大型膜法反滲透海水淡化系統(tǒng)優(yōu)化操作研究.pdf

1、隨著社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的淡水資源危機(jī)正在日益凸顯。在作為解決該問題最為有效的方法之一的海水淡化技術(shù)中，膜法反滲透海水淡化(Reverse Osmosis Seawater Desalination，SWRO)技術(shù)憑借其成本和工藝優(yōu)勢成為目前發(fā)展前景最被看好的技術(shù)。然而目前膜法海水淡化技術(shù)在制水過程中的運(yùn)行成本仍然偏高，采用過程系統(tǒng)工程的方法降低SWRO系統(tǒng)的運(yùn)行成本成為目前研究的熱點(diǎn)。本文在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，

2、以海水淡化系統(tǒng)分析和建模為基礎(chǔ)對其操作優(yōu)化展開研究，力圖從操作層面降低SWRO系統(tǒng)的運(yùn)行成本，本文取得如下研究成果：
　　1、分析了整個SWRO系統(tǒng)流程特點(diǎn)和參數(shù)變化情況，并根據(jù)質(zhì)量守恒、能量守恒和擴(kuò)散-薄膜理論，采用分布式方程建立RO制水模塊等環(huán)節(jié)的機(jī)理模型方程，并針對模型方程中含有非線性代數(shù)-微分方程而導(dǎo)致的精確快速求解困難情況，提出采用有限元配置技術(shù)的聯(lián)立求解方法離散微分方程中的狀態(tài)變量和控制變量、并采用內(nèi)點(diǎn)和稀疏技術(shù)進(jìn)行快

3、速求解的策略。然后，將本模型求解的脫鹽率和產(chǎn)水率指標(biāo)與陶氏化學(xué)的RONA9.0軟件和現(xiàn)場數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了本模型具有較好的準(zhǔn)確性，為下一步的操作優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
　　2、結(jié)合全流程SWRO系統(tǒng)特點(diǎn)，建立蓄水池的動態(tài)過程模型和變參數(shù)方程模型，并根據(jù)流程特點(diǎn)給出了各環(huán)節(jié)的能耗費(fèi)用和操作成本模型方程。在此基礎(chǔ)上建立了以系統(tǒng)總體操作費(fèi)用最低為目標(biāo)，以包括RO制水等各環(huán)節(jié)的開放式模型方程為約束，以設(shè)備安全操作和產(chǎn)品水水質(zhì)要求為邊界的

4、操作優(yōu)化命題，并以提出的聯(lián)立求解策略對某海水淡化廠的進(jìn)行實(shí)例研究，并得到了不同參數(shù)變化情況下的最優(yōu)操作曲線和系統(tǒng)主要指標(biāo)的變化曲線。計(jì)算結(jié)果表明：本文所使用的求解策略具有較高的求解效率，采用本操作優(yōu)化方法可以大幅度降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。
　　3、考慮到大規(guī)模海水淡化系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究了包含多個RO制水單元和多個蓄水單元組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模SWRO系統(tǒng)的操作優(yōu)化問題。以系統(tǒng)日均總操作費(fèi)用最低為目標(biāo)，建立了具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模SWRO系統(tǒng)

5、優(yōu)化命題，并對其進(jìn)行了實(shí)例研究分析，得到了不同參變情況下操控變量和狀態(tài)變量的最佳運(yùn)行軌跡。
　　4、考慮到膜污染對反滲透制水過程能耗和其他性能的影響，研究了系統(tǒng)長期運(yùn)行情況下反滲透膜的最佳清洗和更換策略。首先分析了膜污染對產(chǎn)水等性能指標(biāo)的影響，結(jié)合機(jī)理方程和半經(jīng)驗(yàn)方程建立了膜污染對膜透水率和透鹽率的影響模型、以及膜清洗對膜性能的恢復(fù)的影響關(guān)系模型，然后將膜清洗費(fèi)用和更換費(fèi)用加入到SWRO系統(tǒng)的操作成本目標(biāo)函數(shù)中，建立了以系統(tǒng)操作費(fèi)