反滲透和納濾的的工藝過程設(shè)計(jì)

1、天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院膜法水處理技術(shù)膜法水處理技術(shù)反滲透和納濾工藝過程設(shè)計(jì)反滲透和納濾工藝過程設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 濃差極化對(duì)反滲透和納濾過程的影響濃差極化對(duì)反滲透和納濾過程的影響 反滲透和納濾過程的基本方程反滲透和納濾過程的基本方程 反滲透和納濾工藝流程及其特征方程反滲透和納濾工藝流程及其特征方程 反滲透和納濾裝置的組件配置和性能反滲透和納濾裝置的組件配置和性能 反滲透和納濾基本設(shè)計(jì)內(nèi)容和過程反滲透和納濾基本設(shè)計(jì)內(nèi)容和過程 反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行 反滲透和納濾工藝過程設(shè)計(jì)反滲透和納濾工藝過程設(shè)計(jì)1 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.1 1.1 進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)水水質(zhì) 水樣是一定時(shí)間內(nèi)所要分析水源的水質(zhì)代表。水樣是一定時(shí)間內(nèi)所要分析水源的水質(zhì)代表。 對(duì)水質(zhì)要有一全面的把握，必須針對(duì)水源特點(diǎn)在不對(duì)水質(zhì)要有一全面的把握，必須針對(duì)水源特點(diǎn)在不同時(shí)期收集水樣，進(jìn)行分析比較，了解其變化及變化原同時(shí)期收集水樣，進(jìn)行分析比較，了解其變化及變化原因。這對(duì)反滲透系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)（因。這對(duì)反滲透系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)（預(yù)處理、產(chǎn)水量、回預(yù)處理、產(chǎn)水量、回收率、脫除性能、壓力、流速收率、脫除性能、壓力、流速），正當(dāng)?shù)牟僮?，診），正當(dāng)?shù)牟僮?，診斷系統(tǒng)存在的問題和準(zhǔn)確評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能等方面至關(guān)重要。斷系統(tǒng)存在的問題和準(zhǔn)確評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能等方面至關(guān)重要。

3、工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求采樣要求：采樣要求： 取樣時(shí)要有代表性，要有足夠的量，選點(diǎn)要正確，取樣時(shí)要有代表性，要有足夠的量，選點(diǎn)要正確，容器要合適，水樣的采集要嚴(yán)格按照容器要合適，水樣的采集要嚴(yán)格按照水和廢水監(jiān)測(cè)分水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法析方法中的要求進(jìn)行詳細(xì)的記錄。中的要求進(jìn)行詳細(xì)的記錄。水質(zhì)分析內(nèi)容：水質(zhì)分析內(nèi)容： 水源水量、水質(zhì)調(diào)查的內(nèi)容要求非常詳細(xì)，包括水源水量、水質(zhì)調(diào)查的內(nèi)容要求非常詳細(xì)，包括CO2、pH、O2、Cl、SO2-3、離子濃度、硬度、堿度、溶、離子濃度、硬度、堿度、溶解性固體、細(xì)菌數(shù)等解性固體、細(xì)菌數(shù)等，常見參數(shù)的要求見下頁(yè)的，常見參數(shù)的要求見下頁(yè)的水樣

4、分水樣分析報(bào)告析報(bào)告。工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求常規(guī)水源的水質(zhì)特點(diǎn)：常規(guī)水源的水質(zhì)特點(diǎn)： 市政供水為了防止管網(wǎng)的腐蝕，一般市政供水為了防止管網(wǎng)的腐蝕，一般pHpH偏高，含有偏高，含有游離氯和游離氯和FeFe離子等離子等 地表水的濁度、細(xì)菌及有機(jī)物是預(yù)處理設(shè)計(jì)要重點(diǎn)地表水的濁度、細(xì)菌及有機(jī)物是預(yù)處理設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容考慮的內(nèi)容 地下水成份一般相對(duì)穩(wěn)定，多數(shù)具有高硬度和堿度地下水成份一般相對(duì)穩(wěn)定，多數(shù)具有高硬度和堿度的特征的特征 海水要考慮懸浮固體、微生物和細(xì)菌，進(jìn)水海水要考慮懸浮固體、微生物和細(xì)菌，進(jìn)水pH pH 值和值和水

5、溫，金屬氧化物和微溶鹽的沉淀（不同海域水質(zhì)差異水溫，金屬氧化物和微溶鹽的沉淀（不同海域水質(zhì)差異較大）較大） 其他特殊場(chǎng)合，如化工、生物行業(yè)物料的濃縮、分其他特殊場(chǎng)合，如化工、生物行業(yè)物料的濃縮、分離等離等 工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.2 1.2 產(chǎn)水水質(zhì)和水量產(chǎn)水水質(zhì)和水量 根據(jù)用戶的要求或者用戶所處的行業(yè)，按照根據(jù)用戶的要求或者用戶所處的行業(yè)，按照客戶的需求或者相關(guān)行業(yè)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定客戶的需求或者相關(guān)行業(yè)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定反滲透或納濾系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)和水量反滲透或納濾系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)和水量 這些要求決定了系統(tǒng)的規(guī)模和所用工藝過程這些要求決定了系統(tǒng)的規(guī)模和所用工藝過

6、程的選擇，如的選擇，如單位時(shí)間的產(chǎn)水量單位時(shí)間的產(chǎn)水量，膜組件種類膜組件種類、數(shù)數(shù)量和排列方式量和排列方式，回收率回收率以及以及具體的工藝流程具體的工藝流程等。等。 工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.3 1.3 膜和膜組件的選擇膜和膜組件的選擇 醋酸纖維素最早用于反滲透水處理工藝，具有醋酸纖維素最早用于反滲透水處理工藝，具有價(jià)廉價(jià)廉、耐耐游離氯游離氯、耐污染耐污染的特點(diǎn)，多用于的特點(diǎn)，多用于飲用水凈化飲用水凈化和和污染密度指數(shù)污染密度指數(shù)（SDISDI）較高）較高的地方。的地方。 芳香族聚酰胺復(fù)合膜，芳香族聚酰胺復(fù)合膜，通量高通量高，脫鹽率高脫鹽率高，操作壓力低操作壓力低，耐

7、生物降解耐生物降解，操作操作pHpH范圍寬（范圍寬（2 21111）不易水解）不易水解，脫，脫SiOSiO2 2和和NONO- -3 3及有機(jī)物都較好，但不耐及有機(jī)物都較好，但不耐游離氯游離氯，易受到，易受到FeFe、AlAl和陽(yáng)離子絮和陽(yáng)離子絮凝劑的污染，污染速度較快。凝劑的污染，污染速度較快。 工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 目前大規(guī)模應(yīng)用的反滲透和納濾膜材料的組目前大規(guī)模應(yīng)用的反滲透和納濾膜材料的組件形式主要是卷式和中空纖維式。件形式主要是卷式和中空纖維式。 選用膜組件時(shí)應(yīng)綜合考慮組器的選用膜組件時(shí)應(yīng)綜合考慮組器的制備難易制備難易、流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)、堆砌密度堆砌密度、清

8、洗難易清洗難易等諸方面，卷式等諸方面，卷式元件用得最普遍。據(jù)進(jìn)水和出水水質(zhì)，可初步選元件用得最普遍。據(jù)進(jìn)水和出水水質(zhì)，可初步選定膜元件，由產(chǎn)水量可初步確定元件得個(gè)數(shù)。定膜元件，由產(chǎn)水量可初步確定元件得個(gè)數(shù)。 工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.4 1.4 回收率回收率 回收率的確定影響到膜組件的選擇和工藝的回收率的確定影響到膜組件的選擇和工藝的確定。根據(jù)產(chǎn)水水量和回收率確定膜元件的個(gè)數(shù)。確定。根據(jù)產(chǎn)水水量和回收率確定膜元件的個(gè)數(shù)。一般海水淡化回收率在一般海水淡化回收率在30304545，純水制備在，純水制備在70708585；而實(shí)際設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)預(yù)處理、進(jìn)；而實(shí)際設(shè)計(jì)過程中應(yīng)

9、根據(jù)預(yù)處理、進(jìn)水水質(zhì)等的條件確定。水水質(zhì)等的條件確定。 工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.5 1.5 產(chǎn)水量的衰減產(chǎn)水量的衰減 反滲透膜在使用過程中會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，膜反滲透膜在使用過程中會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，膜的產(chǎn)水量會(huì)發(fā)生衰減。這主要是由于膜長(zhǎng)時(shí)間在的產(chǎn)水量會(huì)發(fā)生衰減。這主要是由于膜長(zhǎng)時(shí)間在高溫高高溫高壓壓下運(yùn)行，在溫度和壓力的協(xié)同作用下，會(huì)出現(xiàn)膜的壓下運(yùn)行，在溫度和壓力的協(xié)同作用下，會(huì)出現(xiàn)膜的壓密化現(xiàn)象，其結(jié)果會(huì)造成產(chǎn)水量下降或系統(tǒng)操作壓力上密化現(xiàn)象，其結(jié)果會(huì)造成產(chǎn)水量下降或系統(tǒng)操作壓力上升。壓密化是膜性能的不可逆衰減，事實(shí)上，復(fù)合膜比升。壓密化是膜性能的不可逆衰減

10、，事實(shí)上，復(fù)合膜比醋酸纖維素膜更耐壓密化。醋酸纖維素膜更耐壓密化。 膜污染膜污染也是造成膜產(chǎn)水通量的衰減的主要原因。也是造成膜產(chǎn)水通量的衰減的主要原因。工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 通過下式可計(jì)算出反滲透和納濾膜的產(chǎn)水量下降斜通過下式可計(jì)算出反滲透和納濾膜的產(chǎn)水量下降斜率。率。式中，式中，m為產(chǎn)水量下降斜率；為產(chǎn)水量下降斜率；t為運(yùn)行時(shí)間，為運(yùn)行時(shí)間，h；Q0和和Qt分分別為運(yùn)行初期和運(yùn)行別為運(yùn)行初期和運(yùn)行t小時(shí)后的產(chǎn)水量。小時(shí)后的產(chǎn)水量。 通常通常CA類膜類膜m- -0.03- -0.05，復(fù)合膜的，復(fù)合膜的m=- -0.01- -0.02。即。即CA類膜產(chǎn)水量年均下降類

11、膜產(chǎn)水量年均下降10左右，復(fù)合膜約為左右，復(fù)合膜約為5左右。當(dāng)然根據(jù)進(jìn)料的不同也有一定的變化。左右。當(dāng)然根據(jù)進(jìn)料的不同也有一定的變化。 工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求tmQQtlglg01.6 1.6 截留率的衰減截留率的衰減 隨著反滲透和納濾膜在使用過程中會(huì)受到生隨著反滲透和納濾膜在使用過程中會(huì)受到生物或化學(xué)因素的作用，膜面材質(zhì)會(huì)發(fā)生疏松化，物或化學(xué)因素的作用，膜面材質(zhì)會(huì)發(fā)生疏松化，導(dǎo)致膜的截留率衰減。導(dǎo)致膜的截留率衰減。 通常通常CACA類膜的年透鹽增長(zhǎng)率為類膜的年透鹽增長(zhǎng)率為2020左右，復(fù)左右，復(fù)合膜約為合膜約為1010左右。當(dāng)然系統(tǒng)預(yù)處理如果不合適左右。當(dāng)然系統(tǒng)預(yù)處

12、理如果不合適或者使用過程中操作不當(dāng)也會(huì)使透鹽增長(zhǎng)率增大?；蛘呤褂眠^程中操作不當(dāng)也會(huì)使透鹽增長(zhǎng)率增大。 工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.7 1.7 產(chǎn)水量隨溫度的變化產(chǎn)水量隨溫度的變化 反滲透和納濾膜的透水通量隨過濾介質(zhì)的溫度發(fā)生反滲透和納濾膜的透水通量隨過濾介質(zhì)的溫度發(fā)生較大的變化。通常根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：較大的變化。通常根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：T T為溫度，單位為溫度，單位，即，即每一度變化使產(chǎn)水量變化每一度變化使產(chǎn)水量變化3 3左右左右。也可用溫度校正因子（也可用溫度校正因子（TCFTCF）表示。）表示。Kt為與膜材料有關(guān)的常數(shù)。為與膜材料有關(guān)的常數(shù)。 工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

13、工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求25003. 1TQQ29812731exp(TKTCFt 溫度對(duì)膜的通量影響較大，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中要充溫度對(duì)膜的通量影響較大，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中要充分考慮全年水溫的變化。同時(shí)采取必要的措施（分考慮全年水溫的變化。同時(shí)采取必要的措施（進(jìn)出水進(jìn)出水換熱等換熱等）減少溫度對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)水效率的的影響。）減少溫度對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)水效率的的影響。 工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求溫度溫度/校正因子校正因子CA膜膜TFC膜膜50.5900.534100.6850.630150.7860.739200.8900.861251.0001.000301.1151.155351.2351

14、.328401.3661.5202 濃差極化對(duì)反滲透和納濾過程的影響濃差極化對(duì)反滲透和納濾過程的影響2.1 濃差極化的概念濃差極化的概念 在反滲透過程中，由于膜的選擇滲透性，溶在反滲透過程中，由于膜的選擇滲透性，溶劑（通常為水）從高壓側(cè)透過膜，而溶質(zhì)則被膜劑（通常為水）從高壓側(cè)透過膜，而溶質(zhì)則被膜截留，其濃度在膜表面處上升高；同時(shí)發(fā)生從膜截留，其濃度在膜表面處上升高；同時(shí)發(fā)生從膜表面向本體的回?cái)U(kuò)散，當(dāng)這兩種傳質(zhì)過程達(dá)到動(dòng)表面向本體的回?cái)U(kuò)散，當(dāng)這兩種傳質(zhì)過程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，膜表面處的濃度態(tài)平衡時(shí)，膜表面處的濃度c2高于主體溶液濃度高于主體溶液濃度c1，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。上述兩種濃度的比，這種

15、現(xiàn)象稱為濃差極化。上述兩種濃度的比率率c2/c1稱為濃差極化度。稱為濃差極化度。工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化 根據(jù)薄膜理論模型描述濃差極化現(xiàn)象，如下根據(jù)薄膜理論模型描述濃差極化現(xiàn)象，如下圖所示。圖所示。 濃差極化理論模型濃差極化理論模型 工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化12cc 2.1 濃差極化的計(jì)算濃差極化的計(jì)算 濃差極化度可根據(jù)膜液相界面層鄰近膜面?zhèn)髻|(zhì)濃差極化度可根據(jù)膜液相界面層鄰近膜面?zhèn)髻|(zhì)的質(zhì)量平衡的微分方程加以積分，然后將邊界條件代入的質(zhì)量平衡的微分方程加以積分，然后將邊界條件代入求得。主要表達(dá)式有：求得。主要表達(dá)式有：質(zhì)量平衡的微分方程：質(zhì)量平衡的微分方程： cJ

16、dxdcDJwabUJcckJccccwwexp)(exp)(313132awwbUJkJexp)(exp)(313132根據(jù)邊界條件積分可得：根據(jù)邊界條件積分可得： 或或 工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化 由以上推導(dǎo)的結(jié)果可知當(dāng)流速由以上推導(dǎo)的結(jié)果可知當(dāng)流速 時(shí)，時(shí)，幾乎不存在濃差極化。此時(shí)膜高壓側(cè)的濃度才幾幾乎不存在濃差極化。此時(shí)膜高壓側(cè)的濃度才幾乎是均一的，即乎是均一的，即c=c2=c1或相應(yīng)的滲透壓或相應(yīng)的滲透壓=2=1，而在通常的反滲透過程中，流速，而在通常的反滲透過程中，流速U不不能太高，因?yàn)殡S著流速能太高，因?yàn)殡S著流速U的提高，流道的阻力升的提高，流道的阻力升高，能耗增加

17、。這樣，通常取適當(dāng)?shù)牧魉俑?，能耗增加。這樣，通常取適當(dāng)?shù)牧魉賃操作，操作，于是存在一定的濃差極化，即于是存在一定的濃差極化，即c=c2c1或或=21。 工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化U2.3 2.3 濃差極化下的傳質(zhì)方程濃差極化下的傳質(zhì)方程（1 1）水通量）水通量（2 2）脫鹽率）脫鹽率工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化awwbUJPAPAJexp)()(31322323231321exp)(/)(/cccccbUJPBAAPBAAraw13131311)(/cccccPBAArobs（3 3）真實(shí)脫鹽率）真實(shí)脫鹽率r r與表觀脫鹽率與表觀脫鹽率r robsobs的關(guān)系的關(guān)系

18、由上述的濃差極化方程可以推出：由上述的濃差極化方程可以推出： 在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作 圖。在保持圖。在保持Jw不變情況下，測(cè)定不同不變情況下，測(cè)定不同U時(shí)的時(shí)的robs，計(jì)算不同計(jì)算不同U時(shí)時(shí)的的 ，并與相應(yīng)的，并與相應(yīng)的 作圖，其所得的圖線為作圖，其所得的圖線為直線。直線。工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化awobsobsbUJrrrr303.211lg)1 (lgawobsobsUJrr)1 (lgobsobsrr)1 (lgawUJ 將直線外推之將直線外推之，其與縱坐標(biāo)的，其與縱坐標(biāo)的截距截距 為為 ，從而，從而可得真實(shí)的脫鹽率可得真實(shí)的脫鹽率r；直線的；直線的斜率為

19、斜率為 ，其中流速指數(shù)，其中流速指數(shù)a=0.3（層流）或（層流）或0.8（湍流）。這樣由直線的斜率可求出（湍流）。這樣由直線的斜率可求出比例常比例常數(shù)數(shù)b及及傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)k。 工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化rr)1 (lgb303. 21可以求出反滲透工程上實(shí)際存在的可以求出反滲透工程上實(shí)際存在的濃差極化度濃差極化度 通常由濃差極化度與能耗權(quán)衡，取濃差極化度為通常由濃差極化度與能耗權(quán)衡，取濃差極化度為 =1.2。這樣，若實(shí)驗(yàn)測(cè)定得到。這樣，若實(shí)驗(yàn)測(cè)定得到robs=0.950時(shí)時(shí)r為多為多少？根據(jù)上式可知：少？根據(jù)上式可知：工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化3132ccccr

20、rrrrrccccobsobsobs1)1 (1)1 (11)1 (131323132cccc958. 095. 0195. 02 . 1195. 0195. 02 . 111131323132obsobsobsobsrrccccrrccccr2.4 濃差極化對(duì)反滲透的影響和緩解措施濃差極化對(duì)反滲透的影響和緩解措施 （1）濃差極化對(duì)反滲透的影響）濃差極化對(duì)反滲透的影響 降低水通量降低水通量 根據(jù)存在或幾乎不存在濃差極化的情況下導(dǎo)出的水通根據(jù)存在或幾乎不存在濃差極化的情況下導(dǎo)出的水通量方程可知，由于濃差極化時(shí)的溶液滲透壓項(xiàng)由原先的量方程可知，由于濃差極化時(shí)的溶液滲透壓項(xiàng)由原先的 變?yōu)樽優(yōu)?，而，

21、而 1，因而，因而此時(shí)的水通量此時(shí)的水通量JwJw（Jw為幾乎不存在濃差極化時(shí)的水為幾乎不存在濃差極化時(shí)的水通量）。通量）。 工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化)(31awbUJexp)(31awbUJexp 降低脫鹽率降低脫鹽率 比較上述相應(yīng)情況下的比較上述相應(yīng)情況下的脫鹽率方程脫鹽率方程可知，同樣因可知，同樣因 1，使脫鹽率由，使脫鹽率由r降為了降為了robs。 導(dǎo)致膜上沉淀污染和增加流道阻力導(dǎo)致膜上沉淀污染和增加流道阻力 由于膜表面濃度增加，使那些水中的由于膜表面濃度增加，使那些水中的微溶鹽微溶鹽（CaCO3和和CaSO4等）沉淀，等）沉淀，增加膜的透水阻力增加膜的透水阻力和和流道

22、流道壓力降壓力降，使膜的水通量和脫鹽率進(jìn)一步降低。極化嚴(yán)重，使膜的水通量和脫鹽率進(jìn)一步降低。極化嚴(yán)重的化，導(dǎo)致反滲透膜性能的急劇惡化。的化，導(dǎo)致反滲透膜性能的急劇惡化。 工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化awbUJexp（2）降低濃差極化的途徑）降低濃差極化的途徑 反滲透過程中的濃差極化反滲透過程中的濃差極化不能消除只能降低不能消除只能降低。其途徑。其途徑如下所述。如下所述。 合理設(shè)計(jì)和精心制作反滲透基本單元膜元（組）合理設(shè)計(jì)和精心制作反滲透基本單元膜元（組）件，使之流體分布均勻，促進(jìn)湍流等。件，使之流體分布均勻，促進(jìn)湍流等。 適當(dāng)控制操作流速，改善流動(dòng)狀態(tài)，使膜溶液相適當(dāng)控制操作流速，

23、改善流動(dòng)狀態(tài)，使膜溶液相界面層的厚度減至適當(dāng)?shù)某潭?，以降低濃差極化度。通界面層的厚度減至適當(dāng)?shù)某潭?，以降低濃差極化度。通常濃差極化度有一個(gè)合理的值，約為常濃差極化度有一個(gè)合理的值，約為1.2。 適當(dāng)提高溫度，以降低流體粘度和提高溶質(zhì)的擴(kuò)散適當(dāng)提高溫度，以降低流體粘度和提高溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)。系數(shù)。 工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化工藝過程設(shè)計(jì)濃差極化3 溶度積和飽和度溶度積和飽和度 在后面的預(yù)處理章節(jié)中詳細(xì)講述。在后面的預(yù)處理章節(jié)中詳細(xì)講述。4 反滲透和納濾過程的基本方程反滲透和納濾過程的基本方程4.1 滲透壓滲透壓 滲透壓滲透壓隨溶質(zhì)種類、溶液濃度和溫度而變，表示方法隨溶質(zhì)種類、溶液濃度和溫度而變，表示方法

24、和表達(dá)式很多。和表達(dá)式很多。(1) 式中式中cp為為溶質(zhì)的摩爾濃度溶質(zhì)的摩爾濃度；xf為為溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；為為滲透壓系數(shù)滲透壓系數(shù)；Mi為為溶質(zhì)的摩爾濃度溶質(zhì)的摩爾濃度；對(duì)于；對(duì)于稀溶液稀溶液可可取取0.93。 工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程fpiBxKTcMKT(2)此式可以估算此式可以估算的近似值。的近似值。(3) 查表得到溶液的滲透壓查表得到溶液的滲透壓(4) 式中式中K0為系數(shù)為系數(shù)2410-5，T為溫度為溫度，cf為進(jìn)料濃為進(jìn)料濃度度mg/L。 工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程410)/(714. 0)(LmgTDSMPafcTKPsi

25、)273()(0工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程(5) 對(duì)對(duì)NaCl水溶液，可以根據(jù)下式計(jì)算：水溶液，可以根據(jù)下式計(jì)算： 式中，式中，c為為NaCl溶液濃度，溶液濃度，mg/L 4.2 水通量水通量Jw A為水的滲透性常數(shù)，為水的滲透性常數(shù)，NDP為凈驅(qū)動(dòng)壓力。為凈驅(qū)動(dòng)壓力。 pf和和pp分別為進(jìn)料和產(chǎn)水壓力，分別為進(jìn)料和產(chǎn)水壓力，p為進(jìn)出口降，為進(jìn)出口降，avg為平均滲透壓。為平均滲透壓。 Qp為產(chǎn)水量，為產(chǎn)水量，S為膜面積為膜面積 10001000)273(10641. 2)(4cTcMPaavgpfpppNDP5 . 0pBppBpppppSANDPSAQ22工藝過程設(shè)計(jì)

26、過程基本方程工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程4.3 鹽通量鹽通量Js B為鹽的透過性常數(shù)，為鹽的透過性常數(shù)，cs為膜兩側(cè)鹽濃度差。為膜兩側(cè)鹽濃度差。鹽透量鹽透量Qs S為膜面積。為膜面積。4.4 產(chǎn)水鹽濃度產(chǎn)水鹽濃度cp 4.5 鹽透過率鹽透過率SP cfm為平均進(jìn)料濃度。為平均進(jìn)料濃度。 sssscBccBJ) (pbpsscccSBcSBQ2wspJJc pcpsfmpQQccSP%100工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程4.6 脫鹽率脫鹽率SR或或r 4.7 回收率回收率R和流量平衡和流量平衡 Qp為產(chǎn)水流速，為產(chǎn)水流速，Qf為進(jìn)料流速，為進(jìn)料流速，Qr為濃縮液流速為濃縮液流速 4

27、.8 濃縮因子濃縮因子CF ppsfmpcQQccSPrSR111%100fpQQRprfQQQRCF11工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程4.9 濃差極化因子濃差極化因子CPF ca為膜表面鹽濃度，為膜表面鹽濃度，Kp為與元件構(gòu)型有關(guān)的常數(shù)，為與元件構(gòu)型有關(guān)的常數(shù)，Ri為膜元件回收率。對(duì)于為膜元件回收率。對(duì)于1m長(zhǎng)的元件，長(zhǎng)的元件，18的回收率時(shí)，的回收率時(shí)，CPF取取1.2。 4.10 膜元件產(chǎn)水量膜元件產(chǎn)水量Qp Qps為標(biāo)準(zhǔn)條件下的產(chǎn)水量，為標(biāo)準(zhǔn)條件下的產(chǎn)水量，TCF為溫度校正因子，為溫度校正因子，NDPf為現(xiàn)場(chǎng)條件下的凈驅(qū)動(dòng)力，為現(xiàn)場(chǎng)條件下的凈驅(qū)動(dòng)力，S為膜面積。為膜面

28、積。 iipfavgppbaRRKQQKccCPF22expexpASNDPNDPNDPTCFQQafpsp工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程工藝過程設(shè)計(jì)過程基本方程4.11 產(chǎn)水鹽度產(chǎn)水鹽度cp SPs為標(biāo)準(zhǔn)條件下的為標(biāo)準(zhǔn)條件下的SPc 4.12 系統(tǒng)平均滲透壓系統(tǒng)平均滲透壓 fssfpNDPNDPSPCFccRRfavg11ln5 工藝流程及其特征方程工藝流程及其特征方程 反滲透系統(tǒng)是由基本單元膜組件以一定配反滲透系統(tǒng)是由基本單元膜組件以一定配置方式組裝而成。裝置的流程根據(jù)應(yīng)用對(duì)象和規(guī)置方式組裝而成。裝置的流程根據(jù)應(yīng)用對(duì)象和規(guī)模大小，通常課采用模大小，通常課采用連續(xù)式連續(xù)式、部分循環(huán)式部分循環(huán)式和和

29、循環(huán)循環(huán)式式三種。三種。 由反滲透的物料平衡和透（產(chǎn)）水、濃水的由反滲透的物料平衡和透（產(chǎn)）水、濃水的濃度與進(jìn)水濃度的關(guān)系式，可導(dǎo)出各種流程的特濃度與進(jìn)水濃度的關(guān)系式，可導(dǎo)出各種流程的特征方程。征方程。 工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程段段和和級(jí)級(jí)概念的區(qū)分概念的區(qū)分 在膜分離工藝流程中常常會(huì)遇到在膜分離工藝流程中常常會(huì)遇到“段段”與與“級(jí)級(jí)”的的概念。概念。u 段段：指膜組件的：指膜組件的濃縮液（濃水）濃縮液（濃水）流入到下一組膜組流入到下一組膜組件進(jìn)行處理。流經(jīng)件進(jìn)行處理。流經(jīng)n組膜組件，即稱為組膜組件，即稱為n段；段；u 級(jí)級(jí)：指膜組件的產(chǎn)水進(jìn)入到下一組膜組件

30、處理，：指膜組件的產(chǎn)水進(jìn)入到下一組膜組件處理，透透過液（產(chǎn)品水）過液（產(chǎn)品水）經(jīng)過經(jīng)過n組膜組件處理，稱為組膜組件處理，稱為n級(jí)。級(jí)。 可以將可以將“段段”和和“級(jí)級(jí)”分別理解為對(duì)分別理解為對(duì)“濃水分級(jí)濃水分級(jí)”（分段分段）和對(duì)）和對(duì)“產(chǎn)水分級(jí)產(chǎn)水分級(jí)”（分級(jí)分級(jí)）。）。 工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程分段式工藝流程分段式工藝流程分級(jí)式工藝流程分級(jí)式工藝流程5.1 5.1 連續(xù)式分段式（濃水分段）連續(xù)式分段式（濃水分段） (1) (1) 流程說明流程說明 將將前一段的濃水作為下一段的進(jìn)水前一段的濃水作為下

31、一段的進(jìn)水，最后最后一段一段的濃水的濃水排放廢棄排放廢棄，而各段產(chǎn)水匯集利用。，而各段產(chǎn)水匯集利用。這一流程適合用于處理這一流程適合用于處理量大、回收率高量大、回收率高的應(yīng)用的應(yīng)用場(chǎng)合。通常用于場(chǎng)合。通常用于苦咸水的淡化苦咸水的淡化和和低鹽度水低鹽度水或或自自來水來水的凈化。的凈化。 工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程Q和和c分別表示流量和濃度；下標(biāo)分別表示流量和濃度；下標(biāo)f、p和和r分別指進(jìn)水、產(chǎn)水分別指進(jìn)水、產(chǎn)水和濃水；下標(biāo)和濃水；下標(biāo)1，2，n為段號(hào)。為段號(hào)。 工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)

32、工藝流程及特征方程(2) 特征方程特征方程裝置及其各段的進(jìn)水流量裝置及其各段的進(jìn)水流量Qf、Qfi通式：通式：10010)1 ()0;3 , 2 , 1 , 0; n,3 , 2 , 1()1 (ijjpijjffiRRQRnjiRQQ設(shè)工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程通常采用兩段式的流程，于是：通常采用兩段式的流程，于是：式中，式中， 和和 分別為裝置和第分別為裝置和第j段段的回收率。的回收率。 fpQQR fjpjfQQR RQRQRQRQQQpffpff)1 ()1 (1121工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程裝置及其各段的濃水流量裝

33、置及其各段的濃水流量Qr，Qri 通式：通式：二段式：二段式：ijipnrijifriRRQQQjiRQQ11)1 (); n,3 , 2 , 1,()1 (設(shè))1)(1 ()1 (21211RRRQQQRRQQprrpr工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程裝置的回收率裝置的回收率R與各段回收率與各段回收率Ri、Rj的關(guān)系的關(guān)系 通式：通式：二段式：二段式：)0;3 , 2 , 1 , 0; n,3 , 2 , 1()1 (0101RnjiRRRijjnii設(shè)211)1 (RRRR工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程裝置及其各段的產(chǎn)水濃度裝置及其

34、各段的產(chǎn)水濃度cp，cpj 通式：通式： 式中式中Ri、Rj分別為分別為i段和段和j段組件以進(jìn)、出口積分平段組件以進(jìn)、出口積分平均進(jìn)水濃度計(jì)的脫鹽率。均進(jìn)水濃度計(jì)的脫鹽率。二段式：二段式：)0()1 ()1 ()1 (1)1 (0110101110 RRRRRRcnijjjiijrjriniijjpjj設(shè)211121111)1 ()1 (1)1 ()1 (1211RRRRRRcrrrp工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程通式：通式：二段式：二段式：)0()1 ()1 (101101111RRRRccjirjijrfp設(shè)2121112211)1 (1)1 ()1 (1RR

35、RccRRccrffprfp工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程裝置及其各段的濃水濃度裝置及其各段的濃水濃度cri、crj通式：通式：二段式：二段式：)0;, 2 , 1,:()1 (01 RnjiRccijrjfrij設(shè)211)1 ()1 ()1 (21211rrfrrrfrRRcccRcc工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程5.2 5.2 連續(xù)式分級(jí)式（產(chǎn)水分級(jí)）連續(xù)式分級(jí)式（產(chǎn)水分級(jí)） (1) (1) 流程說明流程說明 分級(jí)式流程通常為二級(jí)。主要是為了提高分級(jí)式流程通常為二級(jí)。主要是為了提高系統(tǒng)的回收率和產(chǎn)水水質(zhì)，系統(tǒng)的回收率和產(chǎn)水水質(zhì)，將

36、濃度低于或等于將濃度低于或等于裝置進(jìn)水的第二級(jí)濃水返回到第一級(jí)進(jìn)口處，裝置進(jìn)水的第二級(jí)濃水返回到第一級(jí)進(jìn)口處，第一級(jí)產(chǎn)水作為第二級(jí)進(jìn)水第一級(jí)產(chǎn)水作為第二級(jí)進(jìn)水；第二級(jí)產(chǎn)水就是；第二級(jí)產(chǎn)水就是裝置的產(chǎn)水；第一級(jí)濃水排放。裝置的產(chǎn)水；第一級(jí)濃水排放。 工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程Q和和c分別表示流量和濃度；下標(biāo)分別表示流量和濃度；下標(biāo)f、p和和r分別指進(jìn)水、產(chǎn)分別指進(jìn)水、產(chǎn)水和濃水；下標(biāo)水和濃水；下標(biāo)1，2分別指第一段和第二段。分別指第一段和第二段。 進(jìn)水第一級(jí)第二級(jí)濃水QfcfQr(Qr1) cr(cr1)Qr2 cr2Qf1cf1Qf2cf2Qp(Qp2)Cp(

37、cp2)產(chǎn)水Qp1cp1工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程該流程常用于下列情況：該流程常用于下列情況：原水原水含鹽量特別高含鹽量特別高，一級(jí)反滲透難以得到穩(wěn)定，一級(jí)反滲透難以得到穩(wěn)定的產(chǎn)水水質(zhì)。如特別高濃度的的產(chǎn)水水質(zhì)。如特別高濃度的海水海水淡化等；淡化等；水源水源水質(zhì)經(jīng)常發(fā)生較大變化水質(zhì)經(jīng)常發(fā)生較大變化時(shí)（如沿海地區(qū)地時(shí)（如沿海地區(qū)地下水不時(shí)受到海水倒灌的影響，含鹽量波動(dòng)較下水不時(shí)受到海水倒灌的影響，含鹽量波動(dòng)較大），僅以常規(guī)的一級(jí)分段式反滲透不適應(yīng)這大），僅以常規(guī)的一級(jí)分段式反滲透不適應(yīng)這種情況，需要考慮其臨時(shí)變換應(yīng)急的二級(jí)反滲種情況，需要考慮其臨時(shí)變換應(yīng)急的二級(jí)

38、反滲透的多功能流程。透的多功能流程。工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程當(dāng)當(dāng)一級(jí)反滲透達(dá)不到最終產(chǎn)水的水質(zhì)一級(jí)反滲透達(dá)不到最終產(chǎn)水的水質(zhì)（如電導(dǎo)（如電導(dǎo)或電阻率）的指標(biāo)時(shí)，二級(jí)反滲透可以省略通或電阻率）的指標(biāo)時(shí)，二級(jí)反滲透可以省略通常的離子交換而能達(dá)到上述水質(zhì)指標(biāo)，且常的離子交換而能達(dá)到上述水質(zhì)指標(biāo)，且簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化了水處理系統(tǒng)的流程和操作（如中高壓鍋爐的了水處理系統(tǒng)的流程和操作（如中高壓鍋爐的用水等）。用水等）。 工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 （2） 特征方程特征方程 裝置的進(jìn)水流量裝置的進(jìn)水流量Qf 裝置（第一級(jí)）的濃水流量裝置（第一級(jí)）的

39、濃水流量Qr（Qr1） pfQRRRRQ2121)1 (1211)1 (1RRQRQQprr工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 第二級(jí)濃（循環(huán)）水的流量第二級(jí)濃（循環(huán)）水的流量Qr2 裝置的回收率裝置的回收率R與第一、二級(jí)的回收率與第一、二級(jí)的回收率R1、R2的關(guān)系的關(guān)系 prQRRQ22)1 (2)1 (121211RRRRQQRp工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 裝置的進(jìn)水濃度裝置的進(jìn)水濃度cf 式中，式中，r1和和r2分別為以第一、二級(jí)組件的進(jìn)、出分別為以第一、二級(jí)組件的進(jìn)、出口平均濃度計(jì)的第一級(jí)和第二級(jí)組件的脫鹽率。口平均濃度計(jì)的第

40、一級(jí)和第二級(jí)組件的脫鹽率。 第一級(jí)進(jìn)水濃度第一級(jí)進(jìn)水濃度cf1 prrrrfcRRRRRRRRc)1 (1)1 (1)1 (1)1 ()1 (112121121112112121prrfcRRRRc211122111)1 (1)1 (1工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 第一級(jí)產(chǎn)水濃度第一級(jí)產(chǎn)水濃度cp1（第二級(jí)進(jìn)水濃度（第二級(jí)進(jìn)水濃度cr2） 裝置（第一級(jí)）的濃水濃度裝置（第一級(jí)）的濃水濃度cr（cr1） 第二級(jí)（循環(huán)）水的濃度第二級(jí)（循環(huán)）水的濃度cr2 )()1 (1)1 (1222221122122ppprprfpcccRRcRRccprrrrrcRRRRRc

41、c21111221111)1 (1)1 (1)1 (prrrcRRRc2221222)1 (1)1 (工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程5.3 部分循環(huán)式部分透過水循環(huán)部分循環(huán)式部分透過水循環(huán) (1) 流程說明流程說明 部分透過水部分透過水循環(huán)至裝置循環(huán)至裝置進(jìn)口處進(jìn)口處與其原始的進(jìn)水相與其原始的進(jìn)水相混合作為裝置的進(jìn)水，濃水連續(xù)排放廢棄，部分透過混合作為裝置的進(jìn)水，濃水連續(xù)排放廢棄，部分透過水作為產(chǎn)水收集。水作為產(chǎn)水收集。 這一流程便于控制產(chǎn)水的水質(zhì)和水量，適用于水這一流程便于控制產(chǎn)水的水質(zhì)和水量，適用于水源水質(zhì)經(jīng)常波動(dòng)、在反滲透濃水中有可能出現(xiàn)微溶鹽源水質(zhì)經(jīng)常波動(dòng)

42、、在反滲透濃水中有可能出現(xiàn)微溶鹽（如（如CaCO3和和CaSO4等）沉淀和在無加溫條件下要求等）沉淀和在無加溫條件下要求連續(xù)連續(xù)額定產(chǎn)水量額定產(chǎn)水量等小規(guī)模應(yīng)用的情況。等小規(guī)模應(yīng)用的情況。 工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 Q和和c分別表示流量和濃度；下標(biāo)分別表示流量和濃度；下標(biāo)f、p和和r分別指進(jìn)分別指進(jìn)水、產(chǎn)水和濃水；下標(biāo)水、產(chǎn)水和濃水；下標(biāo)fm、pc和和pp分別指混合進(jìn)水、分別指混合進(jìn)水、循環(huán)透過水和產(chǎn)水。循環(huán)透過水和產(chǎn)水。 進(jìn)水濃水QfcfQpc cpQfmcfm產(chǎn)水QrcrQp cpQppcp工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 （

43、2） 特征方程特征方程 裝置的裝置的原原（進(jìn)）水流量（進(jìn)）水流量Qf R為以混合進(jìn)水流量計(jì)算的回收率，其值為以混合進(jìn)水流量計(jì)算的回收率，其值為為 式中，式中，Kf為透過水循環(huán)率，其值為為透過水循環(huán)率，其值為 裝置的進(jìn)（混合）水流量裝置的進(jìn)（混合）水流量Qfm fmpQQR fpcfQQKppffffmQKKRKQ)1 (1工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 裝置的透過水循環(huán)量裝置的透過水循環(huán)量Qpc 裝置的透過水流量裝置的透過水流量Qp 裝置的濃水流量裝置的濃水流量Qr ppfffpcQKKRKQ)1 (ppfffpQKKRKRQ)1 ()1 (ppfffrQKKRR

44、KQ)1 ()1)(1 (工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 裝置的回收率裝置的回收率Rf 式中，式中，Rf為以原（進(jìn)）水流量計(jì)算的回為以原（進(jìn)）水流量計(jì)算的回收率，其值為收率，其值為 。 裝置的進(jìn)（混合）水濃度裝置的進(jìn)（混合）水濃度cfm 式中，式中，r為以組件進(jìn)水的平均濃度計(jì)的脫鹽率。為以組件進(jìn)水的平均濃度計(jì)的脫鹽率。 fffKRKR)1 (fppfQQRrffffmRKKRRcc1)1 (1)1 (工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 裝置的透過（產(chǎn)）水濃度裝置的透過（產(chǎn)）水濃度cp 裝置的濃水濃度裝置的濃水濃度cr rffrfrfmpR

45、KKRRcRRcc111)1 (1)1 ()1 (1)1 (1rffrfrfmrRKKRRRcRcc1)1 (1)1 ()1 ()1 (工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程5.4 部分循環(huán)式部分濃縮液循環(huán)部分循環(huán)式部分濃縮液循環(huán)(1) 流程說明流程說明 在反滲透過程中，將連續(xù)加入的在反滲透過程中，將連續(xù)加入的原料液原料液與反滲透與反滲透部分濃縮液部分濃縮液相相混合混合作為反滲透作為反滲透進(jìn)料液進(jìn)料液，其余的濃縮液，其余的濃縮液作為產(chǎn)品液連續(xù)收集；其透過液連續(xù)排放或重復(fù)利用。作為產(chǎn)品液連續(xù)收集；其透過液連續(xù)排放或重復(fù)利用。 這一流程用于某些這一流程用于某些料液連續(xù)除溶劑（

46、水）濃縮料液連續(xù)除溶劑（水）濃縮的的應(yīng)用場(chǎng)合，如廢液的濃縮處理等。應(yīng)用場(chǎng)合，如廢液的濃縮處理等。工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程QrQprQrp 工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 （2） 特征方程特征方程 裝置的原料液流量裝置的原料液流量Qf 式中，式中，Kr為濃縮液的循環(huán)率，其值為為濃縮液的循環(huán)率，其值為 。 裝置的進(jìn)料液流量裝置的進(jìn)料液流量Qfm rprfQKRQ)1 (11frmrQQK rprrfmQKRKQ)1 (11工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程裝置的透過液流量裝置的透過液流量Qp 裝置的濃縮循環(huán)

47、液流量裝置的濃縮循環(huán)液流量Qrp 裝置的濃縮液流量裝置的濃縮液流量Qr rprrpQKRRKQ)1 (1)1 (rprrrpQKRKQ)1 (1rprrrQKRRKQ)1 (1)1)(1 (工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程裝置的混合進(jìn)料液濃度裝置的混合進(jìn)料液濃度cfm 裝置的濃縮液濃度裝置的濃縮液濃度cr 裝置的透過液濃度裝置的透過液濃度cp rrrfmRKcc)1 (111rrrrrfmrRKRcRcc)1 (11)1 ()1 (rrrrrfmpRKRRcRRcc)1 (111)1 (1)1 (11工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程5.5

48、 循環(huán)式補(bǔ)加稀釋劑的濃縮液循環(huán)循環(huán)式補(bǔ)加稀釋劑的濃縮液循環(huán)(1) 流程說明流程說明 在運(yùn)行過程中，連續(xù)在運(yùn)行過程中，連續(xù)向原料液向原料液中中補(bǔ)加相當(dāng)于透過補(bǔ)加相當(dāng)于透過液流量的稀釋劑液流量的稀釋劑，濃縮液濃縮液全部循環(huán)，全部循環(huán)，透過液透過液連續(xù)排放，連續(xù)排放，直至反滲透料液的濃度達(dá)到預(yù)定的值時(shí)，作為成品收直至反滲透料液的濃度達(dá)到預(yù)定的值時(shí)，作為成品收集，透過液排放或重復(fù)利用。集，透過液排放或重復(fù)利用。 這一流程用于溶液中物質(zhì)的分離，使產(chǎn)品有較高這一流程用于溶液中物質(zhì)的分離，使產(chǎn)品有較高的收率和純度。的收率和純度。工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 Q0和cf0分別表

49、示原料液的體積和濃度；Qw、Qfw、Qp和Qr分別為稀釋劑、進(jìn)料液、透過液和濃縮液的流量；cw、cf0、cp和cr分別為與上述料液相應(yīng)的濃度。 工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 （2） 特征方程特征方程 進(jìn)料（成品）液與原料液的濃度比率進(jìn)料（成品）液與原料液的濃度比率 式中式中R為裝置的回收率，為裝置的回收率，R ，S為處理單位體積為處理單位體積原料液所需稀釋劑的消耗量，即稀釋劑比耗，其值為原料液所需稀釋劑的消耗量，即稀釋劑比耗，其值為S ，t為運(yùn)行時(shí)間。為運(yùn)行時(shí)間。 0ffccmSRRccrffm1)1 (1exp10mfpQQ00QtQQtQwp工藝過程設(shè)計(jì)工藝

50、流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 濃縮液的濃度濃縮液的濃度cr 透過液的濃度透過液的濃度cp SRRRccRcrrffrrm1)1 (1exp)1 ()1 (10SRRRRcRRccrrfrfpm1)1 (1exp)1 (1)1 (110工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 進(jìn)料液流量進(jìn)料液流量Qfm 濃縮（循環(huán)）液流量濃縮（循環(huán)）液流量Qr 稀釋液、透過液的流量稀釋液、透過液的流量Qw、Qp 0ln1)1 (110ffrfccRfQQmm0ln1)1 (1)1 (10ffrfrccRfQRQQmm0ln1)1 (10ffrfpwccRRfQRQQQmm工藝

51、過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程5.6 循環(huán)式濃縮液循環(huán)循環(huán)式濃縮液循環(huán)(1) 流程說明流程說明 該流程與該流程與“補(bǔ)加稀釋劑的濃縮液循環(huán)補(bǔ)加稀釋劑的濃縮液循環(huán)”流程相同，流程相同，所不同的時(shí)所不同的時(shí)補(bǔ)加的不是稀釋劑而是原料液補(bǔ)加的不是稀釋劑而是原料液。其流量和。其流量和濃度分別為濃度分別為Qf和和cf0操作過程液與上述流程相同。操作過程液與上述流程相同。 這一流程用于這一流程用于溶質(zhì)的濃縮和分離溶質(zhì)的濃縮和分離。（2）特征方程）特征方程 進(jìn)料（成品）液與原料液的濃度比率進(jìn)料（成品）液與原料液的濃度比率 0ffccm工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及

52、特征方程 根據(jù)不同的運(yùn)行時(shí)間反滲透的質(zhì)量平衡可得下列根據(jù)不同的運(yùn)行時(shí)間反滲透的質(zhì)量平衡可得下列微分式：微分式： （1） 反滲透的透過液、濃縮液的濃度與進(jìn)料濃度的關(guān)系：反滲透的透過液、濃縮液的濃度與進(jìn)料濃度的關(guān)系： （2） （3）將式（將式（2）代入式（）代入式（1）經(jīng)變換整理得：）經(jīng)變換整理得： （4）)()()(000prpfpppfffmQQdtccQdtQcQcdcQfmrpcRRc1)1 (1fmrrcRc1)1 (dtQQRRcRRccRRcdprfmrffmrf011010)1 (1)1 (1)1 (1(工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程將積分邊界條件帶入

53、式（將積分邊界條件帶入式（4）：）： t=0時(shí)，時(shí)，cfm=cf0 t=t時(shí)，時(shí)，cfm=cfm整理后得：整理后得：濃縮液的濃度濃縮液的濃度cr 由式（由式（3）和式（）和式（5）得）得 0111)1 (1exp)1 (111)1 (10QQRRRRRRccprrrffm011111)1 (1exp)1 (111)1 (1)1 ()1 (10QQRRRRRRRccRcprrrrffmrr工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 透過液得濃度透過液得濃度cp 由式（由式（2）和（）和（5）得：）得： 原料液（透過液）得流量原料液（透過液）得流量Qr（Qp）由式（由式（5 5）

54、得：）得： tQQRRRRccRRcprrffmrr0111)1 (1exp)1 (111)1 (10RRccRRtQRRQQrffmrrpf1101)1 (11)1 (11ln)1 (10工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程 進(jìn)料液流量進(jìn)料液流量Qfm 濃縮液流量濃縮液流量Qr RRccRRtQRRQQrffmrrpfm1101)1 (11)1 (11ln)1 (110RRccRRtQRRQRQrffmrrfmr1101)1 (11)1 (11ln)1 (11)1 (06 裝置的組件配置和性能裝置的組件配置和性能6.1 膜元（組）件的操作性能（膜元（組）件的操作性能（

55、脫鹽率脫鹽率和和水通量水通量）（1）膜元（組）件的脫鹽率）膜元（組）件的脫鹽率 元（組）件在使用過程中膜的進(jìn)水側(cè)和產(chǎn)元（組）件在使用過程中膜的進(jìn)水側(cè)和產(chǎn)水側(cè)的濃度沿流道變化情況見下圖。水側(cè)的濃度沿流道變化情況見下圖。 工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程計(jì)算脫鹽率的流道模型計(jì)算脫鹽率的流道模型根據(jù)產(chǎn)水的質(zhì)量平衡可得元（組）件總產(chǎn)水的濃度為：根據(jù)產(chǎn)水的質(zhì)量平衡可得元（組）件總產(chǎn)水的濃度為： ppppppppQcQcQcQcrr 2211 欲得到元（組）件真實(shí)得脫鹽率欲得到元（組）件真實(shí)得脫鹽率r r，必須知道

56、整個(gè)流，必須知道整個(gè)流道的積分平均濃度道的積分平均濃度 。 工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能pcRrRccrrf)1 ()1 (11RRccrrp1)1 (1)1ln(1ln1RRccrfp另外，組件的脫鹽率與膜常數(shù)和平均有效壓力的關(guān)系：另外，組件的脫鹽率與膜常數(shù)和平均有效壓力的關(guān)系： )(/11)()(PARRPAPAr（2）膜元（組）件的水通量）膜元（組）件的水通量 工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能若元（組）件的膜面積為若元（組）件的膜面積為S（m2），則其產(chǎn)水流量：），則其產(chǎn)水流量：)()(PKPSAQwpKw為元（組）件產(chǎn)

57、水流速的壓力系數(shù)。為元（組）件產(chǎn)水流速的壓力系數(shù)。 6.2 裝置中元（組）件的配置裝置中元（組）件的配置 裝置內(nèi)組件的裝置內(nèi)組件的配置原則配置原則是是保持裝置內(nèi)各組件的平保持裝置內(nèi)各組件的平均流速（流量）大于或等于規(guī)格元（組）件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)均流速（流量）大于或等于規(guī)格元（組）件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的值，試條件下的值，從而使裝置的濃差極化度不大于其元從而使裝置的濃差極化度不大于其元（組）件的濃差極化度。（組）件的濃差極化度。 因此，無論是分段式還是分級(jí)式流程的裝置均因此，無論是分段式還是分級(jí)式流程的裝置均應(yīng)逐段或逐級(jí)減少并聯(lián)組件數(shù)，即所謂應(yīng)逐段或逐級(jí)減少并聯(lián)組件數(shù)，即所謂錐形排列錐形排列。分。分段式（兩

58、段）和分級(jí)式（兩級(jí)）的裝置內(nèi)各段或各級(jí)段式（兩段）和分級(jí)式（兩級(jí)）的裝置內(nèi)各段或各級(jí)組件的組件的分配比為分配比為2：1的流程。的流程。 工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程分段式工藝流程分段式工藝流程分級(jí)式工藝流程分級(jí)式工藝流程6.3 裝置的性能裝置的性能 鑒于分段式流程應(yīng)用較為普遍，在此簡(jiǎn)述其裝置的鑒于分段式流程應(yīng)用較為普遍，在此簡(jiǎn)述其裝置的性能。性能。（1）產(chǎn)水量）產(chǎn)水量 裝置的產(chǎn)水性能通常為產(chǎn)水量裝置的產(chǎn)水性能通常為產(chǎn)水量Qp 工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能)()(1

59、11jjnjmwnjjjmnjpppNKpNSAQQjjJQp裝置的產(chǎn)水量，裝置的產(chǎn)水量，m3/h；Qpi第第i段元（組）件的產(chǎn)水量，段元（組）件的產(chǎn)水量，m3/h；S元（組）件的有效膜面積，元（組）件的有效膜面積，m2；A 元 （ 組 ） 件 的 透 水 性 常 數(shù) ，元 （ 組 ） 件 的 透 水 性 常 數(shù) ，m3/(hm2MPa)；Kw元（組）件的產(chǎn)水量的壓力系數(shù)，元（組）件的產(chǎn)水量的壓力系數(shù)，m3/(hm2MPa)；Nmj第第i段元（組）件數(shù)；段元（組）件數(shù)； 第第i段元（組）件的平均操作壓力差，段元（組）件的平均操作壓力差，MPa； 第第i段元（組）件膜兩側(cè)溶液的平均滲段元（組）件

60、膜兩側(cè)溶液的平均滲透壓，透壓，MPa； jpj工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能工藝過程設(shè)計(jì)裝置的組件配置和性能（2）脫鹽率）脫鹽率 將描述元（組）件脫鹽性能的式中的將描述元（組）件脫鹽性能的式中的A以以Kw/S帶之，帶之，可得裝置的脫鹽率方程：可得裝置的脫鹽率方程：)(/1111njjjmnjmwpNNSKBrjj 裝置的產(chǎn)水量裝置的產(chǎn)水量Qp取決于元（組）件的膜常數(shù)取決于元（組）件的膜常數(shù)Kw和各段的元（組）和各段的元（組）件數(shù)件數(shù)Nmj與相應(yīng)的平均有效壓力乘積的加和。就特定規(guī)格的元與相應(yīng)的平均有效壓力乘積的加和。就特定規(guī)格的元（組）件數(shù)以一定的配置方式組裝的裝置而言，其產(chǎn)水量與施加（組）件