島用反滲透淡化裝置控制系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　引言

　　反滲透法和蒸餾法是當(dāng)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(biāo)是降低運(yùn)行成本。在運(yùn)行成本的構(gòu)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(tǒng)運(yùn)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、硬件配置和軟件開發(fā)等幾方面對(duì)裝置節(jié)能降耗進(jìn)行了探討，重點(diǎn)闡述了PLC+人機(jī)界面控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(yù)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(shè)備，產(chǎn)出的淡水經(jīng)后處理設(shè)施供用戶使用，濃鹽水自反滲透膜設(shè)備排出。反滲透工藝流程圖如圖1。反滲透海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮海水水質(zhì)、水溫、運(yùn)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(yù)處理工藝以及膜組件，實(shí)現(xiàn)裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。反滲透海水淡化工藝包括取水模塊、預(yù)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(shè)計(jì)優(yōu)化

　　(1)取水方法。合理選擇反滲透海水淡化系統(tǒng)的取水方式，對(duì)有效降低海水濁度、減少海水中細(xì)菌、藻類、貝殼等微生物對(duì)系統(tǒng)的影響，以及降低預(yù)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(duì)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(yù)處理工藝。針對(duì)反滲透系統(tǒng)對(duì)預(yù)處理要求較高的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(gòu)成預(yù)處理工藝，保證后續(xù)系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)SDI<3，濁度<0.5NTU，滿足反滲透系統(tǒng)最佳運(yùn)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(tǒng)噸水能耗。本裝置設(shè)計(jì)選用陶氏公司SW30HRLE-400，標(biāo)稱單支膜組件產(chǎn)水量28m3/d，穩(wěn)定脫鹽率達(dá)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(dá)5.5～6.5MPa。按照40%回收率計(jì)算，排放的濃鹽水中還蘊(yùn)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(biāo)的實(shí)現(xiàn)有賴于利用能量回收技術(shù)。本裝置設(shè)計(jì)選用美國(guó)ERI公司的PX-30S轉(zhuǎn)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。