用于中水回用的反滲透余壓回收系統的研究

（天津生態城水務投資建設有限公司 天津300467）

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中水回用對提升水資源的利用效率、減少水污染物外排放量具有極其重要的意義，其中，反滲透膜作為整個回用系統中的重要組成部分，降低其能量消耗有助于降低中水回用處理系統的運行成本。本文中，探討了中水回用反滲透余壓回收系統的應用問題，首先概述了反滲透余壓回收系統的研究、應用現狀，然后重點介紹了一種新型的反滲透余壓回收裝置系統，這對于促進中水回用工程項目的發展、提升中水回用效率具有一定的借鑒價值。

中水反滲透余壓

所謂中水回用指的是對污水進行集中處理并達到一定的標準以后，用于景觀、綠化、道路沖洗以及車輛沖洗等，以達到節約用水、緩解水資源匱乏的目的。實踐證明，中水回用對提升水資源的利用效率、減少水污染物外排放量具有重要的意義。然而，如何降低中水回用處理成本、提升能量利用效率卻是制約當前我國中水回用項目運行的重要的“障礙性”因素。

1 反滲透余壓回收系統研究現狀

反滲透技術是當前最為常見的水凈化技術之一，在該技術的應用過程中半透膜發揮了重要的作用。反滲透技術在各地集中式污水處理廠中水回用項目中的到了較為廣泛的應用，該技術回收利用效果比較理想，但是，能耗較高，從而導致中水回用工程項目中運行成本大幅增加。一般情況下，反滲透膜所排出的濃水余壓可達到5MPa以上，按照回收率50%計算，還會有高達50%的水壓能量未被利用，如何將這一部分“余壓”（能量）進行回收、利用就成為了降低中水回用項目運行成本的關鍵所在。二十世紀七十年代，國內外關于反滲透系統能量回收技術的研究開始起步，經過幾十年的發展，關于反滲透余壓回收系統技術方面的研究取得了顯著的進展，目前，比較常見的反滲透余壓回收裝置主要有水力回收透平、正位移式、新型水力透平以及直接接觸正位壓力交換器等，這些技術在余壓回收系統的應用有效地解決了反滲透技術中余壓（能量）利用效率不高的問題。從國內反滲透余壓回收系統的研究、應用情況來看，該種技術多用于海水淡化領域，本文中，借鑒反滲透余壓回收系統在海水淡化系統中的應用，并進行了適度的“改進”，探討反滲透余壓回收系統在中水回用項目中的應用，具有一定的現實意義。

2 中水回用反滲透余壓回收系統分析

2.1 中水回用反滲透余壓回收系統介紹

本文中，所介紹的中水回用反滲透余壓回收系統，是一種新型的、具有較高的實用價值的可用于中水回收利用的反滲透余壓回收系統，該系統主要包括保安過濾器、TDS檢測裝置、水泵，其中，保安過濾器的主要功能是過濾粒徑較大的雜質，以避免這些雜質損壞、堵塞反滲透膜，達到保護反滲透膜及其它運行設備安全運行的目的，整個保安過濾器中“保安過濾芯”是核心元器件；TDS檢測裝置主要是通過測量中水中的“電導率”的大小來表征中水中溶解性物質含量的多少，TDS值越大則表示中水中的溶解性物質就越多、濃度越高，反之亦然；水泵的主要功能是用來輸送“中水”，達到促進水流流動的目的。與水泵并聯有產水RO膜（即反滲透膜）A、B以及C，旨在實現水由低濃度向高濃度流動的目的；并聯管路上加設了專用閥門，在產水RO膜的出口處安裝流量計，以達到控制水流、水壓的目的；產水RO膜A、B的濃出水口處與產水RO膜C之間連接有多個控制閥門和能量回收裝置，回收裝置中的閥門有閥體、閥軸、密封區、條形槽等幾大部分組成，閥門四個方向中兩個方向連接水壓缸，另外兩個方向分別連接高濃度、低濃度中水，旨在通過操控閥門達到回收余壓（能量）的目的，以提升中水回用中反滲透余壓能量的利用效率，降低中水回用工程中反滲透系統的能量消耗量。實驗數據顯示，該新型余壓回收系統通過改變閥門的“狀態”能夠形成適應不同TDS濃度來水的反滲透路線，使用能量回收裝置來回收“余壓”，適用濃度范圍比較廣，而且可以達到控制不同濃度的中水回用余壓回收的目的。

2.2 新型反滲透余壓回收裝置控制系統優勢

新型反滲透余壓回收裝置能夠完全獨立地工作，脫離了電機軸、高壓泵軸必須要連接的束縛，而且由于不再需要增設加壓泵，也減少了中水回用反滲透系統的資金投入。實驗數據表明，在反滲透余壓（能量）大于10kw以上時或者是中水流量不小于4m3/h時，使用該反滲透余壓回收裝置能夠取得十分理想的效果。目前，中水回用的反滲透余壓回收系統中，市場上比較常見的反滲透回收系統多采用安裝段間增壓泵的方式來提升壓力，比如，利用水利透平原理將反滲透“濃水”通過透平將其中的“余壓”（即壓力）首先進行轉化，轉化成“軸功”，連接增壓泵，對流經泵的“水”進行增壓，即通過“壓力能——軸功——增壓——壓力能”等三步轉化，達到回收并傳遞余壓（能量）的目的，該種類型的能量傳遞效率可達到70%以上，在減少高壓泵輸出壓力的同時達到降低單位能耗成本的目的，雖然余壓回收效果也比較理想，但是，由于壓力過大，對整套設備的安全性能要求較高，稍有不慎就有可能產生嚴重的后果，損壞裝置甚至于威脅工作人員的人身安全。而采用余壓回收裝置、系統，一方面，設備使用壽命大幅延長、設備事故率也顯著降低；另一方面，系統能耗顯著降低，新的余壓回收系統通過安裝閥門達到調節提高透平系列的能量回收裝置效率的目的，既降低了系統運行成本，又降低了能耗，實現了經濟效益與環保效益的“雙贏”。試驗結果表明，與傳統的反滲透余壓回收裝置、系統相比，該反滲透余壓回收系統不再使用傳統的加壓設備作為反滲透動力的運營模式，而是使用“能量回收裝置”作為動力來源裝置，效果比較理想。比如，1mg/l—1000mg/l的TDS濃度都可以使用本系統，適用范圍廣，對中水要求條件相對較為寬松，實用性更強。

2.3 中水回用反滲透余壓回收系統的應用前景分析

反滲透余壓回收系統在中水回用項目中具有比較樂觀的應用前景，“十三五”期間，城市污水處理廠建設將有“十一五”、“十二五”期間的大規模投資新建集中式污水處理廠向現有污水廠提標升級改造、中水回用項目建設轉變，這就為本新型反滲透余壓回收裝置系統的推廣、應用提供了良好的發展機遇，尤其是在日處理量6萬噸/日以上的大中小型中水回用項目中，該余壓回收裝置系統具有較高的應用價值。實踐中，只要RO系統出口水壓達到2MPa以上，而且能量回收效率不足40%，就應該考慮設置反滲透余壓回收裝置，一般而言，中水回用量越大或者是RO系統規模較大，則經濟效益、生態效益就會越為明顯；而對于小型中水回用項目，是否適合安裝該反滲透余壓回收裝置系統，還需要綜合平衡經濟利益才能夠決定，否則，如果盲目地安裝回收裝置，可能適得其反，造成中水回用處理成本的增加。另外，在化工、電力等大型企業中水回用項目中，反滲透余壓回收系統也具有較高的應用價值，能夠緩解化工廢水腐蝕性較強導致增壓泵設備損壞現象頻發的問題，對降低企業的投資費用、提升設備的安全運行性能以及達到能量回收的目的具有一定的現實意義。

綜上所述，反滲透余壓回收裝置在中水回用項目中具有較高的應用價值，有助于降低中水回用項目能耗、促進設備安全運行目標的順利實現。可以預見，隨著我國中水回用項目的普及、發展，中水回用反滲透余壓回收裝置、系統必將產生更大的經濟效益、生態效益和社會效益。

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用于中水回用的反滲透余壓回收系統的研究

■趙益華

TV211.1+2【[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-457-2