CN108380051B - 一种稳定节能型反渗透系统及其控制方法 - Google Patents

一种稳定节能型反渗透系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种稳定节能型反渗透系统，其能解决现有普通反渗透系统采用恒定回收率设计，当进水水质发生变化时，会影响系统运行稳定性或造成能源浪费的问题，为此，本发明还提供了一种稳定节能型反渗透系统的控制方法。其包括反渗透膜组、进水保安过滤器、进水流量计和高压泵、排水调节阀、排水流量计、PLC控制系统和进水水质计；进水水质计安装在进水流量计和高压泵之间的进水管道上，进水水质计为电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；进水水质计用于检测进水水质并将水质信号传输至PLC控制系统，PLC控制系统根据水质信号计算出系统实际控制回收率，并实时调节排水调节阀的开度和高压泵的频率。

Description

一种稳定节能型反渗透系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及水处理设备领域，具体为一种稳定节能型反渗透系统及其控制方法。
背景技术
反渗透系统的基本工作原理是：运用高压水泵，将原水加至一定压力后，使一部分原水在压力的作用下渗透过反渗透膜成为产品水，而化学离子和细菌、真菌、病毒体不能通过反渗透膜，随浓水排出。反渗透系统被广泛应用于纯水的制备、废水回用、海水淡化以及液体浓缩提纯等领域。
在常规的反渗透系统设计中，通常会选用恒定回收率（回收率=产水流量/进水流量×100%）设计，即不论进水水质如何变化，反渗透系统均以恒定回收率运行。但是，在实际的反渗透系统运行操作过程中，当进水水源发生变化，或者即使进水水源不变但后级系统循环回流时，都会造成第一级反渗透系统的实际进水水质发生较大的波动，如果此时系统仍以恒定回收率运行，则将影响系统运行稳定性或造成水资源及能源浪费等。
例如，在用于制备纯水的反渗透系统中，通常，反渗透进水中会含有各种不同的离子和物质，如钙离子、镁离子、铁离子、硅等，它们均可导致反渗透系统内部结垢，其经过加药并通过反渗透系统浓缩后在系统内部的结垢趋势不同，每种离子或物质在一定的阻垢剂加药条件下都会对应有一个系统允许的最高浓度。如果反渗透系统选择恒定回收率运行，则当回收率选的偏大时，会对反渗透系统运行的稳定性产生不利影响；当回收率选的偏小时，又会发生水、电等的浪费，同时也会加大系统排放负担。
又例如，在用于浓缩液提取的反渗透系统中，如果也选择恒定回收率运行，则当原液的浓度降低或系统回收率选择过低时，浓缩液的浓度会达不到要求；而当原液的浓度升高或系统回收率选择过高时，则浓缩液的浓度过高，既会浪费能源，也降低了系统的工作效率。
综上所述，设计一种回收率可自动调节的反渗透系统显得十分必要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种稳定节能型反渗透系统，其能解决现有普通反渗透系统采用恒定回收率设计，当进水水质发生变化时，会影响系统运行稳定性或造成能源浪费的问题，为此，本发明还提供了一种稳定节能型反渗透系统的控制方法。
其技术方案是这样的：
一种稳定节能型反渗透系统，其包括反渗透膜组，所述反渗透膜组的进水端连接有进水管道，所述进水管道上沿水流方向依次设置有进水保安过滤器、进水流量计和高压泵；所述反渗透膜组的产水端连接有产水管道，所述反渗透膜组的浓水端连接有排水管道，所述排水管道上沿水流方向依次设置有排水调节阀和排水流量计，其特征在于：其还包括PLC控制系统和进水水质计；所述进水水质计安装在所述进水流量计和所述高压泵之间的所述进水管道上，所述进水水质计为电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；所述进水流量计、所述进水水质计、所述高压泵、所述排水调节阀、所述排水流量计分别与所述PLC控制系统电连接；所述进水水质计用于检测进水水质并将水质信号传输至PLC控制系统，所述PLC控制系统根据所述水质信号计算出系统实际控制回收率，并根据系统实际控制回收率实时调节所述排水调节阀的开度和所述高压泵的频率。
其进一步特征在于：
其还包括回水管道，所述反渗透膜组的浓水端通过浓水管道连接所述排水管道，所述回水管道的一端与所述浓水管道连接，所述回水管道的另一端与所述进水管道连接，所述回水管道的另一端位于所述进水水质计和所述高压泵之间，所述回水管道上安装有回水调节阀和回水流量计，所述回水调节阀和所述回水流量计分别与所述PLC控制系统电连接，所述PLC控制系统根据系统实际控制回收率实时调节所述回水调节阀的开度。
所述进水流量计、所述排水流量计和所述回水流量计均为电子式流量计。
所述排水调节阀和所述回水调节阀均为电动比例调节阀或气动比例调节阀。
其还包括冲洗管道，所述冲洗管道的一端与所述浓水管道连接，所述冲洗管道的另一端与所述排水管道连接，所述冲洗管道的另一端位于所述排水流量计和所述排水管道的出口之间，所述冲洗管道上安装有自动阀，所述自动阀与所述PLC控制系统电连接。
所述自动阀为电动阀或气动阀。
所述产水管道上安装有产水水质计和产水流量计，所述产水水质计为电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；所述产水水质计和所述产水流量计分别与所述PLC控制系统电连接。
位于所述排水调节阀和所述排水流量计之间的所述排水管道上安装有排水水质计，所述排水水质计为电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；所述排水水质计与所述PLC控制系统电连接。
一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1、反渗透系统设计计算
1.1、确定反渗透系统的设计产水流量F02；
1.2、确定基准水质A1，根据基准水质选择阻垢剂计算软件或反渗透膜计算软件，计算出在基准水质条件下反渗透系统的设计基准回收率R，并选择相应的进水水质计将其安装在进水管道上；再利用反渗透膜计算软件，计算出反渗透膜组的排列情况；
1.3、根据单支反渗透膜的最小浓水量和反渗透膜组的排列情况，计算出系统设计最小浓水流量F05；
1.4、计算确定在基准水质条件下的进水流量F01和排水流量F04，其满足以下计算公式：
F01= F02/R；
F04=F01-F02；
步骤2、在基准水质A1下运行反渗透系统：
调节排水调节阀的开度，使进水流量计的读数等于F01、排水流量计的读数等于F02；
步骤3、在实际进水水质A1’下运行反渗透系统
3.1、PLC控制系统根据以下公式计算出系统实际控制回收率R’，
R’=（A1-A1’+A1’*R）/A1；
3.2、保持产水流量不变，PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下排水流量的控制目标值F04set’，
F04set’=F02/R’- F02；
再将排水流量计反馈的实际排水流量F04’与F04set’进行对比，当F04’>F04set’时，PLC控制系统控制排水调节阀的开度自动减小，当F04’<F04set’时，PLC控制系统控制排水调节阀的开度自动加大，以确保F04’始终等于或接近于F04set’；
3.3、PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下的实际产水流量F02’，
F02’=F01’- F04’= F02/R’- F04’，
再将计算得到的F02’与F02进行对比，当F02’>F02时，PLC控制系统控制高压泵的频率自动减小，当F02’<F02时，PLC控制系统控制高压泵的频率自动加大，以确保F02’始终等于或接近于F02。
本发明的另一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1、反渗透系统设计计算
1.1、确定反渗透系统的设计产水流量F02；
1.2、确定基准水质A1，根据基准水质选择阻垢剂计算软件或反渗透膜计算软件，计算出在基准水质条件下反渗透系统的设计基准回收率R，并选择相应的进水水质计将其安装在进水管道上；再利用反渗透膜计算软件，计算出反渗透膜组的排列情况；
1.3、根据单支反渗透膜的最小浓水量和反渗透膜组的排列情况，计算出系统设计最小浓水流量F05；
1.4、计算确定在基准水质条件下的进水流量F01、回水流量F03和排水流量F04，其满足以下计算公式：
F01= F02/R；
F04=F01-F02；
F03=F05-F04+Fn1，且F03≥0，其中Fn1为系统最小浓水流量设计余量；
步骤2、在基准水质A1下运行反渗透系统：
分别调节排水调节阀和回水调节阀的开度，使进水流量计的读数等于F01、排水流量计的读数等于F02、回水流量计的读数等于F03；
步骤3、在实际进水水质A1’下运行反渗透系统
3.1、PLC控制系统根据以下公式计算出系统实际控制回收率R’，
R’= （A1-A1’+A1’*R）/A1；
3.2、保持产水流量不变，PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下排水流量的控制目标值F04set’，
F04set’=F02/R’- F02；
再将排水流量计反馈的实际排水流量F04’与F04set’进行对比，当F04’>F04set’时，PLC控制系统控制排水调节阀的开度自动减小，当F04’<F04set’时，PLC控制系统控制排水调节阀的开度自动加大，以确保F04’始终等于或接近于F04set’；
3.3、PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下回水流量的控制目标值F03set’，
F03set’=F05-F04’+Fn1，且F03set’≥0；
再将回水流量计反馈的实际回水流量F03’与F03set’进行对比，当F03’>F03set’时，PLC控制系统控制回水调节阀的开度自动减小，当F03’<F03set’时，PLC控制系统控制回水调节阀的开度自动加大，以确保F03’始终等于或接近于F03set’；
3.4、PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下的实际产水流量F02’，
F02’=F01’- F04’= F02/R’- F04’，
再将计算得到的F02’与F02进行对比，当F02’>F02时，PLC控制系统控制高压泵的频率自动减小，当F02’<F02时，PLC控制系统控制高压泵的频率自动加大，以确保F02’始终等于或接近于F02。
本发明的有益效果是：本发明的反渗透系统，通过进水水质计检测进水的水质信号，使PLC控制系统能够根据进水水质的变化计算出系统实际控制回收率，进而调节排水调节阀和/或回水调节阀的开度以及高压泵的频率，从而使系统始终在合理的回收率下有效运行，可大大提高系统的运行稳定性，避免水资源和能源浪费，提高系统工作效率。本发明的反渗透系统控制方法，通过保持产水流量不变，并通过调节排水流量和/或回水流量的方法实时调节系统回收率，可实现在进水水质发生变化时将系统快速的调节至合适的回收率，确保达到最佳的节水节能运行效果，可有效控制反渗透系统内部结垢风险，确保反渗透系统运行稳定。
附图说明
图1为本发明的反渗透系统的主要配置结构示意图；
图2为本发明的实施例一中反渗透系统的具体配置结构示意图；
图3为本发明的实施例二中反渗透系统的具体配置结构示意图。
具体实施方式
见图1，本发明的一种稳定节能型反渗透系统，其包括反渗透膜组5，反渗透膜组5的进水端连接有进水管道14，进水管道14上沿水流方向依次设置有进水保安过滤器1、进水流量计2和高压泵4，高压泵4配置有变频器；反渗透膜组5的产水端连接有产水管道15，反渗透膜组5的浓水端连接有排水管道17，排水管道17上沿水流方向依次设置有排水调节阀11和排水流量计12；其还包括PLC控制系统13和进水水质计3；进水水质计3安装在进水流量计2和高压泵4之间的进水管道14上，进水水质计3为电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；进水流量计2、进水水质计3、高压泵4、排水调节阀11、排水流量计12分别与PLC控制系统13电连接；进水水质计3用于检测进水水质并将水质信号传输至PLC控制系统13，PLC控制系统13根据水质信号计算出系统实际控制回收率，并根据系统实际控制回收率实时调节排水调节阀11的开度和高压泵4的频率。
当选用多台进水水质计3作为反渗透系统运行控制依据时，可以所计算出的系统实际控制回收率中的最低值为控制依据。当进水水质计3选用电导率表时，参考品牌型号为GF SIGNET 的9900表头+2820探头；选用硬度检测仪表时，参考品牌型号为HACH APA6000；选用二氧化硅检测仪表时，参考品牌型号为Polymetron 9610。
见图1，本发明的一种稳定节能型反渗透系统还包括回水管道18，反渗透膜组5的浓水端通过浓水管道16连接排水管道17，回水管道18的一端与浓水管道16连接，回水管道18的另一端与进水管道14连接，回水管道18的另一端位于进水水质计3和高压泵4之间，回水管道18上安装有回水调节阀8和回水流量计9，回水调节阀8和回水流量计9分别与PLC控制系统13电连接，PLC控制系统13根据系统实际控制回收率实时调节回水调节阀8的开度。
回水调节阀8的作用是：调节确保反渗透系统的浓水流量始终大于或等于系统设计最小浓水流量，从而确保系统能够正常稳定运行。在系统运行前，可先通过计算判断是否需要设置回水管道。通常可使用以下判断方法：根据实际进水水质中的各离子的浓度范围，计算出当进水水质最好时（即离子浓度取最小值时）反渗透系统可以获得的最大理论回收率，再根据此最大理论回收率计算出所需要的回水流量，如果所需要的回水流量大于零，则需要设置回水管道，否则，不需要设置回水管道。
优选的，进水流量计2、排水流量计12和回水流量计9均为叶轮式或变频式电子流量计，参考品牌型号为GF SIGNET 的9900表头+51530探头。
优选的，排水调节阀11和回水调节阀8均为电动比例调节阀或气动比例调节阀。如此设置，便于PLC控制系统对排水调节阀和回水调节阀的开度进行调节。
见图1，本发明的一种稳定节能型反渗透系统还包括冲洗管道19，冲洗管道19的一端与浓水管道16连接，冲洗管道19的另一端与排水管道17连接，冲洗管道19的另一端位于排水流量计12与排水管道17的出口之间，冲洗管道19上安装有自动阀10，自动阀10与PLC控制系统电连接，自动阀10为电动阀或气动阀。冲洗管道19主要用于停机冲洗，防止在系统停机后因反渗透系统内浓水含盐量过高而结垢。冲洗管道19的另一端也可直接外设，不与排水管道连接，见图3。
优选的，见图1，产水管道15上安装有产水水质计6和产水流量计7，产水水质计6为电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；产水水质计6和产水流量计7分别与PLC控制系统13电连接。其中，产水水质计用于对产出水的水质进行检测，其检测结果可用于与进水水质计2的检测结果进行对比分析。产水流量计7的读数可用于与计算得到的实际产水流量进行对照，参考品牌型号为GF SIGNET 的9900表头+51530探头。
优选的，位于排水调节阀和排水流量计之间的排水管道上可安装排水水质计（图1中未示出），排水水质计可选用电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；排水水质计与PLC控制系统电连接。排水水质计用于对浓水排水的水质进行检测。
图1中，20为蝶阀，21为软接头，22为止回阀。
图1中，主要部件的作用如下：进水保安过滤器1的作用是过滤颗粒，保护反渗透系统；进水流量计2用于监测反渗透系统的进水流量，和排水流量计12一起对高压泵的运行频率进行控制，从而间接控制系统的产水量；高压泵4用于对反渗透系统进水进行加压从而达到可以驱动一部分水透过反渗透膜的压力需求；反渗透膜组5用于对进水进行脱盐；回水调节阀8用于调整反渗透系统的回水流量，从而达到系统设计最小浓水流量要求；回水流量计9监测反渗透系统的回水流量，用于对反渗透系统的回水调节阀8进行调节控制；排水调节阀11用于调整反渗透系统的排水流量，从而调节反渗透系统的回收率；排水流量计12监测反渗透系统的排水流量，用于对反渗透系统的排水调节阀11进行调节控制。
当不需要设置回水管道时，本发明的一种稳定节能型反渗透系统的控制方法包括以下步骤：
步骤1、反渗透系统设计计算
1.1、确定反渗透系统的设计产水流量F02；
1.2、确定基准水质A1，根据基准水质选择阻垢剂计算软件或反渗透膜计算软件，计算出在基准水质条件下反渗透系统的设计基准回收率R，并选择相应的进水水质计3将其安装在进水管道14上；利用反渗透膜计算软件，计算出反渗透膜组5的排列情况；
1.3、根据单支反渗透膜的最小浓水量和反渗透膜组5的排列情况，计算出系统设计最小浓水流量F05；
1.4、计算确定在基准水质条件下的进水流量F01和排水流量F04，其满足以下计算公式：
F01= F02/R；
F04=F01-F02；
步骤2、在基准水质A1下运行反渗透系统：
调节排水调节阀11的开度，使进水流量计2的读数等于F01、排水流量计12的读数等于F02；
步骤3、在实际进水水质A1’下运行反渗透系统
3.1、PLC控制系统13根据以下公式计算出系统实际控制回收率R’，
R’= （A1-A1’+A1’*R）/A1；
3.2、保持产水流量不变，PLC控制系统13根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下排水流量的控制目标值F04set’，
F04set’ =F02/R’- F02；
再将排水流量计12反馈的实际排水流量F04’与F04set’进行对比，当F04’>F04set’时，PLC控制系统13控制排水调节阀11的开度自动减小，当F04’<F04set’时，PLC控制系统13控制排水调节阀11的开度自动加大，以确保F04’始终等于或接近于F04set’；
3.3、PLC控制系统13根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下的实际产水流量F02’，
F02’=F01’- F04’= F02/R’ - F04’，
再将计算得到的F02’与F02进行对比，当F02’>F02时，PLC控制系统13控制高压泵4的频率自动减小，当F02’<F02时，PLC控制系统13控制高压泵4的频率自动加大，以确保F02’始终等于或接近于F02。
当需要设置回水管道时，本发明的一种稳定节能型反渗透系统的控制方法包括以下步骤：
步骤1、反渗透系统设计计算
1.1、确定反渗透系统的设计产水流量F02；
1.2、确定基准水质A1，根据基准水质选择阻垢剂计算软件或反渗透膜计算软件，计算出在基准水质条件下反渗透系统的设计基准回收率R，并选择相应的进水水质计3将其安装在进水管道14上；利用反渗透膜计算软件，计算出反渗透膜组5的排列情况；
1.3、根据单支反渗透膜的最小浓水量和反渗透膜组5的排列情况，计算出系统设计最小浓水流量F05；
1.4、计算确定在基准水质条件下的进水流量F01、回水流量F03和排水流量F04，其满足以下计算公式：
F01= F02/R；
F04=F01-F02；
F03=F05-F04+Fn1，且F03≥0，其中Fn1为系统最小浓水流量设计余量，本发明中，取Fn1=1 m3/Hr；
步骤2、在基准水质A1下运行反渗透系统：
分别调节排水调节阀11和回水调节阀8的开度，使进水流量计2的读数等于F01、排水流量计12的读数等于F02、回水流量计9的读数等于F03；
步骤3、在实际进水水质A1’下运行反渗透系统
3.1、PLC控制系统13根据以下公式计算出系统实际控制回收率R’，
R’= （A1-A1’+A1’*R）/A1；
3.2、保持产水流量不变，PLC控制系统13根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下排水流量的控制目标值F04set’，
F04set’ =F02/R’- F02；
再将排水流量计12反馈的实际排水流量F04’与F04set’进行对比，当F04’>F04set’时，PLC控制系统13控制排水调节阀11的开度自动减小，当F04’<F04set’时，PLC控制系统13控制排水调节阀11的开度自动加大，以确保F04’始终等于或接近于F04set’；
3.3、PLC控制系统13根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下回水流量的控制目标值F03set’，
F03set’=F05-F04’+Fn1，且F03set’≥0；
再将回水流量计9反馈的实际回水流量F03’与F03set’进行对比，当F03’>F03set’时，PLC控制系统13控制回水调节阀8的开度自动减小，当F03’<F03set’时，PLC控制系统13控制回水调节阀8的开度自动加大，以确保F03’始终等于或接近于F03set’；
3.4、PLC控制系统13根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下的实际产水流量F02’，
F02’=F01’- F04’= F02/R’ - F04’
再将计算得到的F02’与F02进行对比，当F02’>F02时，PLC控制系统13控制高压泵4的频率自动减小，当F02’<F02时，PLC控制系统13控制高压泵4的频率自动加大，以确保F02’始终等于或接近于F02。
下面以两个具体实施例详细说明反渗透系统的控制方法。
实施例1
纯水制备的反渗透系统，其进水为自来水，自来水的水质情况并不是稳定的，会存在旱季水质较差、离子含量高，而雨季水质好、离子含量低的情况。因此，如果仍以恒定回收率制备纯水，将影响系统运行稳定性，或浪费能源。
首先，确定反渗透系统的设计基准产水流量F02=60 m3/hr。
确定的基准水质条件以及系统实际进水水质条件见表1。
表1
水质条件 单位 基准水质 实际进水水质
PH 7.6 7.6
TDS mgCaCO3/L 500 200~1000
Ca mgCaCO3/L 250 100~500
SiO2 mgCaCO3/L 15 6~30
HCO3 - mgCaCO3/L 100 120~600
Na mgCaCO3/L 150 50~250
Cl mgCaCO3/L 200 70~350
由于水中含有容易结垢的成分，如Ca和SiO2，因此选用阻垢剂计算软件来计算在基准水质条件下反渗透系统的设计基准回收率R，阻垢剂计算软件为现有技术，本发明使用的是美国AWC公司生产的型号为A-102的阻垢剂计算软件。计算结果如下：
1）在基准水质条件下，结合美国AWC组垢剂加药后，当系统运行回收率>82%时，CaCO3的结垢风险大于100%，当系统运行回收率>94%时，SiO2的结垢风险大于100%。
2）在最差水质条件下，即当实际进水水质中各成分的浓度取最大值时，结合组垢剂加药后，当系统运行回收率>64%时，CaCO3的结垢风险大于100%，当系统运行回收率>88%时，SiO2的结垢风险大于100%。
3）在最佳水质条件状况下，即当实际进水水质中各成分的浓度取最小值时，结合组垢剂加药后，当系统运行回收率>92.8%时，CaCO3的结垢风险大于100%，当系统运行回收率>97.6%时，SiO2的结垢风险大于100%。
从上面计算结果我们可以判定，CaCO3结垢为本系统的主要结垢风险源。因此我们可以在进水管道14上安装硬度检测仪表来检测进水水质情况。
如果经过计算后得出SiO2结垢为主要结垢风险源，则可以在进水管道14上安装二氧化硅检测仪表来检测进水水质情况。
本实施例中，反渗透系统的具体配置结构示意图见图2。图2中，23为电导率表，本系统中的电导率表23不参与回收率的计算控制，其用于监测反渗透系统的进水电导率；24为高压泵进水压力开关，设置在进水管道上，用于对反渗透系统进行运行保护，防止反渗透系统进水缺水；25为压力表，图中有四个压力表，分别设置在高压泵4的前后两侧、产水管道15以及浓水管道16上，用于测量观察水压；26为高压泵出水压力保护开关，用于防止反渗透系统运行过程中出现超压的情况。本系统中的产水水质计选择的是电导率表，用于监测反渗透系统的产水电导率，可以和反渗透系统的进水电导率对比来判断反渗透系统的脱盐率。
根据以上计算结果，在基准水质条件下反渗透系统的计算最高回收率为82%，而在实际操作时，一般会人为的放一定的安全余量，因此最后得出，在基准水质条件下反渗透系统的设计基准回收率R=75%。
根据DOW公司生产的型号为ROSA的反渗透膜计算软件，计算出反渗透膜组5的排列情况如下：
反渗透膜组组成：12支膜壳，6芯装，8:4排列；膜的数量：72支膜；膜的选型：陶氏BW30-400。
下面计算是否需要设置回水管道：
参照系统实际控制回收率R’的计算公式，R’=（A1-A1’+ A1’* R）/A1，可以计算出在实际进水水质A1’条件下，系统设计的最大回收率Rmax和最小回收率Rmin：
当实际进水水质最好时，反渗透系统可以获得最大回收率Rmax，此时Rmax=（A1-A1’min+ A1’min* R）/A1=（250-100+100*75%）/250=0.9=90%。
当实际进水水质最差时，反渗透系统可以获得最低回收率Rmin，此时Rmin=（A1-A1’max+ A1’max* R）/A1=（250-500+500*75%）/250=0.5=50%。
根据反渗透膜厂商所给定的参数，所选的BW30-400型号反渗透膜用于一级反渗透系统中时的单支反渗透膜的最小浓水量为3.5m3/Hr，由于反渗透膜组为8:4排列，则系统总最小浓水量为3.5*4=14 m3/Hr，故可得出系统设计最小浓水流量F05=14 m3/Hr。
当系统回收率达到最大回收率Rmax=90%时，此时对应的排水流量F04’= F01’-F02’= F02’/Rmax-F02’=6m3/Hr，则需要的回水流量目标值F03set’=F05-F04’+Fn1=14-6+1=9，由于F03set’>0，因此需要设置回水管道。
根据设计产水流量F02和设计基准回收率R，可计算得出：
在基准水质条件下的进水流量F01=F02/R=60 /75%=80m3/Hr；
在基准水质条件下的排水流量F04=F01-F02=80-60=20m3/Hr
在基准水质条件下的回水流量F03=F05-F04+Fn1=14-20+1=-5，由于F03≥0，因此取F03=0。
在基准水质A1下运行反渗透系统：分别调节排水调节阀11和回水调节阀8的开度，使进水流量计2的读数等于F01、排水流量计12的读数等于F02、回水流量计9的读数等于F03。
在实际进水水质A1’下运行反渗透系统，假设此时实际进水水质中Ca的浓度降低为150 mgCaCO3/L，则PLC控制系统13可自动计算出：
系统实际控制回收率R’=（A1-A1’+A1’*R）/A1=（250-150+150*0.75）/250=85%，
排水流量的控制目标值F04set’=F02/R’- F02=60 /85%-60 =10.6m3/Hr，
回水流量的控制目标值F03set’=F05-F04’+Fn1=14 -10.6 +1 =4.4m3/Hr，
然后PLC控制系统13会将排水流量计12反馈的实际排水流量F04’和回水流量计9反馈的实际回水流量F03’分别与F04set’和F03set’对比，从而实时调节排水调节阀11和回水调节阀8的开度。并根据实际产水流量F02’与F02的对比结果，实时调节高压泵4的频率。
综上，可以看出，当进水水质中Ca的浓度从250 mgCaCO3/L降低到150 mgCaCO3/L时，系统的安全回收率可以从原来的75%提高到85%，即进水水质中Ca的浓度为250mgCaCO3/L、回收率为75%时反渗透系统内部结垢概率和进水水质中Ca的浓度为150mgCaCO3/L、回收率为85%时反渗透系统内部的结垢概率基本相同。
假设此时实际进水水质中Ca的浓度升高到400mgCaCO3/L，则PLC控制系统13可自动计算出：
系统实际控制回收率R’=（A1-A1’+A1’*R）/A1=（250-400+400*0.75）/250=60%，
排水流量的控制目标值F04set’=F02/R’- F02=60 /60%-60 =40m3/Hr，
回水流量的控制目标值F03set’=F05-F04’+Fn1=14 -40 +1，即F03set’=0，
然后PLC控制系统13会将排水流量计12反馈的实际排水流量F04’和回水流量计9反馈的实际回水流量F03’分别与F04set’和F03set’对比，从而调节排水调节阀11和回水调节阀8的开度。并根据实际产水流量F02’与F02的对比结果，实时调节高压泵4的频率。
综上，可以看出，当进水水质中Ca的浓度从250mgCaCO3/L升高到400mgCaCO3/L时，系统的安全回收率需要从原来的75%降低到60%，以确保反渗透系统内部的结垢概率与基准状态相等。
通过阻垢剂计算软件还可以计算出，假如反渗透系统的回收率维持在75%且不进行自动调整的话，当进水中Ca的浓度>347mgCaCO3/L时，反渗透系统中的结垢概率将大于100%，反渗透系统将被迅速堵塞。
因此，根据反渗透系统进水水质灵活的自动调整反渗透系统回收率显得十分有意义且必要。
实施例2
某废水回收系统，其废水中主要成分为Na2SO4，浓度为1000 mg/L~2500mg/L。计划通过反渗透系统对其进行处理，并分别对水和Na2SO4进行回收，设定的Na2SO4回收指标是将其浓度浓缩到约10000mg/L。
首先，确定反渗透系统的设计基准产水流量F02=60 m3/hr。
确定的基准水质条件以及系统实际进水水质条件见表2。
表2
水质条件 单位 基准水质 实际进水水质
Na2SO4 mg/L 2000 1000~2500
本实施例中因为没有容易产生结垢的成分，故不考虑阻垢剂加药。由于进水成分为单一的Na2SO4，而Na2SO4的浓度可以通过电导率体现出来，因此进水水质计3选用电导率表。
参照上述基准水质条件，结合DOW公司生产的型号为ROSA的反渗透膜软件计算结果，得出，在基准水质条件状况下，当系统运行回收率=80%时，浓水的排水浓度符合回用要求。所以，本实施例在基准水质条件下反渗透系统的设计基准回收率R=80%。
本实施例中，反渗透系统的具体配置结构示意图见图3。图3中的产水水质计选用电导率表，可以和反渗透系统的进水电导率对比来判断反渗透系统的脱盐率。
根据DOW公司生产的型号为ROSA的反渗透膜计算软件，计算出反渗透膜组5的排列情况如下：
反渗透膜组组成：12支膜壳，6芯装，8:4排列；膜的数量：72支膜；膜的选型：陶氏BW30-400。
下面计算是否需要设置回水管道：
参照系统实际控制回收率R’的计算公式，R’=（A1-A1’+ A1’* R）/A1，可以计算出在实际进水水质条件下，系统设计的最大回收率Rmax和最小回收率Rmin：
当实际进水水质最好时，反渗透系统可以获得最大回收率Rmax，此时Rmax=（A1-A1’min+ A1’min* R）/A1=（2000-1000+1000*80%）/2000=0.9=90%。
当实际进水水质最差时，反渗透系统可以获得最低回收率Rmin，此时Rmin=（A1-A1’max+ A1’max* R）/A1=（250-500+500*75%）/250=0.5=50%。
根据反渗透膜厂商所给定的参数，所选的BW30-400型号反渗透膜用于一级反渗透系统中时的单支反渗透膜的最小浓水量为3.5m3/Hr，由于反渗透膜组为8:4排列，则系统总最小浓水量为3.5*4=14 m3/Hr，故可得出系统设计最小浓水流量F05=14 m3/Hr。
当系统回收率达到最大回收率Rmax=90%时，此时对应的排水流量F04’= F01’-F02’= F02’/Rmax-F02’=6m3/Hr，则需要的回水流量目标值F03set’=F05-F04’+Fn1=14-6+1=9，由于F03set’>0，因此需要设置回水管道。
根据设计产水流量F02和设计基准回收率R，可计算得出：
在基准水质条件下的进水流量F01=F02/R=60 /80%=75m3/Hr；
在基准水质条件下的排水流量F04=F01-F02=75-60=15m3/Hr
在基准水质条件下的回水流量F03=F05-F04+Fn1=14-15+1=0。
在基准水质A1下运行反渗透系统：分别调节排水调节阀11和回水调节阀8的开度，使进水流量计2的读数等于F01、排水流量计12的读数等于F02、回水流量计9的读数等于F03。
在实际进水水质A1’下运行反渗透系统，假设此时Na2SO4的实际进水浓度降低为1500 mg/L，则PLC控制系统13可自动计算出：
系统实际控制回收率R’=（A1-A1’+A1’*R）/A1=（2000-1500+1500*0.8）/2000=85%，
排水流量的控制目标值F04set’=F02/R’- F02=60 /85%-60 =10.6m3/Hr，
回水流量的控制目标值F03set’=F05-F04’+Fn1=14 -10.6 +1 =4.4m3/Hr，
然后PLC控制系统13将排水流量计12反馈的实际排水流量F04’和回水流量计9反馈的实际回水流量F03’分别与F04set’和F03set’对比，从而调节排水调节阀11和回水调节阀8的开度。并根据实际产水流量F02’与F02的对比结果，实时调节高压泵4的频率。
综上，可以看出，当Na2SO4的进水浓度从2000 mg/L降低到1500 mg/L时，回收率需要从原来的80%提高到85%，才能保证系统排水Na2SO4浓度达到目标值。
假设此时Na2SO4的实际进水浓度升高为2500mg/L，则PLC控制系统13可自动计算出：
系统实际控制回收率R’=（A1-A1’+A1’*R）/A1=（2000-2500+2500*0.8）/2000=75%，
排水流量的控制目标值F04set’=F02/R’- F02=60 /75%-60 =20m3/Hr，
回水流量的控制目标值F03set’=F05-F04’+Fn1=14 -20 +1，即F03set’=0，
然后PLC控制系统13将排水流量计12反馈的实际排水流量F04’和回水流量计9反馈的实际回水流量F03’分别与F04set’和F03set’对比，从而调节排水调节阀11和回水调节阀8的开度。并根据实际产水流量F02’与F02的对比结果，实时调节高压泵4的频率。
综上，可以看出，当Na2SO4的进水浓度从2000mg/L升高到2500mg/L时，系统的安全回收率需要从原来的80%降低到75%，才能保证系统排水Na2SO4浓度达到目标值。
因此，在本实施例中对反渗透系统回收率调节十分必要，否则反渗透系统的排水浓度将很难保持稳定。

Claims (9)

1.一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，反渗透系统包括反渗透膜组，所述反渗透膜组的进水端连接有进水管道，所述进水管道上沿水流方向依次设置有进水保安过滤器、进水流量计和高压泵；所述反渗透膜组的产水端连接有产水管道，所述反渗透膜组的浓水端连接有排水管道，所述排水管道上沿水流方向依次设置有排水调节阀和排水流量计，其特征在于：其还包括PLC控制系统和进水水质计；所述进水水质计安装在所述进水流量计和所述高压泵之间的所述进水管道上，所述进水水质计为电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；所述进水流量计、所述进水水质计、所述高压泵、所述排水调节阀、所述排水流量计分别与所述PLC控制系统电连接；所述进水水质计用于检测进水水质并将水质信号传输至PLC控制系统，所述PLC控制系统根据所述水质信号计算出系统实际控制回收率，并根据系统实际控制回收率实时调节所述排水调节阀的开度和所述高压泵的频率；
控制方法包括以下步骤：
步骤1、反渗透系统设计计算
1.1、确定反渗透系统的设计产水流量F02；
1.2、确定基准水质A1，根据基准水质选择阻垢剂计算软件或反渗透膜计算软件，计算出在基准水质条件下反渗透系统的设计基准回收率R，并选择相应的进水水质计将其安装在进水管道上；再利用反渗透膜计算软件，计算出反渗透膜组的排列情况；
1.3、根据单支反渗透膜的最小浓水量和反渗透膜组的排列情况，计算出系统设计最小浓水流量F05；
1.4、计算确定在基准水质条件下的进水流量F01和排水流量F04，其满足以下计算公式：
F01= F02/R；
F04=F01-F02；
步骤2、在基准水质A1下运行反渗透系统：
调节排水调节阀的开度，使进水流量计的读数等于F01、排水流量计的读数等于F02；
步骤3、在实际进水水质A1’下运行反渗透系统
3.1、PLC控制系统根据以下公式计算出系统实际控制回收率R’，
R’=（A1-A1’+A1’*R）/A1；
3.2、保持产水流量不变，PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下排水流量的控制目标值F04set’，
F04set’=F02/R’- F02；
再将排水流量计反馈的实际排水流量F04’与F04set’进行对比，当F04’>F04set’时，PLC控制系统控制排水调节阀的开度自动减小，当F04’<F04set’时，PLC控制系统控制排水调节阀的开度自动加大，以确保F04’始终等于或接近于F04set’；
3.3、PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下的实际产水流量F02’，
F02’=F01’- F04’= F02/R’- F04’，
再将计算得到的F02’与F02进行对比，当F02’>F02时，PLC控制系统控制高压泵的频率自动减小，当F02’<F02时，PLC控制系统控制高压泵的频率自动加大，以确保F02’始终等于或接近于F02。
2.根据权利要求1所述的一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于：其还包括回水管道，所述反渗透膜组的浓水端通过浓水管道连接所述排水管道，所述回水管道的一端与所述浓水管道连接，所述回水管道的另一端与所述进水管道连接，所述回水管道的另一端位于所述进水水质计和所述高压泵之间，所述回水管道上安装有回水调节阀和回水流量计，所述回水调节阀和所述回水流量计分别与所述PLC控制系统电连接，所述PLC控制系统根据系统实际控制回收率实时调节所述回水调节阀的开度。
3.根据权利要求2所述的一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于：所述进水流量计、所述排水流量计和所述回水流量计均为电子式流量计。
4.根据权利要求1或2所述的一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于：所述排水调节阀和所述回水调节阀均为电动比例调节阀或气动比例调节阀。
5.根据权利要求1或2所述的一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于：其还包括冲洗管道，所述冲洗管道的一端与所述浓水管道连接，所述冲洗管道的另一端与所述排水管道连接，所述冲洗管道的另一端位于所述排水流量计和所述排水管道的出口之间，所述冲洗管道上安装有自动阀，所述自动阀与所述PLC控制系统电连接。
6.根据权利要求5所述的一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于：所述自动阀为电动阀或气动阀。
7.根据权利要求1或2所述的一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于：所述产水管道上安装有产水水质计和产水流量计，所述产水水质计为电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；所述产水水质计和所述产水流量计分别与所述PLC控制系统电连接。
8.根据权利要求1或2所述的一种稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于：位于所述排水调节阀和所述排水流量计之间的所述排水管道上安装有排水水质计，所述排水水质计为电导率表、硬度检测仪表、二氧化硅检测仪表中的一种或一种以上；所述排水水质计与所述PLC控制系统电连接。
9. 一种如权利要求2所述的稳定节能型反渗透系统的控制方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1、反渗透系统设计计算
1.1、确定反渗透系统的设计产水流量F02；
1.2、确定基准水质A1，根据基准水质选择阻垢剂计算软件或反渗透膜计算软件，计算出在基准水质条件下反渗透系统的设计基准回收率R，并选择相应的进水水质计将其安装在进水管道上；再利用反渗透膜计算软件，计算出反渗透膜组的排列情况；
1.3、根据单支反渗透膜的最小浓水量和反渗透膜组的排列情况，计算出系统设计最小浓水流量F05；
1.4、计算确定在基准水质条件下的进水流量F01、回水流量F03和排水流量F04，其满足以下计算公式：
F01= F02/R；
F04=F01-F02；
F03=F05-F04+Fn1，且F03≥0，其中Fn1为系统最小浓水流量设计余量；
步骤2、在基准水质A1下运行反渗透系统：
分别调节排水调节阀和回水调节阀的开度，使进水流量计的读数等于F01、排水流量计的读数等于F02、回水流量计的读数等于F03；
步骤3、在实际进水水质A1’下运行反渗透系统
3.1、PLC控制系统根据以下公式计算出系统实际控制回收率R’，
R’=（A1-A1’+A1’*R）/A1；
3.2、保持产水流量不变，PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下排水流量的控制目标值F04set’，
F04set’=F02/R’- F02；
再将排水流量计反馈的实际排水流量F04’与F04set’进行对比，当F04’>F04set’时，PLC控制系统控制排水调节阀的开度自动减小，当F04’<F04set’时，PLC控制系统控制排水调节阀的开度自动加大，以确保F04’始终等于或接近于F04set’；
3.3、PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下回水流量的控制目标值F03set’，
F03set’=F05-F04’+Fn1，且F03set’≥0；
再将回水流量计反馈的实际回水流量F03’与F03set’进行对比，当F03’>F03set’时，PLC控制系统控制回水调节阀的开度自动减小，当F03’<F03set’时，PLC控制系统控制回水调节阀的开度自动加大，以确保F03’始终等于或接近于F03set’；
3.4、PLC控制系统根据以下公式计算出在实际进水水质A1’条件下的实际产水流量F02’，
F02’=F01’- F04’= F02/R’- F04’，
再将计算得到的F02’与F02进行对比，当F02’>F02时，PLC控制系统控制高压泵的频率自动减小，当F02’<F02时，PLC控制系统控制高压泵的频率自动加大，以确保F02’始终等于或接近于F02。
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CN205948688U (zh) * 2016-08-26 2017-02-15 印萍 一种恒产水量恒回收率稳定控制的反渗透系统
CN206173048U (zh) * 2016-10-08 2017-05-17 德兰梅勒（北京）分离技术股份有限公司 一种反渗透产水自动调节装置

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