中水回用系統的核心設備選型直接關系到系統的運行效率、出水水質和經濟效益。泵、膜組件和消毒裝置作為系統的關鍵組成部分,其選型需要綜合考慮處理規模、水質特性、運行成本和維護要求等多方面因素。
一、泵的選型標準
1、流量與揚程計算
流量確定:泵的流量應根據系統處理規模確定,通常取最大流量的1.1-1.2倍作為選型依據。計算公式為:Q = P×η/(2.73H),其中Q為流量(m3/h),P為軸功率(kW),η為水泵效率(%),H為揚程(m)。
揚程計算:總揚程由靜揚程、動揚程和壓力損失組成。靜揚程指泵出口中心線與吸水池水面之間的高差;動揚程指液體通過泵后獲得的動能轉化成的壓力;壓力損失包括管道摩擦損失和局部阻力損失。總揚程計算公式為:H = H吸 + H壓 - h損,其中h損為管路摩擦、閥門阻力的能量損耗。
2、選型原則
- 流量匹配:所選泵的額定流量應與系統設計流量相匹配,避免"大馬拉小車"現象
- 揚程裕量:計算出的總揚程需增加10%-20%的安全裕量,以應對系統運行中的最大阻力增加
- 效率優化:選擇水泵時,應確保工況點落在水泵高效率區域附近,保證運行穩定和經濟性
- 介質適應性:根據輸送介質特性(如清水、污水、腐蝕性液體)選擇相應的泵材質(鑄鐵、不銹鋼、氟塑料等)
3、功率計算
軸功率計算公式:P = ρ×g×Q×H/1000η,其中ρ為液體密度(kg/m3),g為重力加速度(9.81m/s?),Q為流量(m3/s),H為揚程(m),η為水泵效率(%)。
二、膜組件的選型標準
1、膜類型選擇
超濾膜:適用于預處理階段,過濾精度0.002-0.1μm,能有效去除大分子有機物、膠體、細菌等。PVDF材質具有親水性好、耐有機污染、耐酸堿等特點,運行壓力一般1-7bar。
反滲透膜:用于深度脫鹽,過濾精度0.0001μm,脫鹽率可達99%以上。主要材質為芳香族聚酰胺,運行壓力較高,通常用于純水制備。
納濾膜:介于超濾與反滲透之間,孔徑1-2nm,能選擇性去除二價、三價離子和分子量200-800的有機物,脫鹽率20%-98%。
2、選型參數
- 膜通量:超濾膜設計通量通常為8-15L/(m?·h),反滲透膜通量根據水質選擇,一般為17.8LMH左右
- 膜尺寸:產水量小于4T/H選用4040膜元件,大于4T/H選用8040膜元件
- 回收率:超濾系統回收率可達88%-90%,反滲透系統根據進水水質確定
- 抗污染性能:根據進水水質選擇抗污染膜或標準膜
3、膜排列方式
反滲透系統通常采用多段串聯排列,如28×14排列(第一段28根膜管,第二段14根膜管),通過合適的膜管并、串聯排列,形成科學的流量、壓力,保證Z低的動力消耗和元件水量平衡。
三、消毒裝置的選型標準
1、消毒方式對比
| 消毒方式 | 使用劑量 | 接觸時間 | 優點 | 缺點 |
| 紫外線消毒? | 10-40mJ/cm² | 10-15秒 | 無副產物、消毒速度快、占地面積小 | 受水質影響大、燈管需定期更換、無持續消毒能力 |
| 二氧化氯消毒? | 0.5-2mg/L | 10-20分鐘 | 消毒效果好、副產物少、不受氨氮影響 | 設備復雜、運行成本高、易爆炸需現場制備 |
| 臭氧消毒? | 2-5mg/L | 5-10分鐘 | 消毒效果非常強、同時降解有機物、無余氯 | 設備昂貴、運行成本高、尾氣需處理 |
| 氯消毒? | 10mg/L | 10-30分鐘 | 價格便宜、殺菌力強、有持續消毒能力 | 產生消毒副產物、對某些病毒無效 |
2、選型原則
紫外線消毒:適用于回用污水、嚴格排放標準場景,需確保水質SS低于30mg/L,濁度滿足穿透要求。紫外線燈管功率根據處理水量選擇,如200W/cm的UV燈管可確保消毒效率。
二氧化氯消毒:適用于中大規模水廠、對副產物敏感的場景。需配備自動投加設備,投加點設置在距主要用戶取水點水流時間大于15分鐘的主管線上。
氯消毒:適用于大型水廠,運行費用低、操作簡單。需配備泄漏報警裝置,氯氣濃度≥0.5ppm時報警。
3、聯合消毒方案
對于中水回用系統,建議采用紫外光與二氧化氯的異地聯合消毒。在管網始端安裝紫外線消毒器進行一次性消毒(照射劑量40-80mJ/cm2),在輸水關鍵節點投加二氧化氯(投加量0.5-2mg/L),既能提高殺菌能力,又能減少化學制劑投加量。
四、綜合選型建議
1、選型流程
- 水質分析:明確原水水質特性和回用水質要求
- 處理規模確定:根據日均處理量和高峰系數確定設備處理能力
- 工藝選擇:結合水質特點和回用用途選擇膜分離技術和消毒方式
- 設備配置:根據處理工藝配置相應的泵、膜組件和消毒裝置
- 性能驗證:通過性能曲線驗證設備選型合理性,確保工況點落在高效區
2、經濟性考慮
- 設備投資:優先選擇技術成熟、運行穩定的設備,避免過度配置
- 運行成本:考慮能耗、藥劑消耗、耗材更換周期等因素
- 維護成本:選擇維護便捷、備件供應充足的設備,降低維護難度
- 使用壽命:膜組件使用壽命應≥5年,泵類設備應具備良好的耐腐蝕性
3、安全與環保
- 安全防護:消毒設備需配備安全防護裝置,如二氧化氯發生器需防爆設計
- 環保要求:選擇低能耗、低噪音設備,符合環保標準
- 自動化控制:采用自動化控制系統,實現設備運行狀態的實時監測和自動調節
通過科學合理的設備選型,中水回用系統能夠實現高效穩定運行,出水水質滿足回用標準,同時降低運行成本,提高經濟效益和環境效益。