反渗透系统的设计思路探讨.docx
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反渗透系统的设计思路探讨
反渗透系统的设计思路探讨
不同厂家生产的膜组件对于不同的原水水质所推荐的水通量也有所差异，在设计膜系统时应该保证系统内每支膜组件都处于厂商推荐的运行范围内，以便减少污堵，杜绝膜组件的机械损坏，膜组件的运行条件范围包括：
膜组件的最高回收率、最大通量、最小浓水流量和最高进水流量，原水潜在污染越高，就应该越严格执行上述运行参数。
整个膜组件平均通量与系统内膜组件的总有效膜面积有关，是设计的特征参数，便于设计者快速的估算出某一新系统所需膜组件的数量，原水水质好可以采用较高的设计通量而原水水质差则应该采用较低的设计通量，当然，即使是在同一类的水质条件下，关注重点在初期投资的话，可以选择较高的设计通量值，而关注长期运行成本的话，应该尽量选择较低的设计通量值。
例：
陶氏公司生产8英寸FILMTEC组件的设计导则
给水类型
反渗透产水作进水
井水
地表水
废水（过滤后市政污水）
海水
给水SDI
SDI<1
SDI<3
SDI<3
SDI<5
SDI<3
SDI<5
SDI<3
SDI<5
平均系统通量
gfd
21-25
16-20
13-17
12-16
10-14
8-12
8-12
7-10
l/m2h
36-43
27-34
22-29
20-27
17-24
14-20
13-20
11-17
组件最大回收率%
30
19
17
15
14
12
15
13
3、横向流速问题：
对于不同的水源对膜的污染速度有所不同，选择最佳膜面横流速度与选择水通量同样重要。
给水和其产生的浓水在膜表面的横向流速越高，膜污染速度就越低。
当给水和浓水水流穿过给水/浓水隔网时，高横向流速可增加湍流程度，从而减少颗粒物质在膜表面上的沉淀或在隔网空隙处的堆积。
较高的横向流速也提高了膜表面上的高浓度盐分向主体溶液的扩散速度，从而减少了难溶盐沉淀在膜表面上的危险。
第一只膜组件的产水管和最后一支组件的产水管与膜壳端板相连接，膜壳的产水管互相连接。
每个膜组件的一端有一个浓水密封圈，将膜组件内部流道与组件外层和膜壳之间的间隙隔开，防止进水的短路现象，迫使进水全部通过膜组件的流道。
在进水流经每只组件时，部分进水体积转化为产水。
剩余进水的盐浓度增加。
产水经由产水管导出。
收集起来的产水的盐度延浓水走向增加，在进水处最低，在浓水口最高。
系统的压力容器也被分为几组，叫做浓水分段，在每一段中的压力容器平行并联。
每段所含的压力容器数目沿进水走向减少，因此可以看出进水通过压力容器的流量分布呈金字塔形：
在靠前一段的进水流量高，在末段的浓水流量相对低。
随着进水流量的减小，平行压力容器数目也逐段递减。
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而这种锥形排列就是为了使整个系统的每个容器保持相近的进水/浓水比例，使这个比例尽量符合膜组件的技术规格要求。
流量过高则会引起压力损失过大或可能的膜组件损害。
流量过低就不能形成紊流，膜表面会产生浓差极化，有导致难溶盐份沉淀的可能。
不同的反渗透厂商一般都会给出对于不同给水水源，压力容器中膜组件的最大给水流量和最低浓水流量，用于设定最大给水流量用来保护容器中的第一根反渗透组件，使其给水与浓水压力降不超过10psi。
如果压力降高于此值就会使膜组凸出并且使给水隔网变形，从而损坏膜组件。
设定最小的浓水流量以保证在容器末端的膜组件有足够的横向流速。
从而减少了胶体在膜表面上的沉淀，并且减少浓差极化对膜表面的影响。
4、反渗透设计计算：
通过对以上反渗透系统各种参数的确定，下面就可以着手进行设计和计算，主要包括：
（1）膜组件数量的计算：
将产水量设计值QP除以设计通量f，再除以所选组件的膜面积SE，就可以得出组件数量NE：
QP
f·NE
NE=———
（2）计算所需的压力容器数
将膜组件数量NE除以每支压力容器可安装的组件数量NEpV，就可以得出圆整到整数的压力容器的数量NV。
对于大型系统，常常选用6~7芯装的压力容器，目前世界上最长的压力容器为8芯装，而对于小型或紧凑型的系统，可以选择较短的压力容器：
NE
NEpV
NV=———
（3）段数、级数的确定
段数决定由多少支压力容器串联在一起，段的数量决定于系统设计的回收率、每一支压力容器所含的组件数量和进水的水质。
系统回收率越高，进水水质越差，系统就应该越长，即串联的组件就应该越多。
例如，第一段使用4支6组件的外壳，第二段使用2支6组件的外壳的系统，就有12支组件相串联；一个三段系统，每段采用4组件的压力外壳，以4:
3:
2排列的话，也是12支组件串联在一起。
一般地，串联组件数量与系统回收率和段数有如下关系：
系统回收率（%）
串联组件的数量
含6组件压力容器的段数
40~60
6
1
70~80
12
2
85~90
18
3
如果采用浓水循环方式，单段式系统也可以设计为较高的回收率。
而在设计海水淡化系统时，其回收率应该比苦咸水系统的回收率低。
膜系统的段数取决于系统回收率，参见下表：
系统回收率（%）
串联组件的数量
压力容器的段数
6芯
7芯
8芯
35~40
6
1
1
45
7~12
2
1
1
50
8~12
2
2
1
55~60
12~14
2
2
当然，如果有以下原因时，比如：
（1）产水出水品质不够理想；
（2）后处理不允许采用离子交换；（3）脱除病毒、细菌、热源和有机物等有特殊要求；（4）需要极高的系统可靠性。
这时候需要考虑设计多级反渗透系统，所谓分级系统就是两套或多套反渗透系统的串联，其中一套的产品水作为另一套的进水，串联的数目称为级数，每一级既可以是单段式，也可以是多段式，既可以是产水一次通过式，也可以有浓水再循环运行模式。
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一般这种系统往往用牺牲回收率来得到更好的产品水质。
（4）确定排列比
相邻段压力容器的数量之比称为排列比。
当采用常规6组件外壳时，相邻两段之间的排列比通常接近2:
1，如果采用较短的压力容器时，应该降低排列比。
另一个确定压力容器排列的重要因素是第一段的进水流量和最后一段每支压力容器的浓水流量，可以根据产水量和回收率确定进水和浓水流量。
一般来说，第一段配置的压力容器数量必须为每支8英寸组件的压力容器提供8~12m3/h的进水量，同样，最后一段压力容器的数量必须使得每一支8英寸组件压力容器的最小浓水流量大于3.6m3/h，详细规定可以参阅膜组件制造厂商提供的设计导则。
（5）系统性能计算
一般有两种方法计算某一具体设计的性能：
组件逐渐逼近法和系统整体逼近法。
组件逐渐逼近法是一种最精确的计算方法，但采用人工手算相当麻烦，通常我们可以利用膜组件厂商提供的计算机软件来对整个系统进行分析和优化。
系统整体逼近法比较容易计算，该方法与组件逐渐逼近法计算结果的差距在5%以内。
简单介绍如下：
（1）平均组件回收率
Yi=1-（1-Y）1/n
（2）极限系统回收率
π（pf）R
Pf-ΔPfc-Pp
YL=1-──────
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