典型的工艺中反渗透末段浓水经浓水阀门控制流量后直接排放。在浓水回流工艺中浓水会分两路,一部分经过浓排阀门的被排放,一部分经浓回阀门回流至高压泵前。常规设计采用浓水回流通常基于以下考虑:
1. 反渗透进水较差(多见于废水),通量设计较低从而膜数量较多,导致反渗透膜浓水量低于极限值(膜厂家设计软件模拟时会提示报警)。需进行浓水回流增加浓水量,否则会导致末端污堵严重。
2. 系统回收率较高但膜数量较少(多见于小系统),系统流程短导致结构性极限回收率下降。要实现较高的系统回收率与难溶盐极限收率匹配,可以引入浓水回流。
在浓水回流的系统中,反渗透进水与回流浓水进行混合,给水含盐量会高于原水含盐量。假设原水含盐量为C1,原水量为Q1,给水含盐量C2,给水量Q2,浓水含盐量C3,浓水流量Q3,浓水回流量Q4,浓水排放量Q5,那么给水含盐量C2=(C1*Q1+C3*Q4)/(Q1+Q4)。
此时需要区分系统回收率和膜堆回收率,系统回收率=产水量/Q1,膜堆回收率=产水量/Q2,在无浓水回流的系统中系统回收率与膜堆回收率相等,而浓水回流的工艺分为恒膜堆回收率和恒系统回收率两种模式。
恒膜堆回收率模式:
该模式在工艺设计中不多见,但仍有公司采用此设计,尤其在以自来水和井水为水源的系统中,此模式就是保持了给水量Q2、浓水流量Q3和产水量的径流流量,降低了原水量Q1,从而控制浓差极化指标,提高了系统回收率。
以产水75m3/h的系统为例,膜堆回收率按照75%,正常设计取水量为100m3/h,浓水量为25m3/h。如若将10m3/h浓水回流至高压泵前端,那么原水取水量减少至100-10=90m3/h,浓水外排量减少至25-10=15m3/h,此时的系统回收率提高至了75/90=83.3%。
恒系统回收率模式:
该模式在设计中为常见,保持了原水量Q1、浓水排放量Q5和产水量的径流流量,降低了给水量Q2,降低了浓差极化指标,降低了膜堆回收率。很多人会问浓水回流量设置多少合适?膜厂家对不同类型的膜元件的小浓水量做了限制,浓水回流量只要能够满足浓水流量Q3大于小流量限制即可。
浓水回流量并不是越大越好,浓水回流量越大意味着进水水质越差,进水水质越差带来的负面影响会抵消浓水回流提高错流率带来的效果,反而可能造成系统污堵更加严重。
所谓小浓水流量限制指的是反渗透后一段膜的要求。计算公式如下:Q4≥nQq- Q1(1-R),其中n为后一段膜壳数量,Qq为膜元件的小浓水流量(查询膜厂家技术手册),R为回收率。
假设一个进水10m3/h的一级两段废水反渗透,回收率70%,二段膜壳数量为1支,那么需要的低浓水量Q3=4.1*1=4.1m3/h,而浓水量仅为10*(1-0.7)=3m3/h,需要设置浓水回流,计算浓水回流量Q4=4.1*1-10*(1-0.7)=1.1m3/h,因此需要设置浓水回流量至少为1.1m3/h。
反渗透浓水回流系统设计的问题:
1. 与常规设计,浓水回流需增加以下配置,浓水回流管截止阀、浓水回流管止回阀、浓水回流管蝶阀(在废水项目或盐分经常波动的项目好设置,避免每次清洗后手动调节截止阀)、浓水回流管流量表(一般就地仪表)。
2. 高压泵的流量需要注意加上浓水回流量,比如原水来水量10浓水回流量2,高压泵的流量需要按12来考虑。
3. 浓水回流通常回流至高压泵前,也可以回流至反渗透进水池。如回流至进水池,进水泵保安过滤器高压泵的流量都需要加上回流量。
4. 浓水回流量无需设置过大,尤其是在废水反渗透中,满足反渗透膜元件的低浓水量即可,否则会造成进水水质恶化严重,膜污堵速率更快。
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