泵及其在超滤中的作用

许多水处理厂必须去除颗粒物，以确保水的清洁和安全使用。超滤是去除小至0.01μm的悬浮颗粒和细菌等有效颗粒的过程，一般在1 – 10 bar的压力范围内进行。

超滤工厂的规模各不相同，从为偏远地区设计仅为少数消费者供水的小型系统，到为数千人供水的大型工业园区。

应用背景

在大多数情况下，泵将水泵送通过薄膜。在某些情况下，会在薄膜前安置计量泵，将絮凝剂泵送进管线。

在薄膜后端，采用一系列反冲洗泵，结合经计量泵计量的增强型清洁化学品或滤液清洗薄膜。

左图所示为膜系统的一般结构。

变驱动器（VFD）已经在膜过滤单元中应用了相当长的时间，并且通常与压力泵一起，用于超滤（UF）或反渗透（RO）工艺，以适应流量的变化。

与此相对，大多数终端用户认为他们自己的工况需要保持流量一致，例如，为锅炉系统或流量稳定的工艺过滤水质。

因此，大多数膜系统将定速泵作为标准配置。

面临的挑战

超滤应用面临着一些特殊的挑战，包括：

● 原水水质不断变化，如浊度增加

● 对清洁水的需求不断变化

为了应对这些不同挑战，系统必须包含容易集成的组件，以便快速而可靠地掌握通过系统的水质的信息。因此，超滤系统必须能够灵活而高效地适应流量的变化，具备高能效、高成本效益，并且不对当地环境造成风险。

流量波动与压力稳定性

良好的泵系统应能够承受UF系统对供水要求的变化。即使在通常情况下这些单元的流量是稳定的，但由于工艺波动、季节性甚至供水本身可能存在的局限，也可能出现流量的波动。

为泵配备正确的驱动装置，例如，通过使用节流阀，可以帮助控制流量且不会浪费宝贵的能源。驱动装置还可以实现基本的恒压控制，确保即使在排放压力或供水存在变化的情况下，到达膜系统的流量仍是一致的。

节能优势

根据电机和泵的基本相似律，当电机转速降低时，能耗与转速呈比例下降。用户经常使用节流阀来减少定速泵的流量，但这实际上浪费了大量的金钱和能量，尤其是当泵的实际流量大于泵在设计阶段的需求时，情况会变得更糟。

此外，对泵进行节流将使其效率曲线下移，因此不仅泵耗用的功率大于实际需要，而且也会降低其效率。使用驱动装置让用户能调节并精确控制流量和压力要求，不仅可以提高效率，而且能同时节省大量的能耗。

实例

特举实例以说明以上问题：采用一台7.5kW定速CR泵，其设计工况为系统压力4bar，输送流速40m3/h，偶尔通过节流阀来控制。但节流使压力增加至将近7 bar，因而使效率和流量曲线都出现下降。

在该应用中，CR泵需要的功率是5.5kW，通过使用驱动装置来适应流量要求，功率下降到仅3kW时，即可满足准确的流量和压力需要，如此，每年可节省1400欧元的能耗。

标准化

使用基于泵和驱动装置的解决方案，可以显著减少为满足不同大小RO/UF系统所需的泵的设计品种。通过实现标准化，泵的种类规格减少了，同时每种规格的泵的流量灵活性也更高，这有助于系统制造商降低成本和复杂性，同时减轻对大量复杂设计的需要。这种方法还可以为终端用户额外节省维护和部件更换成本，帮助终端用户获得不同产品或系统的应用优势。

双频

一般情况下，膜系统会被发送到功率要求与系统制造国不同的国家，但驱动装置可以轻易实现50Hz或60Hz功率，并能够运行标准泵用电机。这种能力可以降低为满足北美或出口市场而设计的膜系统所对应的不同功率要求所产生的成本和复杂性。

膜的磨损与降解

智能增压泵特别有用，因为它可以使流体的启停工作变得更柔性，从而消除水的作用力。因为当水的作用力足够强大，并且条件适当时，会增加系统内所用膜的磨损。

由于污垢积聚的影响，所有的膜最终都会需要清洗，但是随着膜逐渐出现堵塞，能以相同流速处理水的压力会越来越高。在不使用驱动装置的情况下，定速泵输出的流量开始低于额定渗透流量，系统效率出现下降。

但使用最新的驱动装置和泵可以轻易应对这些压力变化，只要过滤后的水质本身继续满足要求，就能使膜保持较长的清洗间隔，生产的流量不会发生明显损失。

未来计划

为某种应用场合选择最好的驱动装置和泵，可以真正帮助用户规划长期有效的、面向未来的优势系统。包括添加新的滑道、压力较低、更先进的膜或对工艺流程的其它改变。提前规划将使系统更加灵活，这意味着未来的改进成本更低，同时能让用户轻松地使用新的性能解决方案。

一体化思想

比较新型的泵产品通常包括一体化的驱动装置。这些驱动装置已经过优化并安装在泵电机上，设计成与电机本身一同工作。这些一体化系统可以使泵配备性能更佳的更小电机，确保泵本身受到保护。

理想情况下，用户应该搜索和投资为泵而设计的驱动装置。虽然市售的许多驱动装置是通用的，并且设计成能够适应各种电机需要，但是针对特定型号的泵而设计和匹配的驱动装置可以使泵的设置和安装更加容易，并进一步提高效率。

预处理和反冲洗中的化学计量

精确计量

高效超滤必须以令人难以置信的计量精确度使用化学添加剂。像格兰富系统那样的现代数字计量泵能够以一流的精度输送这些化学品。

下图显示了步进电机马达技术提供的几乎连续的给药流，即使在体积很小时也能实现。

给料简单

此外，SMART Digital系列可以提供按便捷化系统集成理念开发的模块化泵。该单元的菜单结构清晰，简单直接的文字突出了泵系统状态的信息，方便操作人员在日常工作中使用。

通过E-box系统与这些泵进行便捷、快速的通信，真正做到即插即用，并可以按各种不同的方式与PLC通信。

结论

传统的UF和RO系统解决方案以往采用定速泵和节流阀来控制流量，但这在能量、成本和膜的磨损方面都容易造成浪费，且效率低下。

“因此，大多数膜系统会将定速泵选作为超滤系统的标准配置，以确保流量的稳定和过滤水质达到预期。”

本文源自www.azom.com