[發明專利]一種海水淡化系統中過濾預處理最佳清洗周期確定方法

無效

• 申請號: 201310018120.X
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103077319A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 王劍;姜周曙;江愛朋;黃國輝
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于信息技術領域，涉及到工業過程優化與控制等自動化技術，尤其涉及一種海水淡化系統中過濾預處理最佳清洗周期確定方法。

背景技術

過濾是確保反滲透海水淡化裝置可靠運行必不可少的一個前期環節，作用是防止膠體物質及懸浮固體、有機物、微生物對反滲透膜的污堵。機械過濾器也稱為壓力過濾器，是指過濾器在一定的壓力下進行過濾。水中含有的懸浮物、凝聚的片狀物、泥沙、鐵質、錳、以及用沉淀方法所不能去除的粘結膠質顆粒等，可通過壓力濾器內所裝的濾層，使水達到透明。通常采用水泵將待處理水輸入過濾器，過濾后，借助剩余的壓力將過濾水送到其后的用水裝置。過濾器廣泛應用在水處理工藝中，主要用于水處理除濁、軟化水、電滲析、反滲透的前級預處理，也可用于地表水、地下水的除泥沙等。

隨著過濾的進行，雜質在濾層內逐漸增加，濾層孔隙率降低，使得過濾能力下降，出力減少，不得不增加濾層兩端的壓降以達到一定的流速，從而使得過濾單位體積水的電能耗增加。因此在過濾達到一定時間后，就需要清洗機械過濾器，使得濾層孔隙率達到初始值,或者接近初始值。

以往工業上都是單純采用人工經驗選擇過濾器的清洗周期，依靠操作人員的經驗，這往往存在很大的不確定性和性能冗余。即沒有最大限度的利用過濾器的性能參數，也沒有達到降低過濾器運行成本的目的。為此本發明根據流體動力學模型，在建立清洗費用目標函數的基礎上，提出了一種確定最佳清洗周期的策略，實現操作運行費用最低的目標。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，根據流體動力學模型，在建立清洗費用目標函數的基礎上，提出了一種海水淡化系統中過濾預處理最佳清洗周期確定方法，實現操作運行費用最低的目標。

在恒壓操作下，建立過濾運行的優化命題，包括流體動力學約束模型和設備約束，以及總的運行費用目標函數。然后采用SQP算法進行優化求解，得到最佳清洗周期以及此時的費用。本發明首先建立壓力過濾的流體動力學約束模型，建立濾餅孔隙率與過濾流量之間的關系，以及隨著時間的變化，過濾器的濾層體積比、沉淀量、濾出液濃度以及過濾系數的變化情況。然后建立過濾運行過程的費用目標函數，費用目標函數包括在過濾過程中所損耗的電能耗以及過濾裝置清洗過程中，所消耗的基本費用（包括人工費、沖洗泵電耗、沖洗耗水量、濾料費）。在此基礎上，采用SQP算法求解最佳以上優化命題，獲得最佳操作周期值。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

步驟(1).恒壓情況下建立濾餅孔隙率與過濾流量之間的關系模型。

通過對過濾理論的研究，得到過濾流速、濾層壓降、濾餅孔隙率之間的關系式：

???

??(1)

式中：V為流過濾層的液體體積，單位為m³；t為過濾時間，單位為s；A為垂直于流向的濾餅表面積，單位為m²；L為濾餅的厚度，單位為m；μ為液體粘度,?單位為Pa﹒s；ε為濾餅的孔隙率，單位為m³/m³；S_p為微粒的比面積，m²/m³；K^′′為數值常數，取值為5；為濾層壓降,單位為Pa。?

假定機械過濾器更換濾料或反沖洗后，濾層為清潔濾層，記此刻的濾層孔隙率為，濾層兩側壓降為，代入(1)式中得：

????（2）

式中：Q₀為清潔濾層的過濾流量，單位為m³/h。隨著過濾系統的運行，由于受到污染物的影響，濾餅孔隙率會發生變化，設這個時候的濾餅孔隙率為，故在恒壓操作下，過濾器的壓降保持不變，所以由（1）、（2）式可得在此情況下的過濾流量為：

??????(3)

由此得到在恒壓條件下，濾餅孔隙率與過濾流量之間的關系。

濾餅孔隙率的變化與體積比沉積量有關，而體積比沉積量與濾出液濃度有關，表示為如下形式：

???????????????????????（4）

???????????????????????????（5）

????????????????????????（6）