反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用
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反渗透海水淡化技术的发展海水淡化是从海水中猎取淡水的技术和过程。
早在50年月,为解决“水的危机”,美国从52年起专设盐水局,74年后转为资源技术局,不断推动水资源和脱盐的技术进步,其中反渗透法海水淡化(SWRO)就是1953年据膜和海水界面有一纯水层而提出的。
l、前言水是生命的源泉,是社会和经济进展的命脉,是人类珍贵的不行替代的自然资源。
当前缺水已成为世界性问题,成为制约社会进步和经济进展的瓶颈,解决水资源的供需冲突,对我国的可持续进展是特别迫切的和重要的。
我国沿海地区仅占全国土地面积的15%,人口的40%,但制造着60%以上的社会总产值,和全国一样,沿海,特殊是北方地区以及岛屿的供水严峻缺乏,形势严峻。
沿海地区有丰富的海水资源,用海水淡化技术向大海要淡水,满意沿海城镇和岛屿对淡水的需求或紧缺需求,是自古以来人们所梦寐以求的,现在已变为现实。
反渗透海水淡化不仅技术上完全可行,而且在许分状况下是经济的。
2、反渗透的进展概况海水淡化是从海水中猎取淡水的技术和过程。
早在50年月,为解决“水的危机”,美国从52年起专设盐水局,74年后转为资源技术局,不断推动水资源和脱盐的技术进步,其中反渗透法海水淡化(SWRO)就是1953年据膜和海水界面有一纯水层而提出的;73年日本通产省下设造水促进中心,特地讨论的脱盐技术,欧洲则在尤里卡等打算下推动海水淡化的进展,它们也都以膜法为重点。
经过近50年的讨论、开发和产业化,SWRO自70年月进入海水淡化市场之后,进展非常快速。
RO用膜和组件已相当成熟,组件脱盐率可高达99.5%以上,有约20年的阅历积存,SWRO 工艺过程也渐渐成熟,近年来,功交换器和压力交换器的开发胜利使能量效率都高达90%以上,从而使SWRO的本体能耗在3kWh/m3淡水以下,成为从海水制取引用水最廉价的方法,进一步增加了SWRO的竞争力。
近几年来,在国际海水淡化中,SWRO以投资最低,能耗最省,本钱最低,建筑周期短等优势而屡屡中标。
反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用海水淡化技术发展的一个重要目标是降低运行成本,在运行成本的构成中能耗所占的比重最大,降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。
反渗透海水淡化(SWRO)是目前海水淡化的主流技术之一,反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提升进水压力以克服水的渗透压,反渗透膜排出的浓水余压高达5.5~6.5 MPa,按照40%的回收率计算,排放的浓盐水中还蕴含约60%的进料水压力能量,将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗,而这一目标的实现有赖于能量回收技术的利用。
通过能量回收装置的应用大幅降低了淡化水的生产成本,促进了反渗透淡化技术的推广和应用,并使之成为最具竞争力和发展速度最快的海水淡化技术。
因此,能量回收与反渗透膜和高压泵并列成为反渗透海水淡化系统中的三大关键技术。
国外SWRO能量回收技术的发展20世纪70年代,随着反渗透技术开始用于海水/苦咸水的淡化,各种形式的能量回收装置也相继出现。
能量回收装置总体上分为两类,即水力透平式和功交换式。
水力透平式能量回收装置最早的能量回收装置是水力透平式,瑞士Calder.AG公司的Pehon Wheel透平机和Pump Ginard公司的Francis透平机,效率一般为50%~70%。
其原理是利用浓盐水驱动涡轮转动,通过轴与泵和电机相连,将能量输送至进料原海水,过程需要经过“水压能→机械能→水压能”两步转换[1]。
水力透平机与高压给水泵电机同轴连接,一般是高压给水泵双出轴两侧分置电机和透平机,也可以是电机双出轴两侧分置水泵和透平机。
透平机作电机的第二驱动助推电机,通过减小电机转矩,降低电机动力消耗。
在上述基础上经过改进出现了一些独特的设计,其中最具代表性的有丹麦Grundfos公司生产的BMET透平直驱泵和美国PEI公司生产的Hydraulic Turbo charger。
两者均是透平机与泵一体化设计,一根转轴连接两个叶轮,全部封装在一个壳体中,浓盐水流过叶轮时通过冲击叶片而推动叶轮转动,从而驱动透平轴旋转。
反渗透海水淡化能量回收装置的应用及调试方法简述金盾摘要:海水淡化是解决淡水危机的主要方法之一,反渗透海水淡化在各类淡化技术中迅速崛起得益于压力能回收装置的发展,本文主要论述关于PX能量回收装置在反渗透法海水淡化系统中的应用,介绍了PX型能量回收装置的工作原理和特点,并对调试过程中常见问题做了简要介绍。
关键词:海水淡化;反渗透;能量回收;调试方法引言通常反渗透海水淡化过程的操作压力介于5.8~8 MPa,分离淡水后从膜组件中排放出的浓盐水压力仍高达5~6.5 MPa,将这部分压力能直接释放将造成很大浪费。
据统计,浓盐水压力能直接释放所造成的损失约占产水总成本的30%~50%、运行费用的75%。
而安装了压力能回收装置的海水淡化系统的能耗从6~8 kW•h/m3降低到4~5 kW•h/m3,甚至可以降到2 kW•h/m3,因此回收浓盐水压力能是降低反渗透海水淡化成本的有效途径。
1 能量回收装置的分类及工作原理能量回收装置按照工作原理主要分为水力透平式和正位移式两种。
水力透平式(如HTC型),主要包括泵和透平两个部分,工作时高压浓水直接驱动透平旋转,透平带动同轴的泵工作并使通过泵的进料海水得到增压,达到能量回收的目的,这一过程浓水和进料海水不直接接触。
正位移式能量回收装置(如PX型),基于旋转容积泵原理,PX能量回收装置以高达98%的效率从SWRO脱盐系统的高压浓水流中回收能量,该技术可将水生产的成本降低到不采用能量回收时成本的一半以下。
因此PX能量回收装置正逐渐取代水力透平式而成为国内外研究和推广的重点。
PX装置是一种利用正位移原理的装置,它能使能量(压力)从一股水流传递到另一股水流,两股水流在一起,瞬间的接触。
PX装置已经形成各种规格和结构,但它们都是由陶瓷组件组成,能量交换发生在一个装有沟槽式绕行接头连接管的玻璃钢压力容器内。
PX 能量回收装置将高压浓盐水水流的压力传递给低压新鲜海水水流,这两股水流在转子的内通道中直接接触,从而完成压力交换。
反渗透处理工艺在海水淡化领域的应用【摘要】:海水淡化技术种类很多,但适用于大规模淡化海水的方法只有多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)和反渗透法(RO)。
反渗透法海水淡化与蒸馏法相比,膜法海水淡化只能利用电能,但随着反渗透膜性能的提高和能量回收装置的问世,其吨水耗电量逐渐降低。
且反渗透技术具有较强的自身优势,如应用范围广,规模可大可小,建设周期短,不但可在陆地上建设,还适于在车辆、舰船、海上石油钻台、岛屿、野外等处使用。
【关键词】:反渗透;海水淡化;应用引言人类在21世纪面临着严重的淡水资源紧缺问题。
海水淡化作为解决淡水资源危机的有效途径,已经得到世界各国的普遍重视。
我国淡水资源匮乏,人均淡水占有量仅是世界人均占有量的四分之一,特别是沿海地区淡水资源严重不足。
大力推广海水淡化是解决我国沿海地区淡水资源问题的重要战略举措。
一、反渗透海水淡化技术的发展历程人类发现渗透现象已有200多年的历史,现代的反渗透(ReverseOsmosis,RO)的则是上世纪50年代以来的研究结果。
1953年Florida大学和California大学在美国盐水局的资助下对反渗透水淡化进行了研究,结果表明二醋酸纤维素(CA)制成的膜可以从海水中提取淡水。
60年代末期,GulfGeneralAtomics(即Allied-Signal)与AerojetGeneral开创了RO的商业时代,在美国盐水局的资助下,开发了二醋酸纤维素膜制成的螺旋式构型组件。
同期,美国DuPont公司研制出了以尼龙一66为膜材料的中空纤维组件,并于1970年应用于苦咸水的淡化。
1971年DuPont公司推出采用聚芳香酰胺中空细纤维的Permasep○餜B-9型膜组件,1973年末又推出可以一级脱盐由海水制饮用水的Permasep○餜B-10型膜组件。
70年代中期,Dow化学公司、日本Toyobo公司先后推出了三醋酸纤维素中空纤维膜组件;FluidSystemsDivision与FilmTec(现为Dow化学公司的子公司)推出了螺旋卷式聚酰胺薄膜复合膜。
为什么说反渗透法是海水淡化主要应用技术
据相关数据显示在20世纪,人类对淡水的消耗增加了9倍。
并且据相关部门统计,目前有超过20亿人得不到生活所需的干净淡水。
以上这些数据都在提醒我们,由于人口的增加,地表及地下水资源的污染,水资源短缺已成为全球性的问题,为了更好地保证人类生产生活用水,节约现有的淡水资源,人们开始打起了“海洋”的主意,开始发展海水淡化产业。
目前,应用在海水淡化领域的处理技术种类包含了蒸馏法、膜法、离子交换法、冷冻法等,但目前应用较多的还是多效蒸馏(MED)和反渗透法(RO)这两项技术。
今天我们主要来聊一聊反渗透法在海水淡化中的应用。
反渗透法在海水淡化中的应用,对比起传统的蒸馏法来说,可谓是优势良多随着,反渗透的不断发展,其脱盐率和能量回收率的提高,其吨水耗电量逐渐降低。
应用反渗透法进行海水淡化,经过一次脱盐,就可产生符合标准的淡化水并且这种技术应用范围广,规模可大可小,可在舰船、海上石油钻台、岛屿、野外等处使用。
该方法的优势如下:
1、海水淡化中应用反渗透法,脱盐率高不说一般可稳定在90%以上,采用双级反渗透系统时,脱盐率还可达到98%以上。
2、反渗透海水淡化的整个过程为无相变、能耗较低,并且生产每吨水的电力消耗小。
3、该方法除了脱盐外,还能有效去除细菌等微生物、有机物以及金属元素等无机物,出水水质优于其它方法。
4、应用反渗透法的海水淡化装置操作十分简单,安装与维护方便,可在各种场合应用,也可作应急设备。
综上,反渗透法在海水淡化中的应用,不仅能在低能耗下运行,并且产水量高。
所以,综合来讲反渗透法很适于海水淡化中,丰富了淡水资源生产,是一款很受欢迎的增量技术。
反渗透膜技术在海水淡化中的应用海水淡化是一种将海水转化为淡水的工艺,对于解决水资源短缺问题具有重要意义。
近年来,反渗透膜技术作为一种高效可靠的水处理技术,在海水淡化领域得到了广泛应用。
本文将介绍反渗透膜技术的原理和在海水淡化中的应用。
反渗透膜技术是利用半透膜将水中的溶质与溶剂分离的一种分离技术。
半透膜是一种具有特殊表面结构的薄膜,能够选择性地通过溶剂分子而阻隔溶质分子。
在海水淡化中,反渗透膜技术通过施加高压将海水推向反渗透膜,从而使得水分子能够通过膜的微孔,而溶质,包括盐分、微生物、重金属等,则被拦截在膜的表面。
这样,就能够将海水中的盐分和杂质有效地去除,得到符合饮用水标准的淡水。
反渗透膜技术在海水淡化中的应用主要有以下几个方面:首先,反渗透膜技术在海水淡化中具有高效性。
由于反渗透膜的微孔非常细小,通常小于0.0001微米,可以有效地拦截盐分和微生物,因此能够得到非常高纯度的淡水。
根据实验数据显示,反渗透膜技术可以将海水中的盐分去除率提高至90%以上,而且还可以同时去除海水中的重金属离子等其他有害物质。
这意味着反渗透膜技术可以生产出与自然淡水质量相当的高品质淡水。
其次,反渗透膜技术具有能源效益高的特点。
相较于传统的蒸馏技术和离子交换技术,反渗透膜技术使用的能源要少得多。
传统的蒸馏技术需要大量的热能来蒸发海水中的水分,而离子交换技术则需要大量的电能来驱动离子交换过程。
而反渗透膜技术只需一个相对较低的压力来驱动水分子通过膜,因此能够大大减少能源消耗,降低生产成本。
再次,反渗透膜技术具有灵活性和可持续性。
反渗透膜技术的设备相对较小,比较灵活。
可以根据实际需求进行模块组合,以满足不同规模和不同水质要求的海水淡化工程。
另外,与传统技术相比,反渗透膜技术的维护成本较低,并且可以通过更换部分膜元件来延长其使用寿命。
这些特点使得反渗透膜技术在海水淡化领域具有较高的可持续性。
此外,反渗透膜技术也存在挑战和局限性。
可编辑修改精选全文完整版中国海水淡化的发展及应用目前,海水淡化解决了全球2 亿多人的饮水问题,海水淡化水已成为海湾国家的重要水源之一。
我国人均淡水资源占有量约2100 立方米,仅为世界平均水平的28%,目前全国城市中有约2/3 缺水,约1/4 严重缺水,水资源短缺已成为制约经济社会持续发展的重要因素之一[1]。
随着工业化进程的不断加快,水资源短缺形势将更加严峻。
发展海水淡化产业具有重要的战略意义和现实意义。
常用的局部地区缺水解决方案有远程调水、地下取水、建造水库等, 但是长期使用造成了水源枯竭、浪费土地、地面下沉和破坏生态等诸多弊端, 且均属于淡水存量调整, 不能从根本上解决淡水危机。
另外雨水的收集利用、废水回用和加强水资源的立法管理等也可以缓解部分地区的淡水短缺。
但是, 海水淡化作为一种开辟新水源的相对成熟的技术, 已成为世界上公认的解决缺水的最佳方案。
1、中国海水淡化发展概况我国海水淡化技术的研究始于1958年, 经过多年科技攻关发展, 技术取得重大突破, 获得一批重要成果, 形成一批专业队伍, 培养一批专门人才, 具备了海水淡化大发展的基本条件。
2004年建成投产的具有自主知识产权的3000吨/日低温多效海水淡化示范工程和2003年建成投产的5000吨/ 日反渗透海水淡化示范工程, 其吨水成本均低于5 元, 其中蒸馏法海水淡化装备的造价低干国外同类设备30%一50% [2]。
这些示范工程充分显示, 我国的海水淡化技术已与国际接轨, 蒸馏法和反渗透法两大主流海水淡化技术已达到国际先进水平, 成为世界上少数几个掌握海水淡化技术的国家之一。
到目前为止, 全国建成运行的海水淡化水总产量约为5 万立方米/ 日(苦咸水淡化水产量为2.8 万立方米/ 日)。
近几年, 国家对海水淡化事业高度重视。
几个万吨级、十万吨级的海水淡化工程正在建设中。
预计在未来的5一10 年时间里, 我国海水淡化的总规模将达到100万吨/ 天, 这种发展速度在国际上是前所未有的。
反渗透海水淡化能量回收装置的研究现状及展望摘要:本研究介绍了反渗透海水淡化能量回收装置的分类和工作原理,并重点综述了国内外的研究成果和进展,最后结合国内外研究现状分析总结了我国反渗透海水淡化能量回收装置的发展方向。
关键词:反渗透海水淡化;能量回收装置;研究1 分类和工作原理反渗透海水淡化能量回收装置按照其工作原理主要可分为液力透平式、正位移式和泵-马达式3种类型,见表1。
透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器,又称涡轮或涡轮机。
透平是英文turbine的音译,源于拉丁文turbo一词,意为旋转物体。
透平的工作条件和所用工质不同,所以它的结构型式多种多样,但基本工作原理相似。
透平的最主要的部件是一个旋转元件,即转子,或称叶轮,它安装在透平轴上,具有沿圆周均匀排列的叶片。
流体所具有的能量在流动中,经过喷管时转换成动能,流过叶轮时流体冲击叶片,推动叶轮转动,从而驱动透平轴旋转。
透平轴直接或经传动机构带动其他机械,输出机械功。
透平机械的工质可以是气体,如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体,也可以是液体,如水、油或其他液体。
以水为工质的透平称为水轮机;以蒸汽为工质的透平称为汽轮机;以燃气为工质的透平称为燃气透平。
表1 反渗透海水淡化能量回收装置优缺点比较图1第一代与第二代回收装置的原理基于“功交换”原理的正位移式第三代能量回收装置利用流体的不可压缩性可直接实现高压盐水和低压海水间的能量传递。
系统工作时,低压海水在能量回收装置中先由高压盐水直接增压,再经过增压泵的二次增压后进入反渗透膜组件产出淡水。
上述过程是通过降低高压泵的流量来减少系统能耗。
由于其能量回收过程只需要经过“水压能-水压能”的一步转换,能量回收效率通常能达到90%以上,目前已占据反渗透海水淡化市场的主导地位,但仍存在系统集成度较低、投资成本高、需配备增压装置和盐/海水掺混等技术缺陷。
正位移式能量回收装置根据其核心部件结构形式的不同又可分为阀控式和旋转式。
海水淡化技术进展和应用海水淡化技术是指将海水中的盐分去除,使其转化为可供人类使用的淡水的技术。
由于全球淡水资源日趋减少,海水淡化技术的发展变得尤为重要。
本文将探讨海水淡化技术的进展以及其在实际应用中的潜力。
近年来,海水淡化技术取得了显著的进展。
其中最常见的技术包括蒸馏和逆渗透。
蒸馏技术通过加热海水使其蒸发,然后再将蒸发出的水冷却成为淡水。
逆渗透技术则是利用半透膜将海水中的盐分隔离开来,从而得到淡水。
在过去的几十年里,逆渗透技术得到了迅猛的发展,并成为目前最常用的海水淡化技术之一。
随着技术的不断进步,逆渗透膜的成本不断降低,同时水处理能力也得到了提高。
另外,还有一些新兴的海水淡化技术也呈现出了巨大的潜力。
其中之一是压力脉冲技术,该技术利用特殊设计的动力系统施加脉冲状的压力,使海水通过逆渗透膜的效果更好。
此外,电解海水淡化技术也被广泛研究。
这种技术利用电解过程中产生的电流将海水中的盐分分离出来,同时生成淡水。
虽然这些新技术在实际应用中面临一些挑战,但其在提高海水淡化效率和降低成本方面有着巨大的潜力。
在实际应用中,海水淡化技术已经为人类解决了许多淡水资源短缺的问题。
尤其是那些地理条件不适合建造大型水库或者缺乏地下水资源的地区,海水淡化技术成为了一种重要的解决方案。
例如,中东地区的沙特阿拉伯和阿联酋等国家广泛应用海水淡化技术来满足其日益增长的用水需求。
此外,一些小岛国家也依赖海水淡化技术来消除淡水短缺带来的问题。
此外,海水淡化技术还可以帮助农业和工业领域解决用水问题。
例如,在农业领域,海水淡化技术可以用于灌溉盐碱地,从而增加土地的可利用面积。
在工业领域,海水淡化技术可以为一些工业生产过程提供所需的大量淡水,从而降低了对地下水资源的依赖。
然而,海水淡化技术在实际应用中还存在一些挑战。
首先,海水淡化过程需要大量的能源,这增加了能源消耗的成本。
其次,海水淡化设施的建设和维护成本较高,对于一些贫困地区来说,可能难以承受这些费用。
反滲透海水淡化能量回收技術的發展及應用
來源:水商界網
作者:潘獻輝
時間:2010-12-01
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海水淡化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,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(SWRO)是目前海水淡化的主流技術之一,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,反滲透膜排出的濃水余壓高達5〃5~6〃5 MPa,按照40%的回收率計算,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於能量回收技術的利用。
通過能量回收裝置的應用大幅降低了淡化水的生產成本,促進了反滲透淡化技術的推廣和應用,並使之成為最具競爭力和發展速度最快的海水淡化技術。
因此,能量回收與反滲透膜和高壓泵並列成為反滲透海水淡化系統中的三大關鍵技術。
國外SWRO能量回收技術的發展
20世紀70年代,隨著反滲透技術開始用於海水/苦咸水的淡化,各種形式的能量回收裝置也相繼出現。
能量回收裝置總體上分為兩類,即水力透平式和功交換式。
水力透平式能量回收裝置
最早的能量回收裝置是水力透平式,瑞士Calder〃AG公司的Pehon Wheel 透平機和Pump Ginard公司的Francis透平機,效率一般為50%~70%。
其原理是利用濃鹽水驅動渦輪轉動,通過軸與泵和電機相連,將能量輸送至進料原海水,過程需要經過―水壓能→機械能→水壓能‖兩步轉換[1]。
水力透平機與高壓給水泵電機同軸連接,一般是高壓給水泵雙出軸兩側分置電機和透平機,也可以是電機雙出軸兩側分置水泵和透平機。
透平機作電機的第二驅動助推電機,通過減小電機轉矩,降低電機動力消耗。
在上述基礎上經過改進出現了一些獨特的設計,其中最具代表性的有丹麥Grundfos公司生產的BMET透平直驅泵和美國PEI公司生產的Hydraulic Turbo
charger。
兩者均是透平機與泵一體化設計,一根轉軸連接兩個葉輪,全部封裝在一個殼體中,濃鹽水流過葉輪時通過衝擊葉片而推動葉輪轉動,從而驅動透平軸旋轉。
透平軸直接帶動增壓泵工作輸出機械功,濃水能量轉換成原海水能量的轉換效率可提高至65%~80%。
高壓泵與透平機增壓泵兩級串聯完成原海水的壓力提升,通過透平增壓降低高壓泵所需揚程,減少電機動力消耗。
所不同的是BMET的透平增壓泵與高壓泵是一個整機,其中透平增壓泵位於高壓泵的進口(見圖1);而Turbo charger是一個單獨的裝置,安裝在高壓泵的出口(見圖2)。
功交換式能量回收裝置
20世紀80年代出現了一種新的能量回收技術,其工作原理是―功交換‖,通過介面或隔離物,直接把高壓濃鹽水的壓力傳遞給進料海水,過程得到簡化,只需要經過―水壓能→水壓能‖的一步能量轉換,能量回收效率得以提高。
1975年功交換器第一次應用在SWRO上,由於壓力和流量的瞬變,致使閥壽命很短,使用不久就停止了服務。
20世紀80年代中期大型功交換器商業化開
發停止,其主要原因是當時SWRO裝置規模相對較小,功交換器造價高,可靠性差。
1985年,在加勒比海地區開始出現―建造–擁有–運行‖(BOO)式的SWRO合同,由於加勒比海地區能源成本高,越來越多的反滲透海水淡化裝置開始使用功交換器。
該地區1990年—2000年建造的9個淡化裝置中共安裝了17個大容量功交換器,每個裝置的流量都超過1000 m3/d[2]。
目前反滲透海水淡化工程中應用的功交換式能量回收裝置主要為轉子式壓力交換器和活塞式閥控壓力交換器兩類,能量回收效率高達90%~97%。
轉子式壓力交換器:以美國ERI公司的PX轉子式壓力交換能量回收裝置(見圖3)為代表,原理是高壓濃鹽水推動圓周開有多個縱向溝槽(類似於多個微型液缸)的無軸陶瓷轉子旋轉,使多個微型溝槽分別在兩側靜止的配流盤高壓區和低壓區交替轉換切入,進入高壓區的微型液缸進行能量回收傳遞向外排液,進入低壓區的微型液缸進行原海水補液,PX需配增壓泵以使初步升壓的原海水進入RO 系統。
高壓濃鹽水與低壓原海水直接傳遞壓力,水在多個微型液缸中的停留時間很短,兩種液體由一段封閉的―液體活塞‖分開,能量回收效率較高,濃水能量至原海水液體能量的轉換效率>92%。
活塞式閥控壓力交換器:活塞式閥控壓力交換器以瑞士Calder〃AG公司的DWEER雙功交換能量回收裝置、德國KSB公司的SalTec DT壓力交換器、德國SiemagTransplan公司的PES壓力交換系統及Ionics公司的DYPREX動力壓力交換器為代表[3、4]。
原理是採用兩個大直徑液缸,其中一個液缸中高壓濃水推動活塞將能量傳遞給低壓原海水向外排液,另一個液缸中供料泵壓入低壓原海水補液並排出低壓濃水,兩液缸在PLC和濃水換向閥的控制下交替排補海水,實現了濃水能量轉換成原海水能量的回收過程。
活塞式閥控壓力交換器需配備增壓泵以使初步升壓的原海水進入RO系統,由活塞隔離濃水和原海水,能量回收效率一般高於92%。
DWEER能量回收裝置見圖4。
國內的研究狀況
國內對能量回收裝置的研究起步較晚,進行反滲透用能量回收裝置研究的主要有中科院廣州能源所、天津大學、杭州水處理中心和天津海水淡化研究所等4家單位,研發方向均為雙液壓缸功交換式能量回收裝置。
廣州能源所研發的試驗樣機為帶活塞杆的雙液壓缸功交換式能量回收裝置(專利號:200510035328〃8),使用電磁閥進行高、低壓水的切換,並用蓄能器穩定壓力。
試驗表明,穩定壓力的效果不錯。
天津大學的雙液壓缸功交換式能量回收裝置使用多個氣動閥進行高、低壓水的切換,由PLC控制閥門的動作,在1000 m3/d的反滲透海水淡化試驗平臺上進行了試驗,取得了一定效果[5、6],並申請了專利(專利號:200510014295〃9)。
杭州水處理中心設計的能量回收裝置主要由雙液壓缸、止回閥和四通功能閥組成,兩台液壓缸通過活塞杆定位,並固定在一條直線上。
裝置設計申請了發明專利(專利號:200510050117〃1)。
天津海水淡化研究所自主研發了一台具備升壓功能的差動式反滲透能量回收裝置,流量可達18 m3/h。
在反滲透海水淡化試驗平臺上進行了系統試驗,通過168 h的連續不間斷運轉測試表明:裝置運行穩定,有效能量回收率>90%,壓力波動<0〃2 MPa。
已申請發明專利1項、實用新型專利2項(專利號分別為201010122952〃2、201020129553〃4、2010201 29553〃4)。
上述幾家單位的研究成果雖然還沒有在海水淡化工程中得到推廣應用,但工業化發展及應用前景良好。
能量回收裝置性能比較及發展趨勢
幾種國外能量回收裝置的性能對比見表1。
表1中前兩種為水力透平式,用於與高壓泵串聯安裝,通過降低高壓泵所需的揚程達到節能的目的,不需要增壓泵和自動閥門,但效率較低,特別是低流量時效率更低;後三種為功交換式,用於與高壓泵並聯安裝,通過減小高壓泵所需的流量達到節能的目的,需要配置增壓泵,在很寬的流量範圍內均能達到較高的效率。
功交換式能量回收裝置由於具有較高的能量回收效率,能更有效地降低反滲透海水淡化系統能耗的優勢,已成為國內外研究和開發的熱點,其產品市場佔有率也呈逐年快速增長的發展趨勢。
能量回收裝置在國內的應用
國外能量回收裝置在我國海水淡化工程中的應用情況見表2。
表2中除PX為功交換式能量回收裝置外,其他均為水力透平式能量回收裝置。
從發展趨勢來看,前幾年水力透平式應用較多,但近幾年功交換式能量回收裝置特別是PX在建成的海水淡化工程中已被普遍採用。
SWRO能量回收裝置主要有水力透平式和功交換式兩大類。
水力透平式用於與高壓泵串聯安裝,通過降低高壓泵所需揚程達到節能的目的,不需要增壓泵和自動閥門,單機流量大,但效率較低,特別是低流量時效率更低;功交換式用於與高壓泵並聯安裝,通過減小高壓泵所需流量達到節能的目的,一般需要配置增壓泵,單機流量較小,可並聯使用,在很寬的流量範圍內均能達到較高的效率。
功交換式能量回收裝置由於具有較高的能量回收效率,已經逐漸成為海水淡化行業中研究和開發的熱點,其產品市場佔有率也呈逐年快速增長的發展趨勢,近年來國內海水淡化工程大多採用美國ERI公司的PX能量回收裝置。
我國在SWRO能量回收技術方面的研發起步較晚,發展比較遲緩,裝置形式較單一,大都局限於雙液壓缸功交換式,整體水準同國際先進技術還有很大的差距,但工業化發展及應用前景較好。
隨著我國淡水資源的日益缺乏,反滲透海水淡化工程必將大力發展,因而研究開發具有自主智慧財產權的能量回收裝置具有深遠的意義。