苦咸水淡化裝置苦咸水淡化的方法

苦咸水由于含有較高的硫酸鹽與氯化物，使水帶苦咸味，長(zhǎng)期飲用苦咸水會(huì)損害人體的健康、直至殘疾。該設(shè)備適用于硫酸鹽、氯化物含量不大于500mg/L的水源，廣泛用于西部地區(qū)的苦咸水處理。產(chǎn)品特點(diǎn) 苦咸水淡化裝置采用專用的樹脂，經(jīng)吸附過濾后除去水中的硫酸根離子及氯根，并對(duì)傳統(tǒng)的苦咸水設(shè)備在材料上、技術(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)和提高，達(dá)到操作簡(jiǎn)便，處理成本低之目的，廣泛用于西部地區(qū)的苦咸水處理。

在水體中，當(dāng)氟含量大于1.2mg/L時(shí)，稱為氟超標(biāo)，也稱高氟水。溶解性固體含量>1500mg/L時(shí),稱為苦咸水。氟是一種非金屬化學(xué)元素，在元素周期表排列第九位，屬于第二周期第七族的主族元素，化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，幾乎不能單獨(dú)存在，自然界中都是以各種化合物的狀態(tài)存在，廣泛存在于巖石、土壤、海洋中，在地球上的分布是相當(dāng)廣泛的。氟高了以后容易造成氟 中毒。 氟在日常生活中的應(yīng)用范圍還是很廣的，包括醫(yī)藥、化工、航天、原子能等方面都有應(yīng)用。比如氟化鈉本身是一種有毒物質(zhì)，但是也可以作為藥物或者殺蟲劑來使用。 地方性氟中毒是因?yàn)槿藗兩钤谶@種高氟環(huán)境中，長(zhǎng)期過量攝入氟引起機(jī)體慢性中毒的改變，主要影響人體的硬組織，包括牙齒、骨骼，對(duì)其他一些軟組織也有損傷，當(dāng)然臨床表現(xiàn)最明顯的還是氟斑牙和氟骨癥。氟對(duì)于牙齒的損傷不僅僅是影響美觀，而且會(huì)影響到咀嚼和消化功能。氟骨癥一般多發(fā)于成年人，兒童也有發(fā)生氟骨癥的。氟骨癥最早的改變從臨床檢查上來看包括骨骼彎曲比如胳膊伸不開等，影響生活和勞動(dòng)。地方性氟中毒危害是很大的，不僅給患者帶來痛苦，而且影響到了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展， 氟進(jìn)入體內(nèi)后使得鈣過量地在血管上沉積，造成血管鈣化，引起動(dòng)脈硬化。飲用高氟水很容易引起氟中毒。在我國(guó)除了上海、海南、臺(tái)灣，還沒有發(fā)現(xiàn)氟中毒，其他各個(gè)省市自治區(qū)都有地方性氟中毒不同程度的流行。內(nèi)蒙101個(gè)旗縣中有77個(gè)旗縣存在飲水型氟中毒，生活在高氟地區(qū)的人口大約為600萬，氟斑牙患者現(xiàn)有170萬。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有近3000萬人飲用高氟水。我國(guó)苦咸水主要分布在北方和東部沿海地區(qū)。農(nóng)村飲用苦咸水的人口有3800多萬人?？嘞趟饕强诟锌酀?，很難直接飲用，長(zhǎng)期飲用導(dǎo)致胃腸功能紊亂，免疫力低下。

苦咸水淡化設(shè)備適用于高鹽堿地區(qū)和海水倒灌地域，采用美國(guó)進(jìn)口的反滲透膜元件，國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的壓力容器，及德國(guó)進(jìn)口的高壓泵，配合合理的預(yù)處理設(shè)備，能有效去除水中無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、細(xì)菌及病菌等有害成分，將苦咸水淡化為符合國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)水。根據(jù)客戶當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)進(jìn)行細(xì)致的分析和特殊設(shè)計(jì)，力求做到高效、耐用，并使淡化水質(zhì)完全達(dá)到國(guó)家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-85)，徹底解決缺水地區(qū)的飲用水問題。

苦咸水淡化是在壓力驅(qū)動(dòng)下，用半透膜分離物質(zhì)的過程。反滲透膜表面活性只允許水透過，99%可溶性鹽及所有細(xì)菌、雜質(zhì)被截留，且水沒有相變，所以反滲透脫鹽是最先進(jìn)的也是最節(jié)能的一種脫鹽方式。

苦咸水淡化的主要設(shè)備有:

反滲透膜元件: 反滲透設(shè)備應(yīng)用膜分離技術(shù)，能有效地去除水中的帶電離子、無機(jī)物、膠體微粒、細(xì)菌及有機(jī)物質(zhì)等。是高純水制備、苦咸水脫鹽和廢水處理工藝中的最佳設(shè)備。廣泛用于電子、醫(yī)藥、食品、輕紡、化工、發(fā)電等領(lǐng)域。

壓力容器: 工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設(shè)備，稱壓力容器。貯運(yùn)容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。要滿足滿足下列三個(gè)條件的容器，才稱之為壓力容器:

(1)最高工作壓力(Pw)(注1)大于等于0.1Mpa(不含液體靜壓力,下同);

(2)內(nèi)直徑(非賀形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m,且容積(V)(注2)大于等于0.25m3;

(3)盛裝介質(zhì)為氣體液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)液體.

高壓泵: 高壓泵是為高壓旋噴水泥漿提供高壓動(dòng)力，用于新建建筑物、高速公路、高速鐵路、地下鐵路等軟弱地基強(qiáng)化加固補(bǔ)強(qiáng)，舊的建筑物不均勻沉降整治，水庫(kù)大壩與底下建筑工程防深帷幕，擋土圍堰、礦山堵漏、井桶護(hù)壁，邊坡錨固等方面提供幫助的的設(shè)備。主要有:高壓柱塞泵、高壓往復(fù)泵、高壓電動(dòng)試壓泵、高壓清洗機(jī)

我國(guó)是一個(gè)缺水國(guó)家，全國(guó)有 300多個(gè)城市缺水，110個(gè)城市嚴(yán)重缺水，14個(gè)沿海開放城市中有9個(gè)嚴(yán)重缺水。在我國(guó)的西北干旱地區(qū)，可供利用的淡水資源更加有限。此外我國(guó)沿海有人居住的島嶼有幾千個(gè)，但其淡水資源短缺，只能靠積聚雨水和用船從陸地運(yùn)水來解決飲用水問題，成本很高，遇到惡劣天氣，供水還經(jīng)常得不到保障。

在我國(guó)的西北干旱地區(qū) ，雖然淡水資源嚴(yán)重缺乏卻蘊(yùn)含豐富的地下苦咸水或苦咸水湖。沿海地區(qū)具有豐富的海水資源。由此可見 研究開發(fā)并推廣有效的海水淡化技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，是解決中國(guó)沿海地區(qū)水資源危機(jī)，解決我國(guó)華北西部和西北某些苦咸水地區(qū)淡水資源緊缺、解決我國(guó)沿海許多島嶼居民的生活用水等問題現(xiàn)實(shí)可行的根本舉措。

本項(xiàng)目的主要研究目標(biāo)是針對(duì)傳統(tǒng)反滲透預(yù)處理的缺點(diǎn)，探索一種新的反滲透苦咸水淡化工藝，降低淡化成本，為我國(guó)淡水缺乏但咸水資源豐富的地區(qū)提供安全的飲用水提供技術(shù)基礎(chǔ)。

本項(xiàng)目在調(diào)研及資料分析的基礎(chǔ)上，確定了一種全新的苦咸水反滲透工藝流程:全膜法工藝流程。該全膜法工藝流程的主要優(yōu)點(diǎn)為:工藝簡(jiǎn)單，流程路線短，設(shè)備體積小，易于集成化，投資、運(yùn)行費(fèi)用低、易實(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動(dòng)化控制。

對(duì)高分子膜材料進(jìn)行了比較分析，選擇確定了各工藝過程中采用的膜:第一級(jí)微濾采用聚乙烯燒結(jié)微濾膜，精度為 5μm，用于粗濾;第二級(jí)微濾采用聚丙烯折疊膜，選用精度為0.2μm，用于保安過濾。超濾膜選用聚砜材料，紡制成中空纖維膜(30000道爾頓) 。反滲透膜材料選用具有高抗張強(qiáng)度、耐溶劑性的芳香聚酰胺。

研制組裝了一套可移動(dòng)的苦咸水淡化裝置，把裝置制作成可移動(dòng)的，可以適應(yīng)不同地區(qū)的需要。該裝置采用了操作壓力、進(jìn)水流量、淡化水流量和濃水流量連續(xù)在線監(jiān)測(cè)和超限報(bào)警控制，設(shè)置了反滲透進(jìn)水欠壓和高壓泵出口過壓的停機(jī)和報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)置了反滲透膜清洗和防止膜損壞的安全保護(hù)裝置。采用變頻控制，以控制合理的輸出功率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

根據(jù)我國(guó)各地苦咸水水質(zhì)，用上述裝置進(jìn)行了苦咸水淡化模擬試驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明原水的總?cè)芙夤腆w( TDS)高達(dá)22g/L時(shí)，淡出水的TDS僅為368mg/L,能夠達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(我國(guó)生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定TDS<1000mg/L)。對(duì)于所有的模擬苦咸水，TDS的去除率在95%以上，電導(dǎo)率的降低率也達(dá)95%以上。

1 引言

2000年9月我國(guó)出水量最大的日產(chǎn)18000噸苦咸水淡化裝置在河北滄化集團(tuán)滄井化工股份有限公司內(nèi)建成投產(chǎn)。它的建成對(duì)緩解該地區(qū)深層地下水資源的開采，保證化工生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定和長(zhǎng)周期地運(yùn)行具有特別重要的意義。該裝置包括原料水的預(yù)處理系統(tǒng)、苦咸水反滲透裝置主體、產(chǎn)品水的后處理和濃鹽水排放等設(shè)備及先進(jìn)的控制系統(tǒng).經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。下面簡(jiǎn)要介紹一下該裝置的控制系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)原則

2.1 先進(jìn)性

自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展是其它高新技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，自控系統(tǒng)的更新?lián)Q代的周期日益縮短。這套苦咸水淡化裝置用于為PVC裝置提供生產(chǎn)用水，因此，控制系統(tǒng)不僅水系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，同時(shí)也關(guān)系到PVC裝置能否長(zhǎng)周期的正常運(yùn)行，以減少對(duì)設(shè)備的損害和裝置停車造成的經(jīng)濟(jì)損失。因此，我們對(duì)控制系統(tǒng)的選型給予了極大的重視。根據(jù)該系統(tǒng)工藝的特點(diǎn)，重點(diǎn)是系統(tǒng)的順序控制功能，所以，在硬件方面我們選用了品質(zhì)和性能可靠的研華工控機(jī)和美國(guó)AB的SLC-500系列的PLC?？梢哉f，它們代表了當(dāng)今水處理系統(tǒng)先進(jìn)的控制水平。

2.2 可靠性和安全性

控制系統(tǒng)的可靠性是評(píng)估控制系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。隨著科技的不斷進(jìn)步，冗余容錯(cuò)技術(shù)、加密技術(shù)等得到了廣泛的應(yīng)用，這些都大大提高了系統(tǒng)的可靠性。我們采用了兩臺(tái)互為冗余的工控機(jī)操作站，操作人員可以在任一臺(tái)操作站上對(duì)由兩套PLC分別控制的四套淡化裝置進(jìn)行監(jiān)控。電源部分配備UPS不間斷電源，保證了系統(tǒng)在電源故障時(shí)有足夠時(shí)間采取緊急的安全措施。另外在裝置現(xiàn)場(chǎng)還配備了儀表箱和操作箱，便于巡回檢查和就地操作。在其操作方式上，有就地手動(dòng)和遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制又可通過操作站顯示畫面進(jìn)行手動(dòng)操作和自動(dòng)程序運(yùn)行。

操作方式的多樣化和靈活性有利于系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行和故障處理。

2.3 可操作性

整個(gè)控制系統(tǒng)由兩套工控機(jī)和兩套PLC構(gòu)成，具有相互的統(tǒng)一性和獨(dú)立性監(jiān)控系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)工藝流程畫面，人機(jī)界面清晰友好，具有在Windows環(huán)境下提供數(shù)據(jù)采集，監(jiān)控以及信息管理功能，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，便于一般操作人員掌握。

3 系統(tǒng)控制及聯(lián)鎖保護(hù)

3.1 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

控制系統(tǒng)由工控機(jī)操作站及可編程控制器PLC構(gòu)成一個(gè)分散采樣，集中監(jiān)視操作的控制系統(tǒng)。對(duì)水處理系統(tǒng)的水質(zhì)、溫度、流量、濁度、PH值、液位、電導(dǎo)率、壓力等相關(guān)物理量的模擬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)制表和打印。還可對(duì)主要運(yùn)行參數(shù)的歷史趨勢(shì)進(jìn)行查詢，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。同時(shí)，系統(tǒng)工藝流程圖采用動(dòng)態(tài)畫面模擬顯示，除了一個(gè)全部裝置的總貌畫面外，還把它分成若干個(gè)單元畫面，點(diǎn)擊其中的任一臺(tái)設(shè)備又都可進(jìn)入一個(gè)單獨(dú)的畫面進(jìn)行手/自動(dòng)切換操作。另外，畫面上設(shè)備的顏色還能隨著其運(yùn)行狀態(tài)的改變而改變.使操作管理人員能直觀，生動(dòng)地觀察設(shè)備的運(yùn)行工況。

控制系統(tǒng)構(gòu)成圖如下所示:

3.2 自動(dòng)順序控制功能

(1)系統(tǒng)的順序控制功能主要應(yīng)用在細(xì)沙雙濾料過濾器的運(yùn)行中，通過對(duì)每臺(tái)過濾器上近10個(gè)閥門的順序控制來完成過濾器的投運(yùn)、停止、反洗和正洗過程。過濾器的失效停運(yùn)可根據(jù)各過濾器進(jìn)口流量的累計(jì)值及瞬時(shí)流量來確定。遠(yuǎn)程手動(dòng)時(shí)，畫面根據(jù)流量累計(jì)達(dá)到設(shè)定值時(shí)提示進(jìn)行清洗，自動(dòng)時(shí)則由上位機(jī)判斷自動(dòng)進(jìn)行清洗。

(2)反滲透系統(tǒng)的啟停操作可以由PLC實(shí)行順序控制，也可以通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)對(duì)每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)單操，由CRT監(jiān)視各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。?

3.3 加藥系統(tǒng)的模擬控制功能

系統(tǒng)的模擬控制功能主要應(yīng)用在裝置的加藥系統(tǒng)，包括NaOH、NaHSO4、防污堵劑和凝聚劑等的加藥控制。加藥量都是根據(jù)進(jìn)水流量的大小，通過上位機(jī)、PLC對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行比例調(diào)節(jié)。在自動(dòng)狀態(tài)下，可在CRT操作畫面上進(jìn)行比例參數(shù)的設(shè)定和修改，也可手動(dòng)直接改變輸出值，調(diào)節(jié)計(jì)量泵加藥量的大小。

3.4 高壓泵的聯(lián)鎖保護(hù)

每套反滲透的高壓泵進(jìn)出口都分別裝有低壓保護(hù)開關(guān)和高壓保護(hù)開關(guān)，當(dāng)高壓泵入口壓力低于某一設(shè)定值時(shí)，進(jìn)口開關(guān)信號(hào)會(huì)自動(dòng)停止高壓泵的運(yùn)行，并由CRT報(bào)警，以保護(hù)高壓泵不在空操作情況下運(yùn)行。當(dāng)高壓泵出口壓力超過某設(shè)定值時(shí)，出口開關(guān)會(huì)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)送PLC，PLC經(jīng)延時(shí)后如慢開門(慢開功能通過PLC的程序來實(shí)現(xiàn))未打開，出口壓力仍高于設(shè)定值，則由PLC發(fā)出信號(hào)自動(dòng)停止高壓泵的運(yùn)行，以保護(hù)高壓泵不在憋壓工況下運(yùn)行。

3.5 其它

該系統(tǒng)還具有RO清洗水箱恒溫控制回路，自備空壓系統(tǒng)的低、高壓自動(dòng)啟停等聯(lián)鎖保護(hù)裝置。

4 系統(tǒng)硬件配置

系統(tǒng)硬件采取優(yōu)化配置，提高了控制系統(tǒng)的安全性、可靠性，可編程控制器PLC選用美國(guó)AB的SLC-500系列產(chǎn)品，具有模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)系統(tǒng)控制要求進(jìn)行模塊配置，并具有一定的擴(kuò)展功能。其模塊式處理器具有高達(dá)20K的指令內(nèi)存能力。選用的DH+(Data Highway Plus)是一個(gè)局域網(wǎng)，用于支持遠(yuǎn)程編程和數(shù)據(jù)采集的工廠級(jí)應(yīng)用網(wǎng)，通訊速度更快。上位機(jī)選用了研華工控機(jī)兩臺(tái)，它具有能承受惡劣工作環(huán)境的影響，平均無故障時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。同時(shí)，配備了大屏幕高清晰彩色顯示器及打印機(jī)，SANTAK的UPS在電源系統(tǒng)故障時(shí)能保證供電30分鐘?，F(xiàn)場(chǎng)儀表選用進(jìn)口SIGNET的流量、PH、溫度、電導(dǎo)等系列產(chǎn)品，以及GFI的在線濁度分析儀，具有檢測(cè)穩(wěn)定、可靠、精度高的特點(diǎn)。另外，還選用了進(jìn)口EBRO的氣動(dòng)、電動(dòng)閥門，這些都為系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行提供了有力的保障。

5 系統(tǒng)軟件配置

可編程控制器PLC安裝了Rslogix500軟件，它是針對(duì)SLC-500處理器以Windows操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的梯形圖邏輯編程軟件包。具有統(tǒng)一項(xiàng)目查看、靈活的梯形圖編輯器、拖放式操作、簡(jiǎn)易的通訊配置等特點(diǎn)?？梢宰畲笙薅鹊靥岣哕浖阅?，節(jié)省開發(fā)時(shí)間提高生產(chǎn)力。研華工控機(jī)內(nèi)裝有Rsview32，它是基于組件的用于監(jiān)視與控制自動(dòng)化設(shè)備和過程的集成的人機(jī)界面軟件?？蓪?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、畫面的動(dòng)態(tài)顯示，包括工藝流程圖、儀表圖、單機(jī)設(shè)備圖、趨勢(shì)畫面、報(bào)警一覽等.該系統(tǒng)還可進(jìn)行在線參數(shù)修改，圖形報(bào)表打印等，人機(jī)界面親切友好.通過顯示畫面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全準(zhǔn)確的操作控制，是目前國(guó)內(nèi)水處理裝置中最高水平的監(jiān)控系統(tǒng)。

總之，這套控制系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過進(jìn)一步的總結(jié)，為今后的不斷完善和推廣應(yīng)用積累了理論和實(shí)踐的寶貴經(jīng)驗(yàn)。