[发明专利]一种海水淡化系统中过滤预处理最佳清洗周期确定方法

说明书

技术领域

本发明属于信息技术领域，涉及到工业过程优化与控制等自动化技术，尤其涉及一种海水淡化系统中过滤预处理最佳清洗周期确定方法。

背景技术

过滤是确保反渗透海水淡化装置可靠运行必不可少的一个前期环节，作用是防止胶体物质及悬浮固体、有机物、微生物对反渗透膜的污堵。机械过滤器也称为压力过滤器，是指过滤器在一定的压力下进行过滤。水中含有的悬浮物、凝聚的片状物、泥沙、铁质、锰、以及用沉淀方法所不能去除的粘结胶质颗粒等，可通过压力滤器内所装的滤层，使水达到透明。通常采用水泵将待处理水输入过滤器，过滤后，借助剩余的压力将过滤水送到其后的用水装置。过滤器广泛应用在水处理工艺中，主要用于水处理除浊、软化水、电渗析、反渗透的前级预处理，也可用于地表水、地下水的除泥沙等。

随着过滤的进行，杂质在滤层内逐渐增加，滤层孔隙率降低，使得过滤能力下降，出力减少，不得不增加滤层两端的压降以达到一定的流速，从而使得过滤单位体积水的电能耗增加。因此在过滤达到一定时间后，就需要清洗机械过滤器，使得滤层孔隙率达到初始值,或者接近初始值。

以往工业上都是单纯采用人工经验选择过滤器的清洗周期，依靠操作人员的经验，这往往存在很大的不确定性和性能冗余。即没有最大限度的利用过滤器的性能参数，也没有达到降低过滤器运行成本的目的。为此本发明根据流体动力学模型，在建立清洗费用目标函数的基础上，提出了一种确定最佳清洗周期的策略，实现操作运行费用最低的目标。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，根据流体动力学模型，在建立清洗费用目标函数的基础上，提出了一种海水淡化系统中过滤预处理最佳清洗周期确定方法，实现操作运行费用最低的目标。

在恒压操作下，建立过滤运行的优化命题，包括流体动力学约束模型和设备约束，以及总的运行费用目标函数。然后采用SQP算法进行优化求解，得到最佳清洗周期以及此时的费用。本发明首先建立压力过滤的流体动力学约束模型，建立滤饼孔隙率与过滤流量之间的关系，以及随着时间的变化，过滤器的滤层体积比、沉淀量、滤出液浓度以及过滤系数的变化情况。然后建立过滤运行过程的费用目标函数，费用目标函数包括在过滤过程中所损耗的电能耗以及过滤装置清洗过程中，所消耗的基本费用（包括人工费、冲洗泵电耗、冲洗耗水量、滤料费）。在此基础上，采用SQP算法求解最佳以上优化命题，获得最佳操作周期值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

步骤(1).恒压情况下建立滤饼孔隙率与过滤流量之间的关系模型。

通过对过滤理论的研究，得到过滤流速、滤层压降、滤饼孔隙率之间的关系式：

   

  (1)

式中：V为流过滤层的液体体积，单位为m³；t为过滤时间，单位为s；A为垂直于流向的滤饼表面积，单位为m²；L为滤饼的厚度，单位为m；μ为液体粘度, 单位为Pa﹒s；ε为滤饼的孔隙率，单位为m³/m³；S_p为微粒的比面积，m²/m³；K^′′为数值常数，取值为5；为滤层压降,单位为Pa。 

假定机械过滤器更换滤料或反冲洗后，滤层为清洁滤层，记此刻的滤层孔隙率为，滤层两侧压降为，代入(1)式中得：

    （2）

式中：Q₀为清洁滤层的过滤流量，单位为m³/h。随着过滤系统的运行，由于受到污染物的影响，滤饼孔隙率会发生变化，设这个时候的滤饼孔隙率为，故在恒压操作下，过滤器的压降保持不变，所以由（1）、（2）式可得在此情况下的过滤流量为：

      (3)

由此得到在恒压条件下，滤饼孔隙率与过滤流量之间的关系。

滤饼孔隙率的变化与体积比沉积量有关，而体积比沉积量与滤出液浓度有关，表示为如下形式：

                       （4）

                           （5）

                        （6）