島用反滲透淡化裝置控制系統的節能優(yōu)化設計

　　引言

　　反滲透法和蒸餾法是當前主流的海水淡化技術(shù)，其技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要目標是降低運行成本。在運行成本的構成中能耗所占的比重最大，因此降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。反滲透海水淡化的能量消耗主要是電耗，包括高壓泵和其他水泵。特別是高壓泵的能耗，約占系統運行能耗的70%～90%。本文以永興島100 m3/d反滲透海水淡化裝置為例，從工藝流程、硬件配置和軟件開(kāi)發(fā)等幾方面對裝置節能降耗進(jìn)行了探討，重點(diǎn)闡述了PLC+人機界面控制系統的優(yōu)化設計，為今后海島海水淡化裝置的研制提供技術(shù)支持。

　　工藝流程

　　進(jìn)料海水經(jīng)預處理，去除懸浮固體及其他有害物，然后經(jīng)高壓泵增壓后，進(jìn)入反滲透膜設備，產(chǎn)出的淡水經(jīng)后處理設施供用戶(hù)使用，濃鹽水自反滲透膜設備排出。反滲透工藝流程圖如圖1。反滲透海水淡化系統設計時(shí)應綜合考慮海水水質(zhì)、水溫、運行壓力、產(chǎn)水水質(zhì)、產(chǎn)水量以及回收率等因素，要求選擇合適的預處理工藝以及膜組件，實(shí)現裝置的長(cháng)期穩定、經(jīng)濟運行。反滲透海水淡化工藝包括取水模塊、預處理模塊、反滲透模塊及清洗模塊等。其中，反滲透模塊是裝置的核心和關(guān)鍵，主要由高壓泵、能量回收裝置和反滲透膜三大關(guān)鍵部件組成[3]。

　　工藝設計優(yōu)化

　　(1)取水方法。合理選擇反滲透海水淡化系統的取水方式，對有效降低海水濁度、減少海水中細菌、藻類(lèi)、貝殼等微生物對系統的影響，以及降低預處理難度、提高反滲透膜組件平均產(chǎn)水通量等方面至關(guān)重要。 針對永興島地理位置及施工條件，本裝置選擇沉井式取水方法。

　　(2)預處理工藝。針對反滲透系統對預處理要求較高的特點(diǎn)，設計采用多介質(zhì)過(guò)濾器、超濾膜單元和過(guò)濾精度為5μm的保安過(guò)濾器組合構成預處理工藝，保證后續系統進(jìn)水水質(zhì)SDI<3，濁度<0.5NTU，滿(mǎn)足反滲透系統最佳運行條件。

　　(3)反滲透膜組件。新型反滲透膜組件的研發(fā)提高了單支膜組件的產(chǎn)水量和脫鹽率，從而降低淡化系統噸水能耗。本裝置設計選用陶氏公司SW30HRLE-400，標稱(chēng)單支膜組件產(chǎn)水量28m3/d，穩定脫鹽率達99.75%。

　　(4)能量回收。反滲透海水淡化過(guò)程需消耗大量電能提升進(jìn)水壓力以克服水的滲透壓，而從反滲透膜殼排出的濃水余壓高達5.5～6.5MPa。按照40%回收率計算，排放的濃鹽水中還蘊含約60%的進(jìn)料水壓力能量，將這一部分能量回收變成進(jìn)水能量可大幅降低反滲透海水淡化的能耗，而這一目標的實(shí)現有賴(lài)于利用能量回收技術(shù)。本裝置設計選用美國ERI公司的PX-30S轉子式壓力交換能量回收裝置[3]，它可回收濃水壓力能的96%，使反滲透主體產(chǎn)水能耗降至4KWh以下。