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采用新的前处理法和改进膜性能

发布时间：2010/11/12 阅读次数：2915 字体大小: 【小】【中】【大】

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净化过程中所需费用

　　众所周知，系统回收率的大小直接到海水淡化RO系统的投资费用。增加回收率，则会减少所有工艺设备的容量（因为这些设备容量由给水流量及浓水流量决定），同时也会影响到供水系统的容量及取水泵的能耗，影响到所有预处理设备的容量，因为贮水槽、泵、过滤设备以及所使用的化学加药设备的配置都是由给水流量所决定的。另外，还要考虑到浓水管道及出水设备的配套使用。工程设计中，水通量的选取会影响到净化设备中需安装多少支膜元件、多少压力容器、管路的连接方式以及RO系统滑架的大小。为了使用户能够根据上述各种需要更精确地估算出整个净化设备安装所需投资金额，本文在表1中做了详细说明。表1的例子的操作条件是：进水为地中海水，采用敞口取水方式，系统产水量为6mgd(22,7000m³/天)。通常在进行实际工程设计时，成本估算可G. Leitner(3)，P.Shidlds和I. Mock(4)二篇文章中所提供的参考数据。(3)、(4)均为本文列出的参考。表1列出了在基本设计和具有高回收率、高水通量的HRF系统设计中所需设备成本费用的比较（包括35%间接成本），由表1可看出基本设计的回收率为45%，水通量为8gfd、HRF设计水的回收率为55%，水通量为11gfd。

　　表1 两种设计投资费用之比较(以1000US$为单位)

投资细目	基本设计回收率45%水通量8gfd	HRF设计，回收率55%水通量11gfd	设备成本变化%
取水和排水	940	830	-11.7
前处理	5,000	4,390	-12.2
膜元件	2,000	1,450	-27.5
工艺设备	16,050	13,650	-15.0
产品水处理	400	400	0
场地	670	640	-45
总费用	25,060	21,360	-14.8
特殊费用($/m³·天)	1,104	940	-14.8

　　从表1中列出的两种设计各项费用来看，可得出这样一个结论：即如果设备的回收率和水通量高，可使总投资费用低（相对于回收率和水通量低的设备而言），因此，采用高回收率的设备可大大降低制水的成本。但是，如果使用这样的设备，由于其具有高回收率和高水通量则要求进水压力也相应提高，势必会产生一个较高的功耗。在图3中，我们标出了回收率与进水压力之间的变化关系

　　曲线（测试时进水温度为18℃，水通量为8到11gfd），由图可见，当水通量一定时，进水压力随回收率的增加而增加。这是由于平均进水含盐量和渗透压增加而造成的。在进行压力时，由于考虑到膜元件有污染及压缩的可能，因而假定水通量衰减系统为20%。图4为与图3的进水压力数值相对应的特殊功耗值。该功耗计算是假定系统中要装高效泵和能量回收涡轮机。假定这两个设备的效率是83%，所用电机效率是93%。（这样的高效设备现已有供应，并在1997年投产的一个2.1mgd的海水淡化装置上起用。）如图4所示，当水通量一定，回收

　　率为50%，对应的特殊功耗为最小值。如果将设计回收率定为55%，通量为11gfd，其结果是高压泵的特殊功耗从4.2kwh/m³增加到4.6kwh/m³，图中的进水温度为18℃，即18℃时，设计参数变化将造成特殊功耗有0.4kwh/m³的差异，如果进水温度为28℃，上述二种设计的特殊功耗仅有0.3kwh/m³的差异，由此可见，温度变化对功耗的影响不大。表2是标准条件（基础设计）和高回收率、产水通量设计时的系统制水成本细目的比较。

　　表2 在RO海水淡化系统中回收率和水通量二参数的不同

　　对产品水成本的影响

水成本(US$)	基本设计回收率为45%水通量为8gfd	HRF设计回收率为55%水通量为11gfd	水成本变化%
设备费	0．320	0．275	-4.0
换膜元件	0．050	0．037	-26.0
维修、保养	0．095	0．084	-12.0
功耗	0．252	0．276	+9.5
化学试剂和保安过滤器滤芯	0．060	0．050	-17.0
劳动力	0．050	0．040	-20.0
产品水总费用($/m³)	0．827	0．762	-7.9

　　计算水的费用的几个参考因素为：8%的利率、设备寿命20年、更换8”海水淡化膜元件的费用$800、维修费（设备费的3%）、电费$0.06/kwh、工厂开工效率95%等，除此之外，还要把前处理系统中使用的化学试剂，如：氯、无机絮凝剂、聚合物、亚硫酸氢钠、阻垢剂等费用计算进去，最后，估算生产出水的总费用。虽然提高回收率、增加水通量可以减少费用，但是，要想使膜的性能在高水通量时仍能保持稳定，就必须保证进水质量，对进水进行充分的前处理。总之，利用降低投资费用、改进操作条件等手段，大约可使制水的成本降低8%。

　　通常进水压力限定为70巴，这是受压力容器的额定值所限，而与膜的稳定性及卷式膜元件的结构无关：在加里福尼亚有一个规模很大的海水淡化装置，在该装置中海水淡化膜元件已在进水压力为75-80巴的条件下运行了很长时间。同时还进行过在合理设计元件结构和压力容器条件下，使膜元件成功地运行在压力约为120巴的大规模海水淡化设备上，因而当进水温度在一个适当的范围内，进水压力超过83巴(1200psi)对膜元件的长期性能不会有影响。

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