海水淡化反渗透优化设计膜组件膜污染

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1、海水淡化反渗透优化设计膜组件膜污染摘要:水是生命的源泉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源水资源危机已经成为继石油危机、电力危机之外又一制约中国经济发展的瓶颈长远来看，发展淡化技术，从海洋获取淡水是解决水资源短缺的重要途径反渗透膜法海水淡化技术由于其能耗低，系统安装维护相对简单，目前已得到了广泛的应用但其技术经济指标与社会的期盼值之间，还存在一定的距离，淡化水的成本偏高这说明当前的反渗透工艺、工程设计以及系统操作等方面仍有很多值得改进的地方根据反渗透技术的特点，以及它在水资源开发和保护中的作用，本文对反渗透

2、淡化过程进行了分析，采用最优化方法对反渗透淡化系统的设计进行了研究在综合考虑了多种水源合理配置和有效利用的基础上，提出了同时考虑多水质输入、多水质输出的反渗透淡化系统的设计问题该系统不仅可以将海水转变成淡水，而且也可以同时用来处理苦咸水和工业废水，提高了水的利用率同时根据不同的用途，输出多种水质，实现了一水多用，重复利用，充分发挥了水资源的多种功能本文主要内容有以下几点1．对反渗透海水淡化过程进行了模拟和设计研究，首先对过程的每个单元给出了单元操作模型和相关的经济模型通过一定的变量将这些模型相互关联，组成

3、系统模型系统模型主要考虑了一级流程，一级两段流程和二级流程以年费用最小为目标，对反渗透海水淡化系统进行设计，将设计问题表达为一个混合整数非线性规划将膜组件分为高脱盐膜，高通量膜，普通膜，低脱盐膜四种类型当产品水的设计要求不同，进料水浓度不同时，采用本文的设计方法分别得出了不同的最优设计方案当进料水浓度逐渐降低时，所用膜的类型逐渐由高脱盐膜转变为高通量膜，低脱盐膜，这些膜的脱盐率降低，水通量增大，这说明了进料水浓度高时，脱盐是主要矛盾，进料水浓度低时，水通量是主要矛盾当进料水浓度较高，反渗透系统需要较高的操

4、作压力，能量消耗大，因此换能器效率对年费用影响较大如能量回收效率较高时，采用结构简单的一级流程进料水浓度低时，能量费用在年费用中占的比例小，投资费用对年费用的影响较大，采用水回收率高，膜组件的选用合理的二级流程这个方法可用于海水、苦咸水淡化的工程设计，也可用于高浓度含盐废水的脱盐工艺设计本文对一个实例进行了设计，得到的吨水费用，能耗低于文献报道值，结果合理，表明这种方法是有效的2．本文对在不同进料水水质条件下，不同产品水需求时，反渗透系统的优化设计进行了研究提出了一种系统化的、集成化的方法对反渗透系统进行

5、设计首先，采用状态空间法给出一个网状的超结构描述，这个超结构包括了所有可行的设计方案它和其它结构相比，不同之处在于1．假定反渗透网络只有一个进料水入口，进料水从第一个反渗透级进入网络2．将物流分布集合简化为物流混合节点淡水、盐水物流在增压级进行混合，在反渗透级进行分离3．超结构数学模型中采用了物流分率，等压混合约束等技术手段，简化了模型中物流混合、分离的数学描述4．反渗透网状超结构的描述中以功压交换器作为能量回收装置这个超结构数学模型中采用了物流分率，等压混合约束等技术手段，减少了整数变量的数目和算法的搜

6、索空间，使得模型的求解更容易当进料水水质发生变化时，可通过改变多级反渗透系统的结构，选择恰当的操作条件和膜组件的型号，获得具有最大经济效益的产品水本文同时给出改进的卷式膜组件模型该模型考虑了膜元件中的压降和浓差极化，可以近似地描述膜分离单元中压力容器的行为由此就可以将系统中膜组件的设计和整个反渗透系统的设计结合起来，同时进行优化设计的结果可以确定最优的压力容器排布方式，每个压力容器中膜元件的个数以及元件的选型反渗透网络的优化设计问题最终可表达为一个混合整数非线性规划MINLP，它以反渗透系统年费用最小为目

7、标，满足过程热力学、单元操作、设计要求的约束提出的系统化的反渗透网络优化设计方法被应用到海水、苦咸水淡化实例中结果表明，采用最优化设计方案可以明显地降低单位产品水的费用，同时这种设计方法可以加深对整个反渗透系统的了解，适合应用于实际的反渗透淡化工程设计中3．在综合考虑了多种水源合理配置和有效利用的基础上，根据反渗透淡化技术的特点，提出了同时考虑多水质输入、多水质输出的反渗透淡化系统的设计问题该系统不仅可以将海水转变成淡水，而且也可以同时用来处理苦咸水和工业废水，提高了水的利用率同时根据不同的用途，输出多种

8、水质，充分发挥了水资源的多种功能本文采用过程综合优化的方法，对多水质输入、多水质输出的反渗透系统的优化设计进行了研究首先，在前面提出的网状超结构的基础上，给出这个问题的超结构描述改进之处在于该反渗透网络由N<,ps>个增压级和N<,RO>个反渗透级构成网络中有四套物流节点，分别是N<,w>个进料物流节点N<,ps>个物流混合节点N<,RO>个反渗透单元节点N<,p>个产品水节点这个结构描述简单，易于表达在它的数学模型表达中采用