,以保证 不会因药液箱无药而使加药中断。

       计量泵应与高压泵联锁,反渗透系统包括两套RO装置和一套加药系统,每套RO装置配备一台高压泵。当有一台高压泵启动时加药系统计量泵联锁启动,当两台高压泵都停运时,加药系统计量泵联锁停运,高压泵一台运行;一台停运时,计量泵正常工作。

       (7)就地仪表盘

       应设有就地给水仪表盘,盘上装有流量指示和流量积累表、电导率表、pH 值指示表。另外还应设有给水压力表、流量表、电导率表和pH表所发出的参数信号送至中央控制室进行连续记录,同时流量计发出的信号控制计量泵进行比例加药,pH计发出的高、低报警信号送至中央控制室进行报警。

       每套RO装置设置仪表盘一块,盘上装有RO一段、二段产品水、排水的流量表各一块(流量及累积流量值显示),产品水电导率表一块。流量表和电导率表所发出的参数信号送中央控制室进行连续记录,并具有电导率值高报警就地盘上装有高压泵启动 、停止按钮和指示灯,系统紧急停止按钮和指示灯,电动慢开门开、关按钮和指示灯。

       每套RO装置设置压力表盘一块,盘上装有RO 一段进水、二段进水和排水压力指示表。

       中央控制盘上设有高压泵、计量泵、冲洗水泵的三位操作开关(自动一关一手动),系统程序启、停按钮 ,可实现上述装置的自动启动控制室远操和就地手操功能。当三位开关打至“自动”位置时,上述装置不能就地橾做。

       (8) 中央控制盘

       应装有发光字牌和音响器,可对报警信号进行声、光显示;装有系统模拟 屏,可显示RO系统的运行,可对需记录的各种参数进行连续记录。装有电流表显示高压泵电机电流。

       (9) 保安过滤器

       保安过滤器进、出口装有压力指示表,当保安过滤器进出口压差达到一定值或运行一定时间后,需更换滤芯 。应考虑在5μm过滤器之前装有不符合 RO 进水要求的不合格水排放。在RO停运后需要进行冲洗,对复合膜元件最好采用反渗透产水进行冲洗。

       (10) 高压泵

       进、出口侧分别装有低、高压开关,当高压泵进口压力低于限定值时,低压开关闭合并发送信号至PLC,由 PLC进行报警并自动停止高压泵的运行,当高压泵出口压力高于限定值时,高压开关闭合,发出信号送至PLC,PLC延时一定时间后,如高压泵高压侧压力仍高于限定值,则PLC输出报警并自动停止高压泵的运行,如在延时范围内高压开关恢复至断开状态,则PLC自动取消输入信号。

       高压泵出口装有电动慢开门,高压泵启动后,慢开门自动缓慢打开以确保RO膜元件不受水锤破坏,如慢开门发生故障而未能在规定时间内打开,则高压泵出口压力增高,压力开关输出报警信号并经PLC自动停止高压泵的运行。

       (11) 冲洗系统

       RO装置停止运行一定时间后,可自动启动冲洗水泵、开启冲洗进水及排放阀对RO膜元件进行低压冲洗。

       (12)产水背压问题

       防止膜孔袋粘接线破裂,在设计上就必须考虑静背压问题。对醋酸膜元件,任何时候产品水侧的压力都不能高于给水及排水的压力膜不允许承受反压,对于复合膜元件静背压必须小于5psi。粘接线的破裂是由于膜口袋两侧的压差而非流量,由于逆止阀不能瞬间关闭,不能保证绝对严密,所以在系统中设置逆止阀等均不能彻底解决背压问题。

       为防止膜卷伸出,要求设计时给水的流量不能超过设计导则规定的数值,运行时单个膜元件的压降不允许超过规定值。

       (13)RO 装置启动和运行过程

       RO装置程序启动和运行:先将高压泵 、计量泵的自动一关一手动,三位开关扳至“自动”位置,然后按下每套RO装置的程序启动按钮,此时PLC按程序自动对所有计量箱液位、高压泵入口侧压力进行检测,当有低液位或高压泵入口侧压力“低”报警时,PLC进行声光报警并停止程序运行。消除报警后,按程序启动按钮,程序恢复运行,并自动启动加药计量泵 、高压泵 、开启电动慢开门,延时一定时间后 ,如高压泵高压侧压力仍高于限定值,则PLC 输出报警并自动停止高压泵、计量泵的运行,同时自动关闭电动慢开门,如在延时范围内高压开关恢复至断开状态,则PLC自动取消高压开关输入信号,系统进入正常运行阶段。

       RO 装置控制室手动启动和运行:当高压泵、计量泵 、冲洗水泵的“自动一关一手动”三位开关扳至“手动”位置时,上述设备可在控制室内操作。

       RO 装置就地手动启动和运行:当高压泵、计量泵的“自动一关一手动,三位开关扳至“关”位置时,上述设备可在就地手动启动和运行。在任何情况下 ,都可以通过设置在就地仪表盘上的系统紧急停止按钮,停止RO装置的运行。

       RO 装置自动停止运行或由操作人员按程序停止按钮停运时,高压泵停止运行,计量泵联锁停止运行,自动关闭高压泵出口电动慢开门。

三、仪表及 PLC 系统的构成

       仪表及 PLC 控制系统的构成根据 RO 系统对仪表和控制的要求确定。

       (1) 液位开关:给 出低液位信号。

       (2) 流量计:瞬时流量指示及流量累积值显示。

       (3) 电导率仪数字显示,具有电导率值高报警输出和4~20 mA信号输出。

       (4) pH计数字显示,具有用户可设定的 pH 值高、低报警输出和4~ 20mA信号输出。