超滤反滲透智能控制系统研究

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1、超滤反滲透智能控制系统研究第一章引言1.1选题背景及意义水是人类赖以生存的自然资源。地球虽然有超过70%的表面积被海洋所覆盖，但其中可以供人类使用的淡水资源只占到总水量的2.5%左右，而现有技术下可以被人类开发利用的淡水资源只有1%，可谓非常稀缺[1]。进入21世纪，随着人口的快速增长和工业水平的急速提升，第一个十年和第二个十年被称为水危机十年[2][3]。水资源的消耗量与日俱增，人类对水资源日益增长的需求和可用水资源的稀缺已经成为一个困扰人类社会发展、亟待解决的非常严重的矛盾存在。据有关资料统计显示，目前全球大约有4.6亿人生活在用水高度困难地区[4][5]。另一方面，由于人口剧增和

2、工业水平前所未有的发达，导致生活和工业中污水排放量大幅度增加，而现在对污水处理的设施建设落后，导致污水处理不善。我国河流密布，山川林立，可用淡水资源相对比较丰富。但我国有十四亿人口，人均占有的用水量不到世界平均水平的四分之一，属于水资源严重短缺国家[6][7]。近几年，我国面临现代化建设的关键时机，而且城市化进程加快，导致部分地区的用水紧张，甚至到了限水的地步，严重制约了我国经济发展。为了应对水资源危机、保护水资源，减少环境污染，增加水资源的有效利用率，各国各地区都根据自己地区的不同情况制定了各自的相关政策和法令，一般采取的措施为节水、调水、海水淡化等，比如中东国家采用滴灌技术种植粮食

3、，日本、台湾、中南亚等国家或地区采取海水淡化来增加淡水量，我国采用南水北调等措施解决西北、山区等用水困难地区的水资源不足问题。然而，国内外大量实践证明，污水经处理后再生利用比节水、调水、海水淡化等措施更具有可行性，不但可以解决困难地区可用淡水资源不足的问题，而且可以改善环境条件，具有很高的环境和经济双重效益，是各国各地区解决水资源问题的重要措施，并且随着工业技术的快速发展，未来必将具有很好的发展前景。..........1.2超滤反渗透装置国内外应用现状超滤反渗透水处理装置中的核心部件是超滤膜，在水处理工作状态下，水中的污垢和大分子物质非常容易形成污垢层堵塞膜孔，造成超滤膜的TMP（平

4、均透膜压差）升高，从而降低膜的通透性，特别是反渗透系统在正常运行时，水和小分子颗粒透过反渗透膜到达出水口，而大分子物质则被留在进水口，日积月累，就会使膜表面进水一侧的溶液浓度C2不断上升，设原水溶液的进水浓度为C1，显然C2大于C1，差值?C=C2－C1，?C会使水向原水溶液扩散，这种现象被称为浓差极化[18]。浓差极化会对反渗透膜的脱盐率和产水量产生影响，使膜的进水侧溶液浓度升高，将溶剂的流道堵塞，降低膜的产水量和脱盐率[19]。因此，必须对超滤膜和反渗透膜进行彻底的清洗，从而保证膜的通透性保持在一定范围之内。通常企业会用超滤产水对膜进行反洗，但这样会降低水的回收率。比如一级反渗透装

5、置对水的回收利用率为85%，则前一级反渗透就会有15%的水被排放，经简单计算可知，两层的废水排放率总量达到了28%左右，可见水的回收利用率很低。为解决上述问题，有的厂家会利用一级反渗透浓水对超滤反渗透膜进行反洗。此种方法下超滤和一级反渗透的回收率为35%，总的回收率约为28%，相比较上一种方法确实降低了9%~10%。但是，用一级反渗透浓水作为反洗水时，一旦加入的阻垢剂失效，阻垢剂就会就会将反渗透膜的孔径堵塞，此时对膜进行清洗会比正常对膜进行反洗时困难的多[20]。..........第二章超滤反渗透系统2.1引言山西是全国水资源严重匮乏的省份，而电厂作为用水量较大的企业，如果生产用水都

6、要用大自然的新鲜河水或井水，则很容易造成水资源的污染浪费，而且会对自然环境造成巨大的破坏。如果对本厂废水进行处理循环利用，不仅可以减少对周围环境的影响，而且可以节约成本，增加企业收入。超滤反渗透技术的蓬勃发展，有效的提高了企业废水处理效果，增加了废水回收利用率，降低了企业的投资成本。.........2.2应用背景本论文依托山西省某电厂的循环水系统的水处理项目。该厂装有4台亚临界直流炉500MBR处理装置，可以有效地除去污水中的SS、NH3-N、COD、BOD。系统工作流程为：工业废水从石灰水预处理系统中进入多介质过滤器，多介质过滤器对水中的大颗粒物质进行过滤拦截，经过初步过滤后的废水

7、进入超滤系统，超滤系统作为反渗透系统的预处理系统，对水中分子直径0.01μm以上的大分子物质如蛋白质、胶体等进行过滤，超滤产水进入超滤水箱，并经由提升泵将超滤产水经安保过滤器对水中直径5μm的杂质再进行过滤后由高压泵进入反渗透系统，对水中直径0.001μm左右的小分子物质如有机盐、无机盐等进行过滤，最后反渗透产水进入反渗透水箱。超滤膜的反洗过程为：超滤反洗泵从超滤水箱中抽取反洗水对超滤膜进行反洗，化学清洗需要设置专门的化学清洗