典型的工藝中反滲透末段濃水經濃水閥門控制流量后直接排放。在濃水回流工藝中濃水會分兩路,一部分經過濃排閥門的被排放,一部分經濃回閥門回流至高壓泵前。常規設計采用濃水回流通常基于以下考慮:
1. 反滲透進水較差(多見于廢水),通量設計較低從而膜數量較多,導致反滲透膜濃水量低于極限值(膜廠家設計軟件模擬時會提示報警)。需進行濃水回流增加濃水量,否則會導致末端污堵嚴重。
2. 系統回收率較高但膜數量較少(多見于小系統),系統流程短導致結構性極限回收率下降。要實現較高的系統回收率與難溶鹽極限收率匹配,可以引入濃水回流。
在濃水回流的系統中,反滲透進水與回流濃水進行混合,給水含鹽量會高于原水含鹽量。假設原水含鹽量為C1,原水量為Q1,給水含鹽量C2,給水量Q2,濃水含鹽量C3,濃水流量Q3,濃水回流量Q4,濃水排放量Q5,那么給水含鹽量C2=(C1*Q1+C3*Q4)/(Q1+Q4)。
此時需要區分系統回收率和膜堆回收率,系統回收率=產水量/Q1,膜堆回收率=產水量/Q2,在無濃水回流的系統中系統回收率與膜堆回收率相等,而濃水回流的工藝分為恒膜堆回收率和恒系統回收率兩種模式。
恒膜堆回收率模式:
該模式在工藝設計中不多見,但仍有公司采用此設計,尤其在以自來水和井水為水源的系統中,此模式就是保持了給水量Q2、濃水流量Q3和產水量的徑流流量,降低了原水量Q1,從而控制濃差極化指標,提高了系統回收率。
以產水75m3/h的系統為例,膜堆回收率按照75%,正常設計取水量為100m3/h,濃水量為25m3/h。如若將10m3/h濃水回流至高壓泵前端,那么原水取水量減少至100-10=90m3/h,濃水外排量減少至25-10=15m3/h,此時的系統回收率提高至了75/90=83.3%。
恒系統回收率模式:
該模式在設計中為常見,保持了原水量Q1、濃水排放量Q5和產水量的徑流流量,降低了給水量Q2,降低了濃差極化指標,降低了膜堆回收率。很多人會問濃水回流量設置多少合適?膜廠家對不同類型的膜元件的小濃水量做了限制,濃水回流量只要能夠滿足濃水流量Q3大于小流量限制即可。
濃水回流量并不是越大越好,濃水回流量越大意味著進水水質越差,進水水質越差帶來的負面影響會抵消濃水回流提高錯流率帶來的效果,反而可能造成系統污堵更加嚴重。
所謂小濃水流量限制指的是反滲透后一段膜的要求。計算公式如下:Q4≥nQq- Q1(1-R),其中n為后一段膜殼數量,Qq為膜元件的小濃水流量(查詢膜廠家技術手冊),R為回收率。
假設一個進水10m3/h的一級兩段廢水反滲透,回收率70%,二段膜殼數量為1支,那么需要的低濃水量Q3=4.1*1=4.1m3/h,而濃水量僅為10*(1-0.7)=3m3/h,需要設置濃水回流,計算濃水回流量Q4=4.1*1-10*(1-0.7)=1.1m3/h,因此需要設置濃水回流量至少為1.1m3/h。
反滲透濃水回流系統設計的問題:
1. 與常規設計,濃水回流需增加以下配置,濃水回流管截止閥、濃水回流管止回閥、濃水回流管蝶閥(在廢水項目或鹽分經常波動的項目好設置,避免每次清洗后手動調節截止閥)、濃水回流管流量表(一般就地儀表)。
2. 高壓泵的流量需要注意加上濃水回流量,比如原水來水量10濃水回流量2,高壓泵的流量需要按12來考慮。
3. 濃水回流通常回流至高壓泵前,也可以回流至反滲透進水池。如回流至進水池,進水泵保安過濾器高壓泵的流量都需要加上回流量。
4. 濃水回流量無需設置過大,尤其是在廢水反滲透中,滿足反滲透膜元件的低濃水量即可,否則會造成進水水質惡化嚴重,膜污堵速率更快。
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