反滲透系統設計及運行控制(二)
一、水中存在難溶無機鹽類成份的反滲透系統設計
(1)離子交換軟化:此工藝在系統未選擇加有機阻垢劑時且原水硬度含量較低及有一定的鋇、鍶離子含量水源時,被經常采用。一般說來,目前此工藝在小 型反滲透裝置的預處理系統和用于飲用水凈化的反滲透純凈水制備系統應用較多。
(2)石灰軟化輔助投加鎂劑:此工藝在原水碳酸鹽硬度和溶解二氧化硅含量較高的大型反滲透系統中往往被采用。一般說來,該方法可將原水碳酸鹽硬度降低到100mg/L左右,與此同時原水中溶解的二氧化硅含量也可以去除 50~ 60%左右。此工藝在處理水質較差的地表水和工業循環水時應用居多。
二、反滲透脫鹽系統的運行和監控由PLC、儀表、計算機系統和工藝流程模擬屏執行,同時設有手動操作按鈕和控制室橾作按鈕,系統具有聯鎖保護功能及報警指示功能。
RO系統設計過程對儀表和程控的工藝要求
(1) 確定系列(單元)
根據用戶用水情況,RO裝置的總容量可分為幾個單元,因為RO單元的清洗和維修需要停運。
(2) 確定膜的型式和型號
對于容量較大的反滲透系統,均選用渦卷型反滲透膜,對于大型電站水處理系統反滲透之后要進行精處理,經詳細技術經濟論證,往往會得出宜選用復合膜元件的結論 ,然后確定采用哪個廠家的膜元件及其型號。
(3) 確定系統回收率,選定壓力容器
根據系統回收率選用壓力容器。如系統回收率為75%,則考慮采用六個1米長膜元件裝一個壓力容器,或者4個1.5 米長的膜元件裝一個壓力容器。一般采用“一級兩段"的排列方式。
RO系統回收率的定義是RO產水量與給水量之比,回收率越高消耗的水量越少,但回收率過高會存在以下問題:產品水的脫鹽率下降;可能發生微溶鹽的沉淀,濃水的滲透壓過高,膜元件的產水量降低。
一般苦堿水脫鹽系統回收率多采用75%,即濃水濃縮了四倍,當原水含鹽 量較低時有時也可采用80%,如原水中某種微溶鹽含量高,有時也采用較低的 系統回收率以防結垢。
(4)確定膜元件的數量
根據膜元件生產廠家提供的設計導則,根據原水水源和給水的SDI確定采用的水通量數值。
以每單元指定的RO的產水量除以每支膜元件的平均產水量即估出膜元件的數量,如采用六個膜元件的壓力容器,則除以六,同上取整數得出壓力容器總數,再將壓力容器總數分為兩段,使兩段壓力容器總數之比接近2 : 1, 然后利用廠家提供的軟件,將每個壓力容器內膜元件數、膜元件型號、產水量、回收率、水文、水質、使用年限等輸入即可求出給水壓力、濃水壓力、給水滲透壓、濃水滲透壓、濃水的LSI、產品水和水中離子含量等數據。每輸入一個各段壓力容器的數量,即可得出一組計算結果。對比相應膜元件的設計通量、系統溫度、系統壓力、各報警參數等就可以確定膜元件的數量和膜組件的排列方式。
(5)壓力容器的安裝
大型 RO 裝置,壓力容器組件應單獨布置在滑架上,壓力容器布置的最高高度應便于裝卸膜元件。裝有6個8040型(φ8英寸,長40英寸)膜元件的壓力容器,當運行時(受壓時)將約伸長13mm, 直徑將增大0.5mm, 因此不能限制壓力容器的膨脹,否則引起壓力容器的翹曲,發生膜元件O型密封圈的泄漏而產生溝流,以及膜元件連接件“O”型圈的泄漏,并且與壓力容器連接的管也應采取軟管連接。
(6)加藥系統
加藥量應采用比例調節方式,根據給水流量計發出的信號自動調節計量泵 進行比例加藥。計量箱應裝有就地液位計,并有低液位信號進行報警,以保證 不會因藥液箱無藥而使加藥中斷。
計量泵應與高壓泵聯鎖,反滲透系統包括兩套RO裝置和一套加藥系統,每套RO裝置配備一臺高壓泵。當有一臺高壓泵啟動時加藥系統計量泵聯鎖啟動,當兩臺高壓泵都停運時,加藥系統計量泵聯鎖停運,高壓泵一臺運行;一臺停運時,計量泵正常工作。
(7)就地儀表盤
應設有就地給水儀表盤,盤上裝有流量指示和流量積累表、電導率表、pH 值指示表。另外還應設有給水壓力表、流量表、電導率表和pH表所發出的參數信號送至中央控制室進行連續記錄,同時流量計發出的信號控制計量泵進行比例加藥,pH計發出的高、低報警信號送至中央控制室進行報警。
每套RO裝置設置儀表盤一塊,盤上裝有RO一段、二段產品水、排水的流量表各一塊(流量及累積流量值顯示),產品水電導率表一塊。流量表和電導率表所發出的參數信號送中央控制室進行連續記錄,并具有電導率值高報警就地盤上裝有高壓泵啟動 、停止按鈕和指示燈,系統緊急停止按鈕和指示燈,電動慢開門開、關按鈕和指示燈。
每套RO裝置設置壓力表盤一塊,盤上裝有RO 一段進水、二段進水和排水壓力指示表。
中央控制盤上設有高壓泵、計量泵、沖洗水泵的三位操作開關(自動一關一手動),系統程序啟、停按鈕 ,可實現上述裝置的自動啟動控制室遠操和就地手操功能。當三位開關打至“自動”位置時,上述裝置不能就地橾做。
(8) 中央控制盤
應裝有發光字牌和音響器,可對報警信號進行聲、光顯示;裝有系統模擬 屏,可顯示RO系統的運行,可對需記錄的各種參數進行連續記錄。裝有電流表顯示高壓泵電機電流。
(9) 保安過濾器
保安過濾器進、出口裝有壓力指示表,當保安過濾器進出口壓差達到一定值或運行一定時間后,需更換濾芯 。應考慮在5μm過濾器之前裝有不符合 RO 進水要求的不合格水排放。在RO停運后需要進行沖洗,對復合膜元件最好采用反滲透產水進行沖洗。
(10) 高壓泵
進、出口側分別裝有低、高壓開關,當高壓泵進口壓力低于限定值時,低壓開關閉合并發送信號至PLC,由 PLC進行報警并自動停止高壓泵的運行,當高壓泵出口壓力高于限定值時,高壓開關閉合,發出信號送至PLC,PLC延時一定時間后,如高壓泵高壓側壓力仍高于限定值,則PLC輸出報警并自動停止高壓泵的運行,如在延時范圍內高壓開關恢復至斷開狀態,則PLC自動取消輸入信號。
高壓泵出口裝有電動慢開門,高壓泵啟動后,慢開門自動緩慢打開以確保RO膜元件不受水錘破壞,如慢開門發生故障而未能在規定時間內打開,則高壓泵出口壓力增高,壓力開關輸出報警信號并經PLC自動停止高壓泵的運行。
(11) 沖洗系統
RO裝置停止運行一定時間后,可自動啟動沖洗水泵、開啟沖洗進水及排放閥對RO膜元件進行低壓沖洗。
(12)產水背壓問題
防止膜孔袋粘接線破裂,在設計上就必須考慮靜背壓問題。對醋酸膜元件,任何時候產品水側的壓力都不能高于給水及排水的壓力膜不允許承受反壓,對于復合膜元件靜背壓必須小于5psi。粘接線的破裂是由于膜口袋兩側的壓差而非流量,由于逆止閥不能瞬間關閉,不能保證絕對嚴密,所以在系統中設置逆止閥等均不能徹底解決背壓問題。
為防止膜卷伸出,要求設計時給水的流量不能超過設計導則規定的數值,運行時單個膜元件的壓降不允許超過規定值。
(13)RO 裝置啟動和運行過程
RO裝置程序啟動和運行:先將高壓泵 、計量泵的自動一關一手動,三位開關扳至“自動”位置,然后按下每套RO裝置的程序啟動按鈕,此時PLC按程序自動對所有計量箱液位、高壓泵入口側壓力進行檢測,當有低液位或高壓泵入口側壓力“低”報警時,PLC進行聲光報警并停止程序運行。消除報警后,按程序啟動按鈕,程序恢復運行,并自動啟動加藥計量泵 、高壓泵 、開啟電動慢開門,延時一定時間后 ,如高壓泵高壓側壓力仍高于限定值,則PLC 輸出報警并自動停止高壓泵、計量泵的運行,同時自動關閉電動慢開門,如在延時范圍內高壓開關恢復至斷開狀態,則PLC自動取消高壓開關輸入信號,系統進入正常運行階段。
RO 裝置控制室手動啟動和運行:當高壓泵、計量泵 、沖洗水泵的“自動一關一手動”三位開關扳至“手動”位置時,上述設備可在控制室內操作。
RO 裝置就地手動啟動和運行:當高壓泵、計量泵的“自動一關一手動,三位開關扳至“關”位置時,上述設備可在就地手動啟動和運行。在任何情況下 ,都可以通過設置在就地儀表盤上的系統緊急停止按鈕,停止RO裝置的運行。
RO 裝置自動停止運行或由操作人員按程序停止按鈕停運時,高壓泵停止運行,計量泵聯鎖停止運行,自動關閉高壓泵出口電動慢開門。
三、儀表及 PLC 系統的構成
儀表及 PLC 控制系統的構成根據 RO 系統對儀表和控制的要求確定。
(1) 液位開關:給 出低液位信號。
(2) 流量計:瞬時流量指示及流量累積值顯示。
(3) 電導率儀數字顯示,具有電導率值高報警輸出和4~20 mA信號輸出。
(4) pH計數字顯示,具有用戶可設定的 pH 值高、低報警輸出和4~ 20mA信號輸出。