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反渗透纯水技术的现状、发展与研究(三)

反渗透纯水技术的现状、发展与研究3

⑵ 系统优化设计
研制这一优化设计方案谱系的工作量虽然很大,但通过笔者及合作人员的初期尝试,证明这一设想是可行的。这里仅给出该设想的基本构架,供有志于此方向者参考。

一个完整的RO纯水制备系统可划分为预处理系统与膜系统两大部分,每部分又可划分为设计、运行、清洗三大内容。因此完整意义的系统优化包括:
预处理工艺结构优化。 预处理运行参数优化。 预处理清洗工艺优化。
膜系统工艺结构优化。 膜系统运行参数优化。 膜系统清洗工艺优化。
各部分优化模块的关系见图1。这里的每一项均是针对特定局部系统的特定内容,以特定费用最低为目标的最优化问题。

膜系统运行参数优化与预处理运行参数优化,旨在模拟各种可选的预处理与膜系统工艺结构的运行工况,以求得各工况对应的最低运行费用,其结果应分别是一族对应不同工艺结构的最低运行费用曲线。预处理清洗工艺优化与膜系统清洗工艺优化,旨在模拟预处理与膜系统中对应膜及各滤材的不同污染或结垢深度的清洗工艺,以求得各工艺对应的膜及各滤材更换与清洗的最低费用,其结果应分别是一族对应不同污染或结垢深度的更换与清洗的最低费用曲线。
预处理工艺结构优化模型可定性地表示为:
优化目标:预处理系统投资、运行费。材料更换费、清洗费、水费之和的总费用最低。
优化约束:膜系统给水流量、膜系统给水污染指数、有机物、微生物含量等水质指标。
优化求解:预处理系统工艺结构。
水质条件:反渗透系统原水的污染指数、无机盐、有机物、微生物等水质指标。
设定数值:预处理系统运行费、材料更换及清洗费、原水水价。
模型中的预处理系统运行费、材料更换及清洗费分别由预处理运行参数优化和预处理清洗工艺优化两模型给出。该优化结果为以膜系统给水流量为自变量的预处理系统最低费用曲线,且附加以膜系统给水水质水平为自变量的修正系数曲线。

膜系统工艺结构优化模型可定性地表示为:
优化目标:膜系统投资、运行费、膜更换费、清洗费、给水水费之和的总费用最低。
优化约束:系统设计要求的膜系统产水量及产水水质指标。
优化求解:膜系统工艺结构。膜系统回收率。
水质条件:膜系统给水污染指数、有机物、微生物含量等水质指标。
设定数值:膜系统运行费、膜更换及清洗费、系统给水水价.

模型中的膜系统运行费、膜更换及清洗费分别由膜系统运行参数优化及膜系统清洗工艺优化两模型给出;给水中污染指数、有机物、微生物含量等指标由预处理工艺结构优化模型给出;预处理工艺中如配置软水器、锰砂滤器等去离子设备,则膜系统给水无机盐分布还受预处理工艺配置的影响。该优化结果为以RO系统产水流量为自变量的膜系统最低费用曲线,且附加以膜系统产水水质水平为自变量的修正系数曲线。

如以膜系统给水污染指数(SDI)代表膜系统给水的非无机盐水质指标,则对应特定的RO系统产水流量要求与特定的RO系统原水无机盐水质条件,膜系统总费用是SD指标的单调增函数,预处理系统总费用是SDI指标的单调减函数。合成两个单调函数曲线,则形成特定工程的RO系统总费用曲线。合成曲线的最低点对应系统的最低投资、运行、耗材、清洗总费用;该点也同时对应着预处理与膜系统的最优工艺结构、最优运行参数、最优耗材更换期、最优清洗工艺。这就是图1中反渗透系统总体优化部分的实质内容。

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