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1、反渗透设计计算及ROSA模拟 RO设计计算 1 设计基础 导则 2 RO本体设计十步法 q 原水水质 类型 来源 性质 数值 q 预处理 方法 期望产水水质 q 反渗透系统 产水量 产水用途及水质要求 回收率 运行条件及可行性 场地 其它要求 如化学清洗 q 项目投资 设计基础 系统及单支膜元件运行参数的限制 q 防治膜元件物理性损坏 限制首支膜元件最大进水流量 限制给水压力 限制最大压差 q 减少浓差极化及潜在污染 最大通量的限制 单支膜元件最大回收率的限制 最小浓水流量的限制 设计导则 q 影响运行参数限制值的因素 进水水质概况及污染程度 膜元件有效膜面积 膜元件流道宽度 q 原水水质概况
2、 RO产水 井水 地表水 传统预处理 地表水 MF UF MBR预处理 废水 传统预处理 废水 MF UF MBR预处理 海水 表面取水 海水 沙滩井取水 设计导则 设 计 导 则 RO设计计算 1 设计基础 导则 2 RO设计十步法 1 考察原水水质及产水水质要求 确定预处理方案 确定进水量 或产水量 系统回收率 2 选择级数 勾画系统配置图及水量平衡图 3 选择膜元件型号 4 设定平均通量 5 确定所需膜元件数量 6 确定压力容器容纳膜元件数量 7 选择段数 8 确定系统排列 9 平衡产水通量及回收率 10 按设计导则考察运行参数限定值 进而优化系统设计 RO设计十步法 系统性能影响因素
3、影响性能的因素 因素 进水压力 进水pH 值 系统回收 率 进水含盐 量 进水温度 盐截留率 透过液通量 进水压力 进水压力的影响 假如温度 回收率 温度 含盐量恒定 盐截留率 通量恒定 透过液 通量 压力恒定 进水温度 进水温度的影响 假如压力 回收率 含盐量恒定 渗透液通量 进水含盐量 TDS 盐截留率 进水含盐量的影响 假如压力 温度 回收率恒定 回收率 盐截留率 渗透液通量 回收率的影响 假如压力 温度 含盐量恒定 pH值 212 盐截留率 渗透液通量 pH值的影响 假如压力 温度 含盐量 回收率恒定 反渗透系统中膜元件产水分布规律 第二段 第一段 进水浓水 膜面压力 渗透压 净驱动压
4、 NDP 净驱动压 NDP 进水浓水 水流方向 单支膜元件净驱动压 NDP 膜面压力 渗透压 单支膜产水流量正比于净驱动压 产水分布影响因素 产水分布影响因素 因素因素变化趋势产水分布变得平衡 含盐量 温度 膜渗透性 回收率 在系统中获得均衡水量分布的三种方法 1 不 同 膜 元 件 组 合 配 置 2 产 水 背 压 调 节 3 段 间 增 压 不同膜元件组合配置 两段采用不同的膜元件 或 段内采用不同的膜元件 标准产水量的膜元件 比如BW30FR系列 产水量偏大的膜元件 比如XFRLE等低压膜系列 一些组合的例子 A Municipal WRU plant for agricultural
5、 irrigation BW30XFR 400 34i XFRLE 400 34i Island Water Association Sanibel FL BW30 440i XLE 440i Ft Pierce Utilities Ft Pierce FL BW30 400 NF90 400 1 可调整不同段的产水流量 分布 2 不可实时连续调节 3 需采用多种类型的膜元件 4 由于采用低压膜元件 可 降低系统总能耗 水质有 可能会略有下降 1 增加产水背压可调整不同段的产水流量分布 2 可实时连续调节 3 能耗偏高 高压泵需提高压力以克服前段产水的背压 产水背压调节 段间增压 1 段间增压
6、可调整不同段的产水流量分布 2 可实时连续调节 3 增加设备投资及系统运行复杂程度 4 能耗较低 只对前段的浓水进行增压 不增加高压泵负荷 增压 泵流量较低 功率较低 进水 压力容器 压力容器 压力容器 浓水 段间增压 产水 段间增压改变膜元件产水量分布 含盐量从600ppm升至7500ppm时 产水分布变得非常不平衡 段间增压7bar后 2段产水量增加 1段产水量下降 整体产水分布平衡 单支膜元件 产水量没有超过建议最大值 段间增压改变膜元件回收率分布 含盐量从600ppm升至7500ppm时 回收率的分布变得非常不平衡 段间增压7bar后 整体回收率分布平衡 单支膜元件回收率没有超过建议最
7、大值 不同水量平衡方法反渗透系统能耗比较 设计1段进水压力 bar 2段进水压力 bar 平均NDP bar 吨水能耗 kWh m 常规设计24 42311 181 15 段间增压7bar20 626 111 021 11 1段产水背压7bar27 626 115 691 30 NDP Net Driving Pressure 净驱动压 流量因子 FF 的原理和选择 反渗透膜压力容器入口压力Pf 组成 进水压力组成影响因素 膜净推动压 NDP 温度 膜渗透性 通量 渗透压 净渗透压 NDOP 温度 入口盐含量及组成 回收率 压差 DP 温度 膜面流速 流道宽度 产水侧压损 DPP iLEC连接
8、 传统连接 流量因子 FF 做为安全系数 表征膜运行一定时间后发生污堵导致的 进水压力升高 给设备选型留有余量 另外 单支膜元件产水量存在正负偏差 但数量多时会互相抵消 流量因子 FF 实际产水量和软件模拟值比较 流量因子FF FF 0 7 某国内反渗透项目运行情况 标准化进水压力 实际运行工况 达到设计产水量时所需要的进水压力 FF 1 0 FF 1 3 膜元件发生污堵时 为达到设计产水量 理论上需要更高的进水压力 ROSA软 件在计算时需要选择污堵因子约0 7 计算出来的反渗透进水压力才和实际吻合 所以软件设计时需要根据进水情况留有一定余量 流量因子的选择 进水水源流量因子选择 地表水 地
9、下水0 7 0 85 废水0 7 0 8 一级反渗透产水 二级给水 0 9 海水0 7 0 8 RO设计模拟 1 含盐量的影响 2 浓水反渗透设计 3 流量因子 FF 含盐量的影响 1 低含盐量 250ppm 相对容易 无产水流量平衡问题 1级膜元件选型 2级反渗透时 2级膜元件选型考虑 2 高含盐量 7500ppm 较高回收率时 通常会有产水分布不平衡问题 需采取相应方法 3 中等含盐量 需考虑其他因素 比如设计温度 回收率等 根据实际情况考虑调整 低含盐量 250ppm 1级膜元件选型 1级膜元件选型综合比较 1级膜元件选型给水压力 bar 吨水能耗 kWh m 产水TDS ppm 产水N
10、O3 ppm 产水SiO2 ppm 注释 BW30FR 400 34i14 970 702 581 130 06 BW30XFR 400 34i13 310 621 840 620 02低能耗 高脱盐 XFRLE 400 34i8 660 412 440 770 06极低能耗 较高脱盐 2级膜元件选型考虑 2级膜元件选型综合比较 2级膜元件选型给水压力 bar 吨水能耗 kWh m 产水TDS ppm 产水NO3 ppm 注释 BW30 40014 730 600 390 13 HRLE 440i9 340 380 340 06极低能耗 高脱盐 高含盐量 7500ppm 高含盐量 常规设计 高
11、含盐量 1段产水背压 高含盐量 段间增压 高含盐量 不同膜元件组合 产水分布平衡方法对比 设计1段进水 压力 bar 2段进水 压力 bar 1段平均通 量 LMH 2段平均通 量 LMH 吨水能耗 kWh m 产水TDS ppm 注释 常规设计 24 2223 2726 679 011 14111 86 1段产水背压 27 4226 423 0316 271 29101 11 段间增压 20 4226 3923 0316 281 11101 09 不同膜元件组合 20 3319 322 9315 690 96456 29 浓水反渗透设计 1 浓水反渗透进水含盐量较低 比如浓水反渗透进水150
12、0ppm左右 50 60 回收率设计方法 2段6芯 或1段7芯 2 浓水反渗透进水含盐量较高 比如浓水反渗透进水15000ppm左右 设计方法 可以考虑采用SW30ULE极低压海水膜 浓水反渗透进水含盐量较高 比如15000ppm左右 采用苦咸水膜 采用超低压海水膜 浓水反渗透设计对比 浓水反渗透膜元件选型给水压力 bar 吨水能耗 kWh m 产水TDS ppm 产水NO3 ppm 注释 BW30 400 34i39 172 27161 4577 05普通苦咸水 SW30ULE 40041 812 4267 2726 07极低压海水膜 流量因子 流量因子的影响 0 7 0 85 0 9 设置
13、流量因子 FF 流量因子 FF 0 7 流量因子 FF 0 85 流量因子 FF 0 9 流量因子净驱动压 NDP bar 净渗透压 bar 2段总压差 bar 进水压力 bar 功率 kW 注释 0 7 12 091 490 2813 3173 38 0 85 9 761 470 2810 9860 53 0 9 8 20 960 289 4151 89 流量因子影响 谢谢 免责声明 disclaimer 注意 本文件对陶氏或其他人所拥有的任何专利的侵权赔偿责任不 作任何推断 由于使用条件和适用法规可能因地因时而异 客户有 责任确定本文件里的产品和产品信息是否适合其使用 并确保其工 作场所和处理产品的方式符合可适用的法律和其他政府法规 本文 件中所示产品并不一定在陶氏开展业务的所有地区均有出售及 或供 应 相关声明在部分国家可能尚未通过审批 陶氏对本文件中的信 息不承担任何义务或责任 除特别注明外 陶氏 或 公司 是指陶氏化学公司及其附属公司 陶氏不提供任何保证 并明确排 除对产品的可售性或对某一特殊用途的适用性的所有默示保证 陶氏化学公司 2012年出版 中国印刷 陶氏化学公司 陶氏 或其附属公司的商标
