用于中水回用的反渗透余压回收系统的研究

（天津生态城水务投资建设有限公司 天津300467）

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中水回用对提升水资源的利用效率、减少水污染物外排放量具有极其重要的意义，其中，反渗透膜作为整个回用系统中的重要组成部分，降低其能量消耗有助于降低中水回用处理系统的运行成本。本文中，探讨了中水回用反渗透余压回收系统的应用问题，首先概述了反渗透余压回收系统的研究、应用现状，然后重点介绍了一种新型的反渗透余压回收装置系统，这对于促进中水回用工程项目的发展、提升中水回用效率具有一定的借鉴价值。

中水反渗透余压

所谓中水回用指的是对污水进行集中处理并达到一定的标准以后，用于景观、绿化、道路冲洗以及车辆冲洗等，以达到节约用水、缓解水资源匮乏的目的。实践证明，中水回用对提升水资源的利用效率、减少水污染物外排放量具有重要的意义。然而，如何降低中水回用处理成本、提升能量利用效率却是制约当前我国中水回用项目运行的重要的“障碍性”因素。

1 反渗透余压回收系统研究现状

反渗透技术是当前最为常见的水净化技术之一，在该技术的应用过程中半透膜发挥了重要的作用。反渗透技术在各地集中式污水处理厂中水回用项目中的到了较为广泛的应用，该技术回收利用效果比较理想，但是，能耗较高，从而导致中水回用工程项目中运行成本大幅增加。一般情况下，反渗透膜所排出的浓水余压可达到5MPa以上，按照回收率50%计算，还会有高达50%的水压能量未被利用，如何将这一部分“余压”（能量）进行回收、利用就成为了降低中水回用项目运行成本的关键所在。二十世纪七十年代，国内外关于反渗透系统能量回收技术的研究开始起步，经过几十年的发展，关于反渗透余压回收系统技术方面的研究取得了显著的进展，目前，比较常见的反渗透余压回收装置主要有水力回收透平、正位移式、新型水力透平以及直接接触正位压力交换器等，这些技术在余压回收系统的应用有效地解决了反渗透技术中余压（能量）利用效率不高的问题。从国内反渗透余压回收系统的研究、应用情况来看，该种技术多用于海水淡化领域，本文中，借鉴反渗透余压回收系统在海水淡化系统中的应用，并进行了适度的“改进”，探讨反渗透余压回收系统在中水回用项目中的应用，具有一定的现实意义。

2 中水回用反渗透余压回收系统分析

2.1 中水回用反渗透余压回收系统介绍

本文中，所介绍的中水回用反渗透余压回收系统，是一种新型的、具有较高的实用价值的可用于中水回收利用的反渗透余压回收系统，该系统主要包括保安过滤器、TDS检测装置、水泵，其中，保安过滤器的主要功能是过滤粒径较大的杂质，以避免这些杂质损坏、堵塞反渗透膜，达到保护反渗透膜及其它运行设备安全运行的目的，整个保安过滤器中“保安过滤芯”是核心元器件；TDS检测装置主要是通过测量中水中的“电导率”的大小来表征中水中溶解性物质含量的多少，TDS值越大则表示中水中的溶解性物质就越多、浓度越高，反之亦然；水泵的主要功能是用来输送“中水”，达到促进水流流动的目的。与水泵并联有产水RO膜（即反渗透膜）A、B以及C，旨在实现水由低浓度向高浓度流动的目的；并联管路上加设了专用阀门，在产水RO膜的出口处安装流量计，以达到控制水流、水压的目的；产水RO膜A、B的浓出水口处与产水RO膜C之间连接有多个控制阀门和能量回收装置，回收装置中的阀门有阀体、阀轴、密封区、条形槽等几大部分组成，阀门四个方向中两个方向连接水压缸，另外两个方向分别连接高浓度、低浓度中水，旨在通过操控阀门达到回收余压（能量）的目的，以提升中水回用中反渗透余压能量的利用效率，降低中水回用工程中反渗透系统的能量消耗量。实验数据显示，该新型余压回收系统通过改变阀门的“状态”能够形成适应不同TDS浓度来水的反渗透路线，使用能量回收装置来回收“余压”，适用浓度范围比较广，而且可以达到控制不同浓度的中水回用余压回收的目的。

2.2 新型反渗透余压回收装置控制系统优势

新型反渗透余压回收装置能够完全独立地工作，脱离了电机轴、高压泵轴必须要连接的束缚，而且由于不再需要增设加压泵，也减少了中水回用反渗透系统的资金投入。实验数据表明，在反渗透余压（能量）大于10kw以上时或者是中水流量不小于4m3/h时，使用该反渗透余压回收装置能够取得十分理想的效果。目前，中水回用的反渗透余压回收系统中，市场上比较常见的反渗透回收系统多采用安装段间增压泵的方式来提升压力，比如，利用水利透平原理将反渗透“浓水”通过透平将其中的“余压”（即压力）首先进行转化，转化成“轴功”，连接增压泵，对流经泵的“水”进行增压，即通过“压力能——轴功——增压——压力能”等三步转化，达到回收并传递余压（能量）的目的，该种类型的能量传递效率可达到70%以上，在减少高压泵输出压力的同时达到降低单位能耗成本的目的，虽然余压回收效果也比较理想，但是，由于压力过大，对整套设备的安全性能要求较高，稍有不慎就有可能产生严重的后果，损坏装置甚至于威胁工作人员的人身安全。而采用余压回收装置、系统，一方面，设备使用寿命大幅延长、设备事故率也显著降低；另一方面，系统能耗显著降低，新的余压回收系统通过安装阀门达到调节提高透平系列的能量回收装置效率的目的，既降低了系统运行成本，又降低了能耗，实现了经济效益与环保效益的“双赢”。试验结果表明，与传统的反渗透余压回收装置、系统相比，该反渗透余压回收系统不再使用传统的加压设备作为反渗透动力的运营模式，而是使用“能量回收装置”作为动力来源装置，效果比较理想。比如，1mg/l—1000mg/l的TDS浓度都可以使用本系统，适用范围广，对中水要求条件相对较为宽松，实用性更强。

2.3 中水回用反渗透余压回收系统的应用前景分析

反渗透余压回收系统在中水回用项目中具有比较乐观的应用前景，“十三五”期间，城市污水处理厂建设将有“十一五”、“十二五”期间的大规模投资新建集中式污水处理厂向现有污水厂提标升级改造、中水回用项目建设转变，这就为本新型反渗透余压回收装置系统的推广、应用提供了良好的发展机遇，尤其是在日处理量6万吨/日以上的大中小型中水回用项目中，该余压回收装置系统具有较高的应用价值。实践中，只要RO系统出口水压达到2MPa以上，而且能量回收效率不足40%，就应该考虑设置反渗透余压回收装置，一般而言，中水回用量越大或者是RO系统规模较大，则经济效益、生态效益就会越为明显；而对于小型中水回用项目，是否适合安装该反渗透余压回收装置系统，还需要综合平衡经济利益才能够决定，否则，如果盲目地安装回收装置，可能适得其反，造成中水回用处理成本的增加。另外，在化工、电力等大型企业中水回用项目中，反渗透余压回收系统也具有较高的应用价值，能够缓解化工废水腐蚀性较强导致增压泵设备损坏现象频发的问题，对降低企业的投资费用、提升设备的安全运行性能以及达到能量回收的目的具有一定的现实意义。

综上所述，反渗透余压回收装置在中水回用项目中具有较高的应用价值，有助于降低中水回用项目能耗、促进设备安全运行目标的顺利实现。可以预见，随着我国中水回用项目的普及、发展，中水回用反渗透余压回收装置、系统必将产生更大的经济效益、生态效益和社会效益。

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用于中水回用的反渗透余压回收系统的研究

■赵益华

TV211.1+2【[文献码]B

1000-405X（2016）-10-457-2