島用反滲透淡化裝置控制系統的節能優化設計

　　引言

　　反滲透法和蒸餾法是當前主流的海水淡化技術，其技術發展的一個重要目標是降低運行成本。在運行成本的構成中能耗所占的比重最大，因此降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。反滲透海水淡化的能量消耗主要是電耗，包括高壓泵和其他水泵。特別是高壓泵的能耗，約占系統運行能耗的70%～90%。本文以永興島100 m3/d反滲透海水淡化裝置為例，從工藝流程、硬件配置和軟件開發等幾方面對裝置節能降耗進行了探討，重點闡述了PLC+人機界面控制系統的優化設計，為今后海島海水淡化裝置的研制提供技術支持。

　　工藝流程

　　進料海水經預處理，去除懸浮固體及其他有害物，然后經高壓泵增壓后，進入反滲透膜設備，產出的淡水經后處理設施供用戶使用，濃鹽水自反滲透膜設備排出。反滲透工藝流程圖如圖1。反滲透海水淡化系統設計時應綜合考慮海水水質、水溫、運行壓力、產水水質、產水量以及回收率等因素，要求選擇合適的預處理工藝以及膜組件，實現裝置的長期穩定、經濟運行。反滲透海水淡化工藝包括取水模塊、預處理模塊、反滲透模塊及清洗模塊等。其中，反滲透模塊是裝置的核心和關鍵，主要由高壓泵、能量回收裝置和反滲透膜三大關鍵部件組成[3]。

　　工藝設計優化

　　(1)取水方法。合理選擇反滲透海水淡化系統的取水方式，對有效降低海水濁度、減少海水中細菌、藻類、貝殼等微生物對系統的影響，以及降低預處理難度、提高反滲透膜組件平均產水通量等方面至關重要。 針對永興島地理位置及施工條件，本裝置選擇沉井式取水方法。

　　(2)預處理工藝。針對反滲透系統對預處理要求較高的特點，設計采用多介質過濾器、超濾膜單元和過濾精度為5μm的保安過濾器組合構成預處理工藝，保證后續系統進水水質SDI<3，濁度<0.5NTU，滿足反滲透系統最佳運行條件。

　　(3)反滲透膜組件。新型反滲透膜組件的研發提高了單支膜組件的產水量和脫鹽率，從而降低淡化系統噸水能耗。本裝置設計選用陶氏公司SW30HRLE-400，標稱單支膜組件產水量28m3/d，穩定脫鹽率達99.75%。

　　(4)能量回收。反滲透海水淡化過程需消耗大量電能提升進水壓力以克服水的滲透壓，而從反滲透膜殼排出的濃水余壓高達5.5～6.5MPa。按照40%回收率計算，排放的濃鹽水中還蘊含約60%的進料水壓力能量，將這一部分能量回收變成進水能量可大幅降低反滲透海水淡化的能耗，而這一目標的實現有賴于利用能量回收技術。本裝置設計選用美國ERI公司的PX-30S轉子式壓力交換能量回收裝置[3]，它可回收濃水壓力能的96%，使反滲透主體產水能耗降至4KWh以下。