反滲透設(shè)備效率低下的診斷處理

孫大海，艾秀娟，徐 穎

（中國石油集團(tuán)渤海裝備制造有限公司第一機(jī)械廠，河北滄州 062658）

0 引言

中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司第一機(jī)械廠有1座供水站，內(nèi)有兩套反滲透飲用水制備機(jī)組，負(fù)責(zé)對園區(qū)內(nèi)進(jìn)行分質(zhì)供水。統(tǒng)計2013 年6 月—2015 年12 月的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)反滲透設(shè)備效率較低，基本維持在0.5，制水率較低，浪費(fèi)原水。

1 數(shù)據(jù)分析

12 月耗水量中，供水站消耗量為6586 m3。通過查看設(shè)備運(yùn)行曲線圖，RO 反滲透設(shè)備總運(yùn)行時間為408 h，取蓄水箱日差值的最大值為40 m3。

（1）按照標(biāo)準(zhǔn)制水率（選取最低值0.6），反向推算出耗水量Q 為（3373±40-24）/0.6=5515～5648.3 m3，水表數(shù)6514.46 m3，相差值866.16～999.46 m3。

（2）按照運(yùn)行時間，每小時制水量為（3373±40-24）/408=8.356～8.558 m3，距離標(biāo)準(zhǔn)值12 m3/h，相差較大。

（3）按照原水用量6586 m3，系統(tǒng)運(yùn)行時間396 h，則正常消耗原水量為（6586-71.54）/396=16.45 m3/h。

（4）考慮到計量出現(xiàn)偏差，預(yù)估計量準(zhǔn)確率為98%，則正常消耗原水量為（6586-71.54）×0.98/396=16.12 m3/h。

2 廢水量數(shù)據(jù)

通過測量，設(shè)備運(yùn)行、反洗狀態(tài)時的平均流量分別為4.5 m3/h和5.24 m3/h。新舊機(jī)組廢水出口壓力為1.15 MPa 和1.08 MPa，流量計測得的瞬時流量系數(shù)為1.65 和1.61。因此，運(yùn)行狀態(tài)時，廢水流量為7.245 m3/h 和7.425 m3/h，反洗時測量的增加流量為1.19 m3/h 和1.22 m3/h，總計反洗時間為4 min，故運(yùn)行過程中反洗時的流量為0.079 m3/h 和0.081 m3/h?？傆?，RO 設(shè)備運(yùn)行過程中1 h 產(chǎn)生的廢水量為7.324 m3/h 和7.506 m3/h。

3 進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)

3.1 舊機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)水水表數(shù)據(jù)（表1）

舊機(jī)組高壓泵出口壓力為1.1 MPa，純水和廢水浮子流量計顯示數(shù)值分別為140 LPM 和120 LPM，即系統(tǒng)制水率=140/（140+120）=0.54。純水制水量應(yīng)該為140×60=8400 L/h=8.4 m3/h，廢水水量應(yīng)該為120×60=7200 L/h=7.2 m3/h。由于反洗等因素影響，使得系統(tǒng)在1 h 運(yùn)行時間內(nèi)，實(shí)際運(yùn)行時間為56 min，因此系統(tǒng)實(shí)際耗水量應(yīng)該為15.12 m3/h。此數(shù)據(jù)與測算數(shù)據(jù)相符合。

表1 舊機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)水水表數(shù)據(jù)

3.2 新機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)水水表數(shù)據(jù)（表2）

新機(jī)組高壓泵出口壓力為1.2 MPa，純水和廢水浮子流量計顯示數(shù)值分別為155 LPM 和120 LPM，即系統(tǒng)制水率=155/（155+120）=0.56。純水制水量應(yīng)該為155×60=9300 L/h=9.3 m3/h，廢水水量應(yīng)該為120×60=7200 L/h=7.2 m3/h。由于反洗等因素影響，使得系統(tǒng)在1 h 運(yùn)行時間內(nèi)，實(shí)際運(yùn)行時間為56 min，因此系統(tǒng)實(shí)際耗水量應(yīng)該為16.22 m3/h。此數(shù)據(jù)與測算數(shù)據(jù)相符合。

表2 新機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)水水表數(shù)據(jù)

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以得出總消耗水量：舊機(jī)組15.12×172=2600.64 m3，新機(jī)組16.22×236=3827.92 m3。因此，總消耗水量為6428.56 m3，測算出的數(shù)據(jù)與6514.46 m3相差85.9 m3，誤差率為1.30%。

4 水表的準(zhǔn)確性驗(yàn)證

4.1 原水表驗(yàn)證

因無校驗(yàn)過的100 mm 口徑水表，所以暫時無法驗(yàn)證水表準(zhǔn)確性。但是，根據(jù)原水表安裝示意圖以及實(shí)際測量情況，第一塊原水表與原水泵的間隔距離為6 m，第二塊原水表與原水泵的間隔距離為0.8 m。

按照水表安裝要求，需要遠(yuǎn)離擾動（指彎頭、泵等可以產(chǎn)生干擾波動的情況）。第二塊水表安裝位置與第一塊水表安裝位置均存在著壓力擾動。比較而言，第二塊水表壓力波動加大，故現(xiàn)在計量的水表數(shù)據(jù)為第一塊水表顯示數(shù)據(jù)。按照伯努利方程，流速會出現(xiàn)一定變化波動，但是，這兩塊水表距離較近，阻力損失較小，故這兩塊水表可以進(jìn)行比對。第二塊水表應(yīng)該比第一塊水表計量數(shù)據(jù)偏大，通過驗(yàn)證，數(shù)據(jù)見表3，可以看出，原水表的計量可以認(rèn)為是相對準(zhǔn)確的。

4.2 出水表驗(yàn)證

比對舊機(jī)組出水表與淡水泵總出水水表數(shù)據(jù)，方法是舊機(jī)組開啟第二種方式，直接與淡水泵連接，對其出水量進(jìn)行比對。相關(guān)數(shù)據(jù)見表4，可以看出舊機(jī)組出水表與總出水表的數(shù)據(jù)相差0.13 m3/h，還可以看出，用水量較少時（2.10 m3），出現(xiàn)的偏差較大（0.3 m3）。分析原因?yàn)橛盟可贂r，出現(xiàn)的波動值較大。按照以上數(shù)據(jù)，可以認(rèn)為總出水表相對準(zhǔn)確。

表3 兩塊水表計量數(shù)據(jù)

表4 舊機(jī)組出水表與淡水泵總出水水表數(shù)據(jù)

5 反滲透膜的影響因素分析

5.1 進(jìn)水pH 值

通過手持式pH 儀表，測量進(jìn)水pH 值，在可控范圍基本不影響產(chǎn)水量。進(jìn)水pH 值對產(chǎn)水量幾乎沒有影響，但對脫鹽率有較大影響。

5.2 進(jìn)水溫度

反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)對進(jìn)水水溫的變化十分敏感，隨著水溫增加，水通量也線性增加，進(jìn)水水溫每升高1 ℃，產(chǎn)水通量就增加2.5%～3.0%。原因在于透過膜的水分子黏度下降、擴(kuò)散性能增強(qiáng)。進(jìn)水水溫升高同樣會導(dǎo)致透鹽率的增加和脫鹽率的下降，這主要是因?yàn)辂}分透過膜的擴(kuò)散速度會因溫度提高而加快。

制水系統(tǒng)采用地下水，深井泵為地下100 m 以下。地下水相對于地表溫度，中間隔了厚厚的地層，夏季地表熱量經(jīng)過幾個月時間傳到地下，在冬季達(dá)到最高。冬季反向傳遞溫度，地下水夏季溫度達(dá)到最低點(diǎn)。采集到地面上后，進(jìn)入蓄水池中，因此水溫基本達(dá)到了蓄水池內(nèi)室溫。

通過測量，目前所用的原水水溫約為15 ℃，溫度低，有可能降低RO 系統(tǒng)產(chǎn)水量，下降幅度約為3%～6%。

5.3 運(yùn)行壓力

進(jìn)水壓力本身不會影響鹽透過量，但是進(jìn)水壓力升高使得驅(qū)動反滲透的凈壓力升高，使得產(chǎn)水量加大。同時鹽透過量幾乎不變，增加的產(chǎn)水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高脫鹽率。當(dāng)進(jìn)水壓力超過一定值時，由于過高的回收率，加大了濃差極化，又會導(dǎo)致鹽透過量增加，抵消了增加的產(chǎn)水量，使脫鹽率不再增加。

膜的運(yùn)行壓力直接影響產(chǎn)水量，故可以看出：數(shù)值出現(xiàn)低值時，極有可能是運(yùn)行壓力不滿足制水要求。

5.4 進(jìn)水水質(zhì)

滲透壓是水中所含鹽分或有機(jī)物濃度的函數(shù)，含鹽量越高，滲透壓也增加，進(jìn)水壓力不變情況下，凈壓力將減小，產(chǎn)水量降低。透鹽率正比于膜正反兩側(cè)鹽濃度差，進(jìn)水含鹽量越高，濃度差也越大，透鹽率上升，導(dǎo)致脫鹽率下降。自來水的采水水源通過6 口水井實(shí)現(xiàn)，但是每口水井的水質(zhì)均不同，因此，每次進(jìn)入RO 機(jī)組的情況也不相同。但是根據(jù)概率學(xué)，基本上可以認(rèn)為RO 系統(tǒng)所采用的原水水質(zhì)是一樣的。

可以看出，RO 運(yùn)行影響因素雖然很多，但是設(shè)備依舊可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，例如，2017 年11 月（0.66）等。

6 措施及驗(yàn)證

（1）采用預(yù)加熱方式，提升進(jìn)水水溫。冬季，進(jìn)水水溫較低，為了能夠保證RO 系統(tǒng)的制水效率，在進(jìn)水管道上增加溫控設(shè)備和加熱設(shè)備，通過溫控系統(tǒng)，保證水溫達(dá)到10 ℃以上，確保冬季進(jìn)水水溫。

（2）調(diào)整系統(tǒng)壓力，通過自控手段達(dá)到實(shí)時調(diào)控。通過采集泄放口壓力值，通過PLC 程序控制膜運(yùn)行泵的出口壓力值。根據(jù)每次進(jìn)水水質(zhì)情況（溫度、電導(dǎo)等），調(diào)整新舊機(jī)組相關(guān)參數(shù)，如制水率和高壓泵出口壓力等。改造方案：通過修改PLC 程序，改變制水過程中不必要的水資源浪費(fèi)，例如，反洗頻率、時間、制水時需控制的壓力、流量等。

查看設(shè)備制備過程的PLC 程序，發(fā)現(xiàn)PLC 程序流程中，存在靜置與延遲的重疊情況，浪費(fèi)程序運(yùn)行時間，同時機(jī)組運(yùn)行也受到了影響，最終導(dǎo)致系統(tǒng)流量曲線中過多的起伏區(qū)間。

縮減不必要的時間消耗及水資源浪費(fèi)，及時提升制水所需要的必要自動條件，達(dá)到了提升出水量，提升制水效率，降低成本消耗等目的。調(diào)整機(jī)組相關(guān)參數(shù)，跟蹤1 月7 日—10 日的數(shù)據(jù)，效率提升至67.29%。