反滲透系統(tǒng)設計

反滲透系統(tǒng)設計與設計軟件序言完整的反滲透（R0）和納濾（NF）水處理系統(tǒng)一般由預處理部分，膜處理部分和后處理部分組成，前面一章已經(jīng)討論了預處理的方法，為了達到最終產(chǎn)品水的水質(zhì)要求，有時還需要采用后處理步驟。進行海水淡化時，后處理通常是進行pH值調(diào)節(jié)、重新調(diào)整水中的硬度含量并進行殺菌處理；在超純水制備過程中，膜系統(tǒng)的產(chǎn)水后處理通常是采用離子交換深度除鹽。本章將討論膜裝置本身，包括膜元件、以一定方式排列的元件壓力外殼、給膜壓力外殼供水的高壓泵、儀表、管道、閥門和裝置支架等。系統(tǒng)設計還應包括設置就地清洗系統(tǒng)，對膜進行化學清洗。表征RO/NF膜系統(tǒng)的性能通常采用兩個參數(shù)：產(chǎn)水流量和產(chǎn)水品質(zhì)，而這些參數(shù)總是針對給定的進水水質(zhì)、進水壓力和系統(tǒng)回收率而言的，RO/NF的設計者的主要職責是針對所需的產(chǎn)水量，使所設計的系統(tǒng)盡可能降低操作壓力和膜元件的成本，但盡可能提高產(chǎn)水量和回收率以及系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性與清洗維護費用（故障率低，可采用低廉藥品進行有效清洗）。優(yōu)化設計取決于上述各方面，苦咸水膜系統(tǒng)的回收率大小取決于難溶鹽的溶解度，最大值大約為90%；在海水淡化系統(tǒng)，由于濃水中滲透壓和元件耐壓能力的制約，一般回收率為45%左右。應根據(jù)對系統(tǒng)脫鹽率的要求為依據(jù)選擇膜元件，F(xiàn)ILMTECtmNF納濾膜和FT30反滲透膜系列按NF270，NF200，NF90，XLE，LP，BW30LE，BW30，SW30和SW30HR的順序脫鹽率依次增加，當然同時所需的進水壓力也按相同順序增加，因此，從NF到BW30LE范圍的膜元件一般適用于進水TDS最高為2,000mg/L的低鹽度自來水或苦咸水，BW30適用于最高不大于12,000mg/L的苦咸水，而SW30和SW30HR適用于最高含鹽量到50,000mg/L的海水等。針對所選擇的膜元件，達到設計產(chǎn)水量所需的進水壓力取決于產(chǎn)水通量值的選擇，設計時選擇的通量值越大，則所需的進水操作壓力就越高，海水淡化系統(tǒng)在膜元件最大允許的操作壓力下，且產(chǎn)水通量值相對較低，但是對于苦咸水膜元件而言，一般不可能超過膜元件規(guī)定的最高41bar的極限壓力時，產(chǎn)水通量就可能太高了。雖然為了減低膜元件的成本，設計時總是試圖選擇高的產(chǎn)水通量值，但是產(chǎn)水通量值的選擇是有上限的，規(guī)定該上限的目的為了減少今后膜設備內(nèi)的結垢和污染。根據(jù)經(jīng)驗，系統(tǒng)的通量設計極限是應由進水的潛在污染程度而定，隨著產(chǎn)水通量和元件回收率的增加，膜面上的污染物的濃度也隨之增加，產(chǎn)水通量值高的系統(tǒng)其污染速率和清洗頻率就高。只有憑豐富的經(jīng)驗針對不同水源類型設定合理的產(chǎn)水通量和元件的回收率標準，當對某一特定進水水源設計膜系統(tǒng)時，最好能了解其它膜系統(tǒng)處理該水型時的運行情況。但是，通常未必有這類膜系統(tǒng)可供參照，此時可以遵循本章所推薦的系統(tǒng)設計導則。分批過程與連續(xù)過程RO/NF系統(tǒng)通常采用連續(xù)運行方式，系統(tǒng)中的每支膜元件的運行條件不隨時間變化，連續(xù)過程如下圖所示：圖1連續(xù)處理運行方式在某些場合，水量小且不能連續(xù)供水，如廢水或待回收的工藝物料，通常采用分批處理運行方式，預先將進水或原液收集在原水或原液箱中，再進行循環(huán)處理，滲透液不斷從系統(tǒng)中拿走，但濃縮液則回流循環(huán)返回原液箱。批處理結束時，剩余部分的濃縮液，殘留在原料箱中，待這些殘留液排干后，更換新一批物料之前，一般需對膜進行一組清洗，分批過程如下圖所示：圖2分批處理運行方式部分批處理是完全批處理運行方式的變種，在部分批處理運行過程中，原水箱中同時還不斷進水，當原液箱中濃縮液裝滿時，就停止分批處理，這種部分批處理運行方式的優(yōu)點是，可以使用體積較小的原液箱。批處理通常設計為恒壓運行，當濃度越來越高時，滲透流量會隨之下降，批處理也可以使用設計導則，一般情況下，水通量值應保守選取，但也可以超限選取，完全根據(jù)預備運轉(zhuǎn)試驗結果來確定，且需綜合考慮清洗頻率是否合適。分批過程與連續(xù)過程相比有如下優(yōu)點：當進水水質(zhì)變化時，較具彈性系統(tǒng)控制簡單易于進行清洗滲透液品質(zhì)可通過中止系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的方式來控制每一批的系統(tǒng)回收率可以達到極限易于擴充系統(tǒng)投資費用省滲透液品質(zhì)還可以結合全部或部分二級膜法處理進一步地提高較適合一支或膜元件數(shù)較少的系統(tǒng)操作，這是因為膜與最后很濃的濃縮液接觸時間很短分批過程的缺點是：滲透液流量不斷變化滲透液品質(zhì)不斷變化需要較大體積的原液箱進水/濃水停留時間較長需較大的水泵總運行費較高*動力消耗較大大多數(shù)RO/NF系統(tǒng)設計成連續(xù)操作模式，以便獲得恒定的產(chǎn)水量和回收率，水溫變化和膜面污染的影響可通過調(diào)節(jié)進水壓力來彌補，因此，本手冊重點討論連續(xù)操作流程3單組件系統(tǒng)膜元件裝入壓力外殼內(nèi)所組成的組合件稱為膜組件，目前世界特大型水處理系統(tǒng)采用的壓力外殼最多可串聯(lián)8支40英寸長標準膜元件，第一支膜元件的濃水成為第二支元件的進水，以次類推。所有膜元件的產(chǎn)水管則相互連通，并與組件壓力外殼端板上的產(chǎn)水接口相聯(lián)，組件產(chǎn)水出口可以選擇在組件的進水端或濃水端。根據(jù)所需的產(chǎn)水量，當僅需要一支或幾支膜元件時，選擇單組件系統(tǒng)。下圖為裝有2支膜元件的單組件系統(tǒng)。圖3單組件系統(tǒng)濃水循環(huán)濃八?XX?注水高壓泵X-」A兩支FILMTEC元件X：；..保安濾器進水經(jīng)過隔斷閥進入膜系統(tǒng)，首先流過保安濾器，然后進入高壓泵，通過高壓泵升壓后，再進入膜組件的入口，產(chǎn)品水離開膜組件時，為防止產(chǎn)水背壓造成膜元件的損壞，產(chǎn)水壓力不應高于0.3bar。但是現(xiàn)實情況往往要求較高產(chǎn)水壓力，例如需要將產(chǎn)水輸送到后處理部分或不想再通過安裝水泵向用水點供水等等，此時，必須增加高壓泵出口壓力以補充向后輸送產(chǎn)水所需的壓力，但需要注意高壓泵出口壓力不得高于膜元件最大允許進水壓力，還應采取特別有效的措施在任何時刻（哪怕是瞬間）尤其是緊急停機時，產(chǎn)水壓力超過進水壓力的差值（產(chǎn)水背壓）均不得大于0.3bar。濃水離開組件濃水端出口的壓力幾乎與進水壓力相當，新系統(tǒng)從進水到濃水出口之間的壓差通常在0.3?2bar之間，它取決于元件數(shù)量、進水流速和水溫。濃水控制閥控制濃水流量和系統(tǒng)的回收率，系統(tǒng)回收率不得超過設計規(guī)定值。在單組件系統(tǒng)中，常常需要濃水回流以滿足設計導則對元件回收率的要求，為了達到系統(tǒng)回收率高于50%，離開組件的濃水部分排放而其余部分則回流進入高壓泵的吸入口，這樣就增加了組件內(nèi)的流速，高比例的濃水回流能幫助降低元件回收率，降低膜受污染的風險，但是另一方面，它也存在如下缺點：需較大的高壓泵（成本更高）更高的能耗回流越高，產(chǎn)品水質(zhì)越低在系統(tǒng)保存或清洗之后重新投運時，沖洗時間可能很長，最好在沖洗期間，暫時關掉濃水回流。4單段系統(tǒng)在單段系統(tǒng)中，兩個或兩個以上的膜組件并聯(lián)在一起，進水、產(chǎn)水和濃水均由總管管路系統(tǒng)分別相聯(lián)。其它方面與單組件系統(tǒng)相同，單段系統(tǒng)通常用于要求系統(tǒng)回收率小于50%，例如海水淡化。下圖為含6芯元件的組件所構成的單段系統(tǒng)：圖4單段系統(tǒng)5多段系統(tǒng)當要求系統(tǒng)回收率更高時采用一段以上排列系統(tǒng)，就不會超過單支元件的回收率極限，通常兩段式排列系統(tǒng)就可實現(xiàn)75%的系統(tǒng)回收率，而三段式排列系統(tǒng)則可達到更高的系統(tǒng)回收率，這些回收率的確定是以每一段采用含6支膜元件的組件推算出來的，如使用僅能容納3支元件的較短的壓力容器時，為了達到相同的回收率，段數(shù)要加倍。一般而言，系統(tǒng)回收率越高，必須串聯(lián)在一起的膜元件數(shù)就應越多。為了平衡被拿走的產(chǎn)水并保持每段內(nèi)原水的流速均勻性，每段壓力外殼的數(shù)量按進水水流方向遞減。一個典型的排列比例為2:1，排列比例定義為兩個相鄰段內(nèi)壓力容器數(shù)量之比，下圖為4:2排列的兩段系統(tǒng)：圖5兩段式排列系統(tǒng)6原水一次通過式系統(tǒng)與濃水循環(huán)系統(tǒng)進行水脫鹽的常規(guī)RO/NF系統(tǒng)通常采用原水一次通過式，在原水一次通過式系統(tǒng)設計概念中，進水只流過膜系統(tǒng)一次，進水中的一部分（Y）透過膜面成為產(chǎn)品水，余下的進水不斷被濃縮，以較高的濃度離開系統(tǒng)，前面所示的圖5-1、圖5-4和圖5-5均為原水一次通過式系統(tǒng)。當元件數(shù)量太少，而不能使系統(tǒng)達到的足夠回收率要求時，可以采用濃水循環(huán)。濃水循環(huán)系統(tǒng)在某些特殊應用場合如工藝物料濃縮和廢水處理上廣泛采用，在一些含有內(nèi)部濃水循環(huán)的系統(tǒng)中，部分濃水直接回到該組件或該段的進口，并與進水相混合，圖5-3就是一種具有內(nèi)部濃水循環(huán)的系統(tǒng)。在多段系統(tǒng)內(nèi)，每段可以設置單獨的濃水再循環(huán)泵，圖5-5的進水一次通過式系統(tǒng)就可以設計成圖5-6的濃水循環(huán)系統(tǒng)。圖6濃水內(nèi)循環(huán)兩段式膜系統(tǒng)產(chǎn)水6支產(chǎn)水6支FILMTEC元件6支FILMTEC元件.6支FILMTEC元件6支FILMTEC元［牛t"6支FILMTEC元件.6支FILMTEC元件6支FILMTEC元［牛t"6支FILMTEC元件.高壓泵進水保安濾器笆循環(huán)泵6支FILMTEC元件■逢、循環(huán)泵濃水濃水循環(huán)的主要優(yōu)點是膜組件內(nèi)進水流速可以維持恒定，不受前段膜組件污染程度或進水組成的變化而變化。表3原水一次通過式系統(tǒng)與濃水循環(huán)系統(tǒng)的比較系統(tǒng)參數(shù)原水一次通過式系統(tǒng)濃水循環(huán)系統(tǒng)進水組成必須穩(wěn)定允許改變系統(tǒng)加收率必須穩(wěn)定允許改變清洗管路較復雜簡單彌補管路較復雜容易膜進口至出口間壓力下降一致能耗較低較高（15-20oC）泵的數(shù)量（投資與維護）較低較高系統(tǒng)擴展，改變膜面積較困難容易從多段系統(tǒng)中隔離或投運某一段不可能可能系統(tǒng)透鹽率較低較高系統(tǒng)表觀透鹽率SPs，定義為產(chǎn)水中的特定組份的濃度Cp（可以是某一特定離子、有機物或總含鹽量TDS）與進水種的對應濃度Cf之比：在進水一次通過式系統(tǒng)中，SPs是系統(tǒng)回收率Y和膜元件本身透鹽率SPM的函數(shù):上式中的膜元件本身透鹽率定義為產(chǎn)水濃度(Cp)與進水一濃水側(cè)平均濃度(Cfc)之比:S%盤在有濃水內(nèi)循環(huán)的系統(tǒng)中，還應考慮另一個參數(shù)B數(shù)，其定義為：B=離開組件的產(chǎn)水流量/離開組件的濃水流量圖7進水一次通過式與濃水內(nèi)循環(huán)式膜系統(tǒng)對于濃水部分回流到進水側(cè)的系統(tǒng)，系統(tǒng)透鹽率為SR_(1祁產(chǎn)-1特別對于高回收率的系統(tǒng)，帶循環(huán)的系統(tǒng)透鹽率會遠遠高于一次通過式的系統(tǒng)透鹽率，如

圖7所示的模擬計算。對于帶有濃水循環(huán)的多段系統(tǒng)(如圖6)，必須按照方程(5)進行每一段的計算。當循環(huán)流量接近0時，B就接近1/[（1/Y）-1],濃水循環(huán)系統(tǒng)就成為原水一次通過式系統(tǒng)。圖5-8所示的漸減式循環(huán)系統(tǒng)介于進水一次通過式與濃水循環(huán)之間的一種系統(tǒng)，從進水方向看，每一段比前一段遞減所并聯(lián)的組件數(shù)量。6支FILMTEC元件-6支FILMTEC元件-6支FILMTEC元件■6支FILMTEC元件.6支FILMTEC無偉在選擇循環(huán)水泵時，可以僅讓離開該段一小部分的濃水回流循環(huán)而大部分進入下一級，這樣系統(tǒng)非常接近一次通過式的運行模式但是仍具有回流循環(huán)的優(yōu)勢。多級系統(tǒng)基于下列原因，設計多級膜法處理系統(tǒng)常規(guī)的產(chǎn)水出水品質(zhì)不夠理想不允許采用離子交換作為后處理（不允許采用再生藥品）脫除病毒、細菌、熱源和有機物特別重要需要極高的系統(tǒng)可靠性制藥和醫(yī)藥生產(chǎn)工藝用水一般設計成產(chǎn)水多級系統(tǒng)，多級膜處理系統(tǒng)實際上是兩個傳統(tǒng)RO/NF系統(tǒng)的組合，第一級的產(chǎn)品水作為第二級的進水，兩級既可以是單段式，也可以是多段式，既可以是一次通過式，也可以有濃水再循環(huán)運行模式。圖9為多級RO系統(tǒng)的示意圖，第二級（RO2）的濃水回流到第一級（RO1）的進水端，這是因為，其品質(zhì)仍比進入系統(tǒng)原水水質(zhì)好，同時RO2的進水水質(zhì)高（RO1的產(chǎn)水），因此RO2可比RO1有更高的水回收率，就可以使用較少的膜元件。圖9二級反滲透系統(tǒng)只要不超過膜元件最高允許進水壓力（對于BW系列元件，41bar）,整個系統(tǒng)可以只設置一臺高壓泵，而不需要每一級單獨設泵，此時，第二級由第一級RO1的產(chǎn)水壓力來推動，但是在任何時間和條件下，同一級的產(chǎn)水壓力與同一級的進水或濃水壓力的差值（即背壓）不得大于0.3bar。也可以設置一個中間過渡水箱以收集第一級的產(chǎn)水，然后再利用高壓泵向第二級反滲透裝置供水，但該水箱要采取細致的措施防止受灰塵和微生物的污染。產(chǎn)水電導率在多數(shù)情況下是產(chǎn)水品質(zhì)最重要的參數(shù)，由于二氧化碳無法被膜所脫除，它會存在于成品水中，形成碳酸引起電導率的上升，通過將進水pH加堿調(diào)節(jié)到8.2左右，就可以阻止CO2透過反滲透膜，在此pH條件下，所有的二氧化碳會轉(zhuǎn)化成碳酸，而碳酸能被膜很好地除去，在RO1的進水或產(chǎn)水中均可以加入NaOH，在產(chǎn)水中加NaOH時，加入量非常小，這是因為RO1產(chǎn)水幾乎不存在緩沖能力，但在第一級RO1的進水中加堿要千萬小心，防止碳酸鈣沉淀，在pH8.2左右最容易發(fā)生碳酸鈣沉淀。采用加堿處理方法，一般情況下，原水含鹽量不高時采用二級反滲透工藝，系統(tǒng)產(chǎn)水電導率可達1〈以s/cm（25oC）。特殊設計的可能性根據(jù)特殊要求，有幾種特殊設計可供選擇：提高產(chǎn)品質(zhì)量一針對苦咸水水源，部份或全部選用海水元件一在多級處理系統(tǒng)中的某一級選用海水元件或全部采用海水元件一將最后一段的產(chǎn)水回流到進水中提高系統(tǒng)的回收率一經(jīng)過特殊預處理后，將濃水作為第二個系統(tǒng)的進水，即增設濃水回收系統(tǒng)針對中等含鹽量的原水，實現(xiàn)系統(tǒng)高回收率和均衡一致的元件產(chǎn)水量一在段間設置段間提升泵以抵消后段滲透壓的增加一從第一段到最后一段采用漸減方式對每段產(chǎn)水設置背壓在第一段使用SW或SWHR膜元件制取不同品質(zhì)的產(chǎn)水將不同段的產(chǎn)水分別收集，第一段的產(chǎn)水水質(zhì)最好，尤其時當?shù)谝欢芜x用海水淡化膜元件時降低系統(tǒng)產(chǎn)水量，以便正好獲得所需的產(chǎn)水水質(zhì)—產(chǎn)水與部分原水混合提供系統(tǒng)將來可擴充的機會在壓力容器中使用空白元件（即用產(chǎn)水管取代元件）膜組件支架采用模塊化設計，以便今后能安裝額外的壓力容器膜系統(tǒng)設計導則膜系統(tǒng)設計的最大影響因素是原水的潛在污染趨勢，原水中存在的顆粒和膠體會引起膜元件的污堵，并隨著進水的逐漸濃縮而累積在反滲透膜表面，預處理后的產(chǎn)水其淤積密度指數(shù)（SDI，又稱污堵指數(shù)）與水中上述殘留污堵物質(zhì)的含量有相當好的對應關系，膜表面這些污堵物的濃度與膜系統(tǒng)的通量和回收率成正比，通量設計得越高的系統(tǒng)，將會出現(xiàn)更快速的污堵并需要更頻繁的化學清洗措施。設計膜系統(tǒng)時應該保證系統(tǒng)內(nèi)每支膜元件都處于推薦的運行范圍內(nèi)，以便減少污堵，杜絕膜元件的機械損壞，膜元件的運行條件范圍包括：膜元件的最高回收率、最大通量、最小濃水流量和最高進水流量，原水潛在污染越高，就應該越嚴格執(zhí)行上述運行參數(shù)，設計導則所推薦的運行極限是基于許多年陶氏FILMTEC膜元件的運行經(jīng)驗。整個膜元件平均通量與系統(tǒng)內(nèi)膜元件的總有效膜面積有關，是設計的特征參數(shù)，便于設計者快速的估算出某一新系統(tǒng)所需膜元件的數(shù)量，原水水質(zhì)好可以采用較高的設計通量而原水水質(zhì)差則應該采用較低的設計通量，當然，即使是在同一類的水質(zhì)條件下，關注重點在初期投資的話，可以選擇較高的設計通量值，而關注長期運行成本的話，應該盡量選擇較低的設計通量值，設計導則中所列的通量值及其范圍，是絕大多數(shù)系統(tǒng)設計時所選的典型取值，但并不代表不能超過該范圍。這些設計導則中的建議參數(shù)是基于設計考慮周全、運行管理良好、每年進行4次化學清洗且為連續(xù)運行模式這樣的假設，如果超過所建議的參數(shù)極限將會產(chǎn)生更頻繁的化學清洗，產(chǎn)水量會快速下降，進水壓力會增加，膜的壽命會縮短，進而增加系統(tǒng)的故障率和運行成本。只要最大壓差和最高壓力不超過極限，短時間內(nèi)稍微超極限一點運行是可以接受的，反之，較高的估計發(fā)生污堵的可能性，即選擇了保守的設計方式，就會獲得長久無故障運行和更長膜壽命的效果。系統(tǒng)設計者應根據(jù)項目特點進行設計優(yōu)化，在設計之前必須充分收集原水水質(zhì)分析報告等系統(tǒng)設計資料，資料越齊全，系統(tǒng)的設計就越有針對性，也就越能滿足用戶的而女。9.1陶氏FILMTECtm8英寸膜元件系統(tǒng)設計導則使用FILMTEC8英寸膜元件設計RO/NF系統(tǒng)時，根據(jù)進水類型推薦設計導則如下表48英寸FILMTEC元件在水處理應用中的設計導則廢水(過濾后的市政污水)海水給水類型反滲透產(chǎn)水作進水井水地表水MF1傳統(tǒng)過濾沉井/MF1表面取水給水SDISDI<1SDI<3SDI<3SDI<5SDI<3SDI<5SDI<3SDI<5平均系統(tǒng)通量gfd21-2516-2013-1712-1610-148-128-127-10l/m2h36-4327-3422-2920-2717-2414-2013-2011-17元件最大回收率％3019171514121513有限膜面積最大產(chǎn)水流量，gpd(m3/d)320ft2元件9,000(34)7,500(28)6,500(25)5,900(22)5,300(20)4,700(18)6,700(25)6,100(23)365ft2元件10000(38)8,300(31)7,200(27)6,500(25)5,900(22)5,200(20)380ft2元件10,600(40)8,600(33)7,500(28)6,800(26)5,900(22)5,200(20)7,900(30)7,200(27)390ft2元件10,600(40)8,900(34)7,700(29)7,000(26)6,300(24)5,500(21)400ft2元件11,000(42)9,100(34)7,900(30)7,200(27)6,400(24)5,700(22)440ft2元件12,000(45)10,000(38)8,700(33)7,900(30)7,100(27)6,300(24)元件類型最小濃水流量2，gpm(m3/h)BW(365ft2)元件10(2.3)13(3.0)13(3.0)15(3.4)16(3.6)18(4.1)BW(400ft2和440ft2)10(2.3)13(3.0)13(3.0)15(3.4)18(4.1)20(4.6)NF元件10(2.3)13(3.0)13(3.0)15(3.4)18(4.1)18(4.1)Full-Fit元件25(5.7)25(5.7)25(5.7)25(5.7)25(5.7)25(5.7)SW元件10(2.3)13(3.0)13(3.0)15(3.4)16(3.6)18(4.1)13(3.0)15(3.4)元件類型有效面積ft2(m2)最大濃水流量2，gpm(m3/h)BW元件365(33.9)65(15)65(15)63(14)58(13)52(12)52(12)BW/NF元件400(37.2)75(17)75(17)73(16.6)67(15)61(14)61(14)BW元件440(40.9)75(17)75(17)73(16.6)67(15)61(14)61(14)Full-Fit元件390(36.2)85(19)75(17)73(16.6)67(15)61(14)61(14)SW元件320(29.7)65(15)65(15)63(14)58(13)52(12)52(12)63(14)56(13)SW元件380(35.3)72(16)72(16)70(16)64(15)58(13)58(13)70(16)62(14)SW元件400(37.2)72(16)72(16)70(16)64(15)58(13)58(13)70(16)62(14)1MF：連續(xù)微濾工藝，膜孔徑＜0.5〃m。2單支元件的最大允許壓降為15psi(Ibar)，含多元件的壓力容器的最大允許壓降為50psi(3.5bar)，這兩條限制標準須同時遵守。我們建議系統(tǒng)中任何元件的壓降最好不超過最大壓降的80%(12psi)。注：上述限制值已引入反滲透系統(tǒng)分析設計軟件ROSA(ReverseOsmosisSystemAnalysis)中。當系統(tǒng)設計超過導則允許值時，在ROSA的計算結果中就會有報警信息。9.2陶氏FILMTECtm中等尺寸膜元件系統(tǒng)設計導則在輕工業(yè)和小型商業(yè)水處理系統(tǒng)中，選用2.5英寸或4英寸FILMTEC膜元件時，由于對系統(tǒng)的要求有所不同。請按照所推薦的相應RO/NF系統(tǒng)設計導則設計膜系統(tǒng)。【輕工業(yè)和小型海水淡化系統(tǒng)】表5建議的輕工業(yè)和小型海水淡化系統(tǒng)的系統(tǒng)設計導則基于這類系統(tǒng)與大型系統(tǒng)有著同樣的要求，即要求系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性數(shù)年以上。在建造大型系統(tǒng)之前通常將它用作連續(xù)中試或小試，并配有CIP就地清洗設備，不設或很少量的濃水循環(huán)。預期膜元件的壽命超過3年。輕工業(yè)和小型海水淡化系統(tǒng)設計導則推薦如下：

表5FILMTEC膜元件在輕工業(yè)及小型海水淡化系統(tǒng)中的設計導則廢水(過濾后的市政污水)海水給水類型反滲透產(chǎn)水作進水井水經(jīng)過軟化后的市政自來水地表水MF1傳統(tǒng)過濾沉井/MF1表面取水給水SDISDI<1SDI<3SDI<3SDI<5SDI<3SDI<5SDI<3SDI<5典型目標通量gfd2218161413111311l/m2h3730272422192219元件最大回收率％3019171514121513元件直徑最大產(chǎn)水流量，gpd(m3/d)2.5-英寸800(3.0)700(2.6)600(2.3)500(1.9)500(1.9)400(1.5)700(2.6)600(2.3)4.0-英寸2,300(8.7)1,900(7.2)1,700(6.4)1,500(5.7)1,400(5.3)1,200(4.5)1,800(6.8)1,500(5.7)元件直徑最小產(chǎn)水流量，gpd(m3/d)2.5-英寸0.7(0.16)1(0.2)1(0.2)1(0.2)1(0.2)1(0.2)1(0.2)1(0.2)4.0-英寸非Full-Fit2(0.5)3(0.7)3(0.7)3(0.7)4(0.9)5(1.1)3(0.7)4(0.9)Full-Fit4.0-英寸元件6(1.4)6(1.4)6(1.4)6(1.4)6(1.4)6(1.4)不適用不適用元件類型有效面積ft2(m2)最大給水流量2gpm(m3/h)單元件最大允許壓降psig(bar)最高進水壓力psig(bar)膠帶纏繞254028(2.6)6(1.4)13(0.9)600(41)玻璃鋼纏繞254028(2.6)6(1.4)15(1.0)600(41)海水2540元件29(2.7)6(1.4)13(0.9)1000(69)膠帶纏繞404087(8.1)14(3.2)13(0.9)600(41)TW30-404082(7.6)14(3.2)13(0.9)600(41)玻璃鋼纏繞82(7.6)16(3.6)15(1.0)600(41)4040玻璃鋼纏繞4040海水膜80(7.4)16(3.6)15(1.0)1000(69)1單支元件的最大允許壓降為15psi(Ibar)，含多元件的壓力容器的最大允許壓降為50psi(3.5bar)，這兩條限制標準須同時遵守。我們建議系統(tǒng)中任何元件的壓降最好不超過最大壓降的80%(12psi)。注：上述限制值已引入反滲透系統(tǒng)分析設計軟件ROSA(ReverseOsmosisSystemAnalysis)中。當系統(tǒng)設計超過導則允許值時，在ROSA的計算結果中就會有報警信息。10膜系統(tǒng)的設計步驟【第1步】：考慮進水水源、水質(zhì)，進水和產(chǎn)水流量以及所需的產(chǎn)水水質(zhì)。膜系統(tǒng)的設計取決于將要處理的原水和處理后產(chǎn)水用途，因此必須首先按照表4及表5的要求詳細收集系統(tǒng)設計資料及原水分析報告?！镜?步】：選擇系統(tǒng)排列和級數(shù)常規(guī)的水處理系統(tǒng)排列結構為進水一次通過式，而在較小的系統(tǒng)中常采用濃水循環(huán)排列結構，例如多數(shù)的商用水處理系統(tǒng)；所需元件數(shù)量較少的有一定規(guī)模的系統(tǒng)，采用進水一次通過式難以達到足夠的系統(tǒng)回收率時，也采用濃水循環(huán)排列結構；在特殊應用領域如工藝物料濃縮和廢水處理，通常采用濃水循環(huán)排列系統(tǒng)。RO/NF系統(tǒng)通常采用連續(xù)運行方式，系統(tǒng)中的每一支膜元件的運行條件不隨時間變化，但在某些應用情況下，如廢水處理或工藝物料的濃縮或當供水量小較小且供水不連續(xù)時，選用分批處理操作系統(tǒng)，此時，進水收集在原水箱中，然后進行循環(huán)處理，部分批處理操作是分批處理操作的改良，在操作運行過程期間，不斷向原水箱注入原水。多級處理(兩級)系統(tǒng)是兩個傳統(tǒng)RO/NF系統(tǒng)的組合工藝，第一級的產(chǎn)水作為第二級的進水，每一級既可以是單段式或也可以是多段式，既可以是原水一次通過式也可以是濃水再循環(huán)式。制藥和醫(yī)藥用水的生產(chǎn)常選用產(chǎn)水多級處理工藝。若想取代第二級膜系統(tǒng)，可以考慮采用離子交換工藝?！镜?步】：膜元件的選擇根據(jù)進水含鹽量、進水污染可能、所需系統(tǒng)脫鹽率、產(chǎn)水量和能耗要求來選擇膜元件，當系統(tǒng)產(chǎn)水量大于10gpm(2.3m3/h)時，選用直徑為8英寸長度為40英寸的膜元件，當系統(tǒng)較小時則選用小型元件。FILMTEC膜元件的特點和特定領域的選型請參閱本手冊有關章節(jié)的介紹或與陶氏化學液體分離部代表聯(lián)絡。當要求極高產(chǎn)水水質(zhì)時，通常使用離子交換樹指對RO/NF產(chǎn)水進行深度處理。【第4步】：膜平均通量的確定平均通量設計值f(gfd或L/m2h)的選擇可以基于現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)、以往的經(jīng)驗或參照設計導則所推薦的典型設計通量值選取?！镜?步】：計算所需的元件數(shù)量將產(chǎn)水量設計值QP除以設計通量f，再除以所選元件的膜面積SE，就可以得出元件數(shù)量NE：【第6步】：計算所需的壓力容器數(shù)將膜元件數(shù)量NE除以每支壓力容器可安裝的元件數(shù)量NEpV，就可以得出圓整到整數(shù)的壓力容器的數(shù)量NV。對于大型系統(tǒng)，常常選用6~7芯裝的壓力容器，目前世界上最長的壓力容器為8芯裝，對于小型或緊湊型的系統(tǒng)，選擇較短的壓力容器：New雖然以下部分所描述的方法適用于所有的系統(tǒng)，但最適合于以一定方式排列，使用較多8英寸膜元件和壓力容器的場合。僅含有一支或幾支元件的小型系統(tǒng)，大多設計成串聯(lián)排列和部分濃水回流，以確保膜元件進水與鹽水流道有最低的流速?！镜?步】：段數(shù)的確定由多少支壓力容器串聯(lián)在一起就決定了段數(shù)，而每一段都有一定數(shù)量的壓力容器并聯(lián)組成，段的數(shù)量是系統(tǒng)設計回收率、每一支壓力容器所含元件數(shù)量和進水水質(zhì)的函數(shù)。系統(tǒng)回收率越高，進水水質(zhì)越差，系統(tǒng)就應該越長，即串聯(lián)的元件就應該越多。例如，第一段使用4支6元件外殼，第二段使用2支6元件外殼的系統(tǒng)，就有12支元件相串聯(lián)；一個三段系統(tǒng)，每段采用4元件的壓力外殼，以4:3:2排列的話，也是12支元件串聯(lián)在一起。一般地，串聯(lián)元件數(shù)量與系統(tǒng)回收率和段數(shù)有如下關系：表7苦咸水淡化膜系統(tǒng)的段數(shù)系統(tǒng)回收率（％）串聯(lián)元件的數(shù)量含6元件壓力容器的段數(shù)40-606170~8012285~90183如果采用濃水循環(huán)方式，單段式系統(tǒng)也可以設計成較高的回收率。在設計海水淡化系統(tǒng)時，其回收率應該比苦咸水系統(tǒng)的回收率低，膜系統(tǒng)的段數(shù)取決于系統(tǒng)回收率，如表8所示：表8海水淡化膜系統(tǒng)的段數(shù)系統(tǒng)回收率（％）串聯(lián)元件的數(shù)量壓力容器的段數(shù)6芯7芯8芯30-40611457-12211508-1222155-6012-1422【第8步】：確定排列比相鄰段壓力容器的數(shù)量之比稱為排列比，例如第一段為4支壓力容器，第二段為2支壓力容器所組成的系統(tǒng)，排列比為2:1，而一個三段式的系統(tǒng)，第一段、第二段和第三段分別為4支、3支和2支壓力容器時，其排列比為4:3:2。當采用常規(guī)6元件外殼時，相鄰兩段之間的排列比通常接近2:1，如果采用較短的壓力容器時，應該減低排比。另一個確定壓力容器排列的重要因素是第一段的進水流量和最后一段每支壓力容器的濃水流量，根據(jù)產(chǎn)水量和回收率確定進水和濃水流量，第一段配置的壓力容器數(shù)量必須為每支8英寸元件的壓力容器提供8~12m3/h的進水量，同樣，最后一段壓力容器的數(shù)量必須使得每一支8英寸元件壓力容器的最小濃水流量大于3.6m3/h，詳細規(guī)定請參閱膜元件設計導則?！镜?步】：分析和優(yōu)化膜系統(tǒng)所確立的膜系統(tǒng)結構可以采用FILMTECROSA計算機系統(tǒng)分析軟件進行分析和調(diào)整：舉例如下：假定：*水源為地表水，SDI15<5*要求產(chǎn)水量720m3/d*采用6芯壓力容器(外殼)第1步：SDI15<5的地表苦咸水，總產(chǎn)水量720m3/d(132gpm)第2步：選擇進水一次通過式結構第3步：BW30-365(苦咸水膜元件，有效膜面積365ft2，即33.9m2)第4步：建議平均通量15gfd(25LMH)，查閱設計導則第5步：元件總數(shù)二(72偵啊4L67Uh加W.5=圓整到眄或(33.9m2)/(25L/m2/h)'些業(yè)基四=35n回整到35

(15gfdJ/(365ft2)、'第6步：壓力外殼總數(shù)=35/6=5.83圓整到36第7步：對于6芯外殼75%回收率段數(shù)選2第8步：段排列比2:1，最適宜的排列為4:2第9步：使用FILMTEC反滲透系統(tǒng)分析軟件ROSA進行系統(tǒng)模擬運算。這個程序可以計算進水壓力、系統(tǒng)產(chǎn)水品質(zhì)以及每支元件的運行參數(shù)，并可十分方便地改變膜元件的數(shù)量、品種和排列來優(yōu)化系統(tǒng)設計。11系統(tǒng)性能預測11.1系統(tǒng)操作特性在預測某一系統(tǒng)性能之前，需先熟悉系統(tǒng)的操作特性，這里舉列說明，圖5-10為含3支6芯壓力容器并按2:1排列的系統(tǒng)。含6芯壓力容器的兩段式系統(tǒng)前后有12支元件串聯(lián)在一起，可有效地達到55~75%的系統(tǒng)回收率，每一支元件的平均回收率為7~12%，若兩段系統(tǒng)回收率高于75%，單支元件的回收率將超過設計導則規(guī)定的最高回收率極限，此時需在系統(tǒng)中再添加一段，選擇18支元件串聯(lián)以降低單支元件的平均回收率。圖10卷式RO/NF膜系統(tǒng)典型的兩段式排列若兩段系統(tǒng)的回收率太低（如＜55%）,進入第一段的流量會太高，就會使得進水與濃水之間的壓降過高，導致膜元件的水力剪切損傷，根據(jù)水質(zhì)而定，一般情況下，F(xiàn)ILMTEC8英寸元件的最高進水流量為11~16m3/h。因此，回收率小于55%的系統(tǒng)應采用單段式排列，最大進水流量同時也限制了壓力容器的排列比，一般不會采用超過3:1排列比的結構。當操作單支RO/NF元件系統(tǒng)時，所有的操作參數(shù)可隨時測出，因而性能也可很快地推算出來。當大量的元件以很復雜的排列方式組合在一個系統(tǒng)中，而且只知道進口的操作參數(shù)時，預測系統(tǒng)的性能就相當困難。串聯(lián)的每一支元件的進水壓力及含鹽量都在隨時變化，這些變化的速度和程度不僅取決于進口條件和總回收率，而且也和系統(tǒng)排列如排列比例有關。圖11總結了給定系統(tǒng)內(nèi)膜元件總體性能動態(tài)變化趨勢，系統(tǒng)性能為就是系統(tǒng)內(nèi)每一支元件性能的綜合表現(xiàn)，該圖說明了在含6芯元件壓力外殼的2:1排列系統(tǒng)中，5種不同的元件性能參數(shù)是如何隨元件在系列中的位置而發(fā)生變化的。此系統(tǒng)的操作情況：回收率75%，水溫25°C，進水滲透壓1.4bar（20psi，含鹽量約相當于2,000mg/L）。圖118英寸BW30元件在2:1排列系統(tǒng)中每支元件性能變化趨勢

平均產(chǎn)水量=22m牝(點E)郵齦架平均產(chǎn)水量=22m牝(點E)郵齦架K?<,貓帳招?*餐SS1-1\-21-31-4ITIT1-111-21-311-411-5|-?*阱早回39RLS調(diào)整進口壓力使得第一支BW30-8040（原BW30-330）元件的產(chǎn)水量為28.4m3/d（7,500gpd），此時為該元件在進水為SDI15<3的井水時的最高允許產(chǎn)水量。圖11中最上面的變化曲線顯示了每一支元件產(chǎn)水量很有規(guī)律地隨元件在系統(tǒng)中的順序遞減，由第一段第一支元件的28.4m3/d（7,500gpd）到第二段最后一支元件的12.5m3/d（3300gpd），平均為22m3/d（5,800gpd），約為最高容許產(chǎn)水量的77%。產(chǎn)水流量降低的原因是凈滲透推動力，△P-An均勻性地遞減（△P為膜正面進水壓力與膜背面產(chǎn)水壓力之間的壓差；An為兩者之間的溶液滲透壓之差）。由圖中最下面的兩條變化曲線可明顯地看出，上方的一條曲線表示每一支膜元件進水壓力Pfi如何隨每一支元件內(nèi)上游濃水的壓力損失而減低的。而下方的一條曲線表示，當含鹽量低的產(chǎn)水不斷從上游元件取出后，留下來越來越濃的濃水作為下一支元件的進水，這樣下一支元件的進水滲透壓nfi如何隨之增加的。這兩條壓力曲線的差值大約等于凈滲透過程的推動力。圖11的中間部分的曲線較不明顯但表示兩個很重要的效應，圖的右坐標表示每一支元件的回收率如何按順序變化的，變化曲線的中斷處代表了從第一段進入第二段，一般而言，單支元件的回收率在每一段內(nèi)均按順序逐漸增加，但第一段增加得較明顯，系統(tǒng)設計工程師在使用膜系統(tǒng)設計軟件時，必須確認第一段最后一支元件不要超過規(guī)定的回收率極限。隨著元件回收率的逐漸增加，由于濃差極化之故，膜元件將經(jīng)受更高的實際滲透壓，如果讓其惡化下去，會導致產(chǎn)水量的降低，產(chǎn)生膜面結垢或污堵。圖中間部分的另一曲線對應右坐標的刻度，表明了膜元件的另一個有趣的現(xiàn)象，膜的水力滲透系數(shù)或簡稱A值，為鹽濃度的可逆函數(shù)，在高鹽度時A值降低，在低鹽度時A值增加。在該12支膜元件的實例里，前后A值相比整整下降了15%，如要正確地設計系統(tǒng)產(chǎn)水流量，必須將這一點考慮進去。11.2設計方程與參數(shù)

某一具體的RO/NF系統(tǒng)性能包括給定進水壓力條件下的系統(tǒng)產(chǎn)水量和脫鹽率。簡單地說，RO/NF系統(tǒng)的產(chǎn)水量Q與有效膜面積S和凈滲透推動力△P-An成正比，比例常數(shù)稱為膜的水力滲透系數(shù)A值，水力滲透方程式如下：Q=-An]鹽份通過擴散作用透過膜正面，鹽通量NA與膜正反兩側(cè)鹽份的濃度差成正比，比例常數(shù)稱為鹽擴散系數(shù)B值。^=B（Gfc-Cp）其中Cfc=進水和濃水間平均濃度Cp=產(chǎn)水濃度基本上有如下兩種方法計算某一具體設計的性能：【元件逐漸逼近法】這是一種最精確的計算方法，但采用人工手算相當麻煩，卻適合采用電腦運算，第一支元件的所有操作條件包括進水壓力，都必須預先假設。然后可以計算出該元件濃水的流量及壓力，離開第一支元件的濃水就是第二支元件的進水。在計算完所有元件的結果之后，可能會發(fā)現(xiàn)原假設的進水壓力過高或過低，因而必須假設一個新的第一支元件的進水壓力，再次進行試差法計算。采用陶氏FILMTEC反滲透系統(tǒng)分析軟件，就可迅速獲得上述試差法的精確結果，該軟件可用于對系統(tǒng)的改進或優(yōu)化設計。該軟件的詳細計算過程及方法在此不作具體敘述，但計算的方程式和參數(shù)列于表7中。為了確定方程式（6）中的A，△P和An值，產(chǎn)水量方程式（6）展開成方程式（8），經(jīng)過轉(zhuǎn)換方程式（7），產(chǎn)水濃度可由方程（17）導出，設計計算方程式列于表7,所有符號的定義列于表9?！鞠到y(tǒng)整體逼近法】該方法較為容易，如果已知進水水質(zhì)、溫度、產(chǎn)水流量與元件數(shù)量，即可計算出進水壓力與產(chǎn)水水質(zhì)的平均值；如果已知進水壓力而元件數(shù)目未知，則經(jīng)過幾次反復的計算即可推算出所需元件的數(shù)量，該法與元件逐漸逼近法計算結果的差距可在5%以內(nèi)，設計計算方程式列于表8,所有符號的定義列于表9。表7方程式中的下標i表示系統(tǒng)水流方向n支元件相串聯(lián)中的第ith元件，為了計算出精確的系統(tǒng)性能，必須采用方程式8,根據(jù)一組進水條件對每一支元件進行逐漸地計算，計算結果取決于每一支膜元件上的質(zhì)量平衡，每支元件參數(shù)關系式如下：方程式12計算濃水濃度，方程式17計算產(chǎn)水濃度，方程式25c計算進水和濃水間平均流體阻力Pfc，方程式14計算溫度校正系數(shù)TCF，方程式15計算濃差極化系數(shù)pfi和方程式26計算產(chǎn)水水力滲透系數(shù)Ai（ni）。這些結果通常涉及進水和產(chǎn)水側(cè)的運行壓力和滲透壓的平均值。對于單元件低回收率系統(tǒng)，僅僅利用進出口間條件的算術平均值，就可以得到很高精確度的計算結果，即使在這種情況下，如果不能知道出口條件時，仍需采用試差逐步逼近計算法。表9RO系統(tǒng)性能設計計算方程：單支元件的性能計算項目方程式方程編

號表9RO系統(tǒng)性能設計計算方程：單支元件的性能計算項目方程式方程編

號產(chǎn)水流量Q=A麗Se(tcfXff(e_學一％一無+兀J8進水和濃水間平均滲透壓9產(chǎn)水側(cè)平均滲透壓虧=財（1一用）10比值：i元件進水和濃水間濃度算術平均值與進水濃度之比%』"]11比值：i元件濃水與進水濃度之比Ccj1-Xtl-Rj環(huán)一(1-X)12進水滲透壓可=1.也（273+門云叫13FT30膜溫度校正系數(shù)TCF=EXP|：64《蠢EM"'%。。TCF=EXP；302t/—一一];T<25°C14a,bFILMTEC8英寸元件濃差極化系數(shù)pA-=EXP[0.7Z]15系統(tǒng)回收率16產(chǎn)水濃度Cp.=B{Ck.y^CF)^-17表10RO系統(tǒng)性能設計方程：系統(tǒng)平均性能計算項目方程式方程編總產(chǎn)水量Q=%羌扁（TCF>FF）R-琴已一頁｛言許一岳—就18比值：進水和濃水間系統(tǒng)平均濃度值與進水濃度之比&—志知―"匕)n司CfY-^-Y})ln(1-Y/Y；j19

極限系統(tǒng)回收率20進水和濃水間系統(tǒng)對數(shù)平均濃度值與進水濃度近似比值金ln(T)Gg丫21平均元件回收率y.=i-(.i-r)1；rT22平均極化系數(shù)p?=exp[o.yy;]23進水和濃水間系統(tǒng)平均滲透壓值248英寸兩段系統(tǒng)進水和濃水間系統(tǒng)壓降平均值單支8英寸元件或單段系統(tǒng)進水和濃水間壓降APfr=0.04^2APfr=0.G1nV725a,b進水和濃水間平均滲透壓函數(shù)的膜水力滲透系數(shù)^(?f)=O.125；7f<25礁)=。一炫一。5(兀；：；25<ti<200^(k)=0.070-O.OOCt1(y-200);200<ii<40026a,b,c產(chǎn)水濃度Cp=BCj7{TCFl"%^27表11符號定義Q元件i產(chǎn)水量(gpd)wj所有離子總和Aini25oC時元件i水力滲透系數(shù)，它是進水和濃水間平均滲透壓的函數(shù)(gfd/psi)Y系統(tǒng)回收率

SE兀件膜面積(ft2)nnf-1n項串聯(lián)乘積TCF膜產(chǎn)水溫度校正系數(shù)n串聯(lián)元件數(shù)量FF膜污堵因子Q系統(tǒng)產(chǎn)水量(gpd)Pfi元件i進水壓力(psi)NE系統(tǒng)中元件數(shù)量△Pfci元件i進水和濃水間平均壓降(psi)Qi元件平均產(chǎn)水量(gpd)=Q/NEPpi元件i產(chǎn)水側(cè)壓力(psi)An25oC時水力滲透系數(shù)，它是進水和濃水間平均滲透壓的函數(shù)(gfd/psi)ni進水和濃水間平均滲透壓(psi)Cfc進水和濃水間系統(tǒng)平均濃度(ppm)nfi元件i進水滲透壓(psi)R系統(tǒng)平均脫鹽率npi元件i產(chǎn)水側(cè)滲透壓(psi)n系統(tǒng)進水和濃水間平均滲透壓(psi)pfi元件i濃差極化系數(shù)△Pfc進水和濃水間系統(tǒng)平均壓差(psi)Ri元件i脫鹽率二進水濃度-產(chǎn)水濃度/進水濃度YL(最大)極限系統(tǒng)回收率Cfci元件i進水和濃水間平均濃度(ppm)Yi平均元件回收率Cfi元件i進水濃度(ppm)pf平均濃差極化系數(shù)Cci元件i濃水濃度(ppm)qfc進水和濃水間算術平均流量(gpm)(=1/2(進水流量+濃水流量))Yi元件i回收率-產(chǎn)水流量/進水流量NV系統(tǒng)中6芯壓力容器數(shù)量(eNE/6)nf待處理進水滲透壓(psi)NV1兩段系統(tǒng)中第一段的壓力容器數(shù)量E/3NV)T進水溫度(oC)NV2兩段系統(tǒng)中第一段的壓力容器數(shù)量(5V/3)mj第jth種離子摩爾濃度NVr段間壓力容器排列比(=NVI/NV2)13試驗對一來源和組成都清楚的一般水源的脫鹽系統(tǒng)，其系統(tǒng)性能可以電腦設計軟件ROSA很準確地預測出來，但在某些情況下，推薦經(jīng)過試驗來幫助獲得合適的系統(tǒng)設計，這些試驗包括：—無法了解進水水質(zhì)—特殊的產(chǎn)水水質(zhì)要求—無法了解進水水質(zhì)的波動情況—極高的系統(tǒng)回收率(>80%)—特殊或新應用領域，如新過程或廢水處理—大型系統(tǒng)，>500m3/h(3.5mgd)試驗通常按下列不同層次依次進行。13.1篩選試驗13.1篩選試驗篩選試驗的目的是為所需的分離溶液體系選擇合適的膜片，同時也能大概地了解該膜的水通量（L/m2h或gfd）及脫除率性能。試驗方法為將一小片平膜裝在小型評價池中，采用錯流式對試驗溶液體系進行運轉(zhuǎn)，此法快速、低廉且僅需少量的試驗溶液，但不能提供放大所需的工程資料和溶液對該膜的長期影響，也不能提供試驗溶液對膜產(chǎn)生污堵的數(shù)據(jù)。13.2應用試驗應用試驗將提供放大設計所需的資料如產(chǎn)水通量和產(chǎn)水水質(zhì)隨進水壓力與系統(tǒng)回收率的變化趨勢。通常用2540或4040膜元件，試驗溶液需要50~200升（15~30加侖），將膜元件安裝在一套具有工程特點的應用試驗評價裝置上，在元件的操作極限范圍內(nèi)調(diào)整進水流量、進水壓力和進水溫度。13.2.1確定操作壓力通過調(diào)節(jié)進水壓力直到所需的產(chǎn)水水質(zhì)和產(chǎn)水通量值（一般為10~34L/m2h，6~20gfd）來確定最佳的運行壓力，當膜通量增加時，應維持足夠的進水量，以保證低回收率（＞5%），在第一階段的試驗里，產(chǎn)水和濃水均返回到進水水箱中去，在最佳產(chǎn)水通量和產(chǎn)水水質(zhì)條件下得到的進水壓力用于第二階段的試驗，第二階段在該進水壓力下確定回收率。13.2.2確定濃縮倍率和回收率為了確定單支元件最大回收率，以分批處理的運行模式進行第二階段的試驗，此時可將產(chǎn)水輸送到另一個水箱中而濃水回到進水水箱中，在試驗過程中，同時監(jiān)測產(chǎn)水流量和水質(zhì)，當產(chǎn)水量降到不經(jīng)濟的低限或產(chǎn)水水質(zhì)降為不合格時，停止試驗運行，通過初始原水體積除去殘留溶液體積計算濃縮倍率（CF），同時也可以通過原水體積減去殘留溶液體積除以原水原始體積計算回收率。重復進行批處理試驗，可以得到膜穩(wěn)定性和污染方面的資料，但是包括清洗程序和長期性能的評估僅能通過模擬試驗獲得。13.3模擬試驗模擬試驗通常取現(xiàn)場具代表性的部分原水以連續(xù)性模式操作，至少需要一支元件，建議長度為40英寸，最好選用與大型系統(tǒng)相同的元件排列，模擬裝置的產(chǎn)水量至少應為該大型系統(tǒng)產(chǎn)水量的1%且至少操作30天以上。其目的在于確認系統(tǒng)設計、對操作參數(shù)作細微的調(diào)整并減少大型系統(tǒng)中無法預見的風險。14系統(tǒng)主要部件14.1高壓泵必須控制高壓泵的出口壓力，既能維持設計產(chǎn)水量同時又不會超過膜元件最高允許進水壓力，最大極限為：—TW，BW和NF元件41bar；—SW30元件69bar；—SW30HR元件82bar。14.1.1正位移泵（柱塞泵）正位移泵（如柱塞泵）不允許在出口采用節(jié)流閥控制其出口流量和壓力，只能利用設置泵進出口之間旁路上的背壓閥來控制，需要在泵出口管線上安裝緩沖裝置，降低壓力脈動，還應設置安全泄壓閥，以保證任何情況下其出口壓力不超過膜元件最大允許值。14.1.2離心泵使用安裝在離心泵出口管線上的節(jié)流閥來控制其出口流量和壓力，大多數(shù)膜系統(tǒng)使用恒轉(zhuǎn)速電機驅(qū)動離心泵，使用變轉(zhuǎn)速電機驅(qū)動雖然投資較高，但運行能耗低，當進水高低溫差超過5oC時可考慮變速電機驅(qū)動離心泵。在海水淡化系統(tǒng)中，一般55?60%的高壓濃水以大約60bar的壓力離開系統(tǒng)，這部分能量可以加以回收以降低系統(tǒng)的噸水單位能耗，能量回收方法如下：—沖擊水輪式（PeltonWheel）—反轉(zhuǎn)透平一活塞型功交換器一壓力交換式（PX）高壓濃水引入能量回收裝置后，轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機械能輸出，幫助主電動機一道驅(qū)動高壓泵，能量回收裝置節(jié)能可達40%左右。14.2壓力容器壓力容器有各種不同直徑、長度和壓力等級，在選用壓力容器時，所選擇的壓力等級必須高于因膜污染需要提高運行壓力情況下的最高壓力（一般要求，必須比3年后系統(tǒng)運行壓力設計值高10%）。當運行產(chǎn)水側(cè)出現(xiàn)的動態(tài)壓力時，此時某些壓力容器產(chǎn)水出口強度會成為制約因素，如某些采用聚氯乙烯（PVC）材質(zhì)制造的壓力容器，此時應咨詢壓力容器制造商。14.3緊急開關當發(fā)生不正常操作狀態(tài)時，必須保護膜元件，如果出現(xiàn)這類狀況如預處理失誤等，必須立即關閉設備。下表列舉了一些不正常的操作情況及其處理的方法：不正常情況處理方法進水壓力太高在高壓泵出口管線上裝高壓保護開關供水水壓不足在高壓泵吸入口管線上裝低壓保護開關進水溫度太高在進水管線上設置高溫保護開關產(chǎn)水壓力超過進水壓力0.3bar在產(chǎn)水管線上設置壓力泄放安全裝置進水顆粒、膠體濃度太高在進水管線上設置濁度和SDI自動控制裝置進水難溶鹽濃度太高投加酸及阻垢劑的加藥泵需與高壓泵電機有電子聯(lián)鎖設置進水高pH值保護開關進水中存在氧化劑進水中設置ORP控制器或氯自動監(jiān)測裝置，并能自動關閉系統(tǒng)進水中有油脂進水中設置油類監(jiān)測設備14.4閥門在RO/NF系統(tǒng)中通常使用以下幾類閥門：整個系統(tǒng)進水閥，當需要對系統(tǒng)進行維修或保存系統(tǒng)時，起良好的切斷作用；—離心泵泵出口端或正位移泵旁路上的調(diào)節(jié)閥，應能控制操作壓力及系統(tǒng)升壓速度；泵出口端應該裝設止回閥產(chǎn)水管路上應裝設有止回閥及防止產(chǎn)水壓力超過進水壓力的對地壓力泄放閥；濃水管路上應設有控制回收率的濃水流量控制閥（注意：不可使用背壓閥）；—產(chǎn)水管線上應裝有排放閥，用于清洗或開機時排放不合格產(chǎn)水；進水和濃水管路上應設有連接清洗回路的閥門（每段能單獨清洗）。14.5控制儀表為保證RO/NF系統(tǒng)的正常操作，必須安裝一些必要的儀表，儀表的準確度也相當重要，應按照制造商的規(guī)定進行儀表安裝與校正。壓力表用于測量保安濾器的壓降、泵進出口的壓力、膜元件進口壓力、系統(tǒng)段間壓降和產(chǎn)水壓力，充液的壓力表應使用與膜相兼容的液體如水或甘油，而不允許使用油脂或其它不溶于水的液體；一流量計用以測量濃水和產(chǎn)水總流量以及每一段的產(chǎn)水流量；一產(chǎn)水和進水管線上的水表用以記錄累積的產(chǎn)水量及系統(tǒng)耗水量；一計時器用以記錄累積的操作時間；一在加酸之后的進水管路上安裝pH儀用以監(jiān)控碳酸鹽是否結垢；一電導計安裝于進水、濃水和產(chǎn)水管線上以檢測產(chǎn)水水質(zhì)和系統(tǒng)表觀脫鹽率；一在進水、濃水及產(chǎn)水管線上（總產(chǎn)水及各段分產(chǎn)水）均應設置取樣口，便于評估系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，并建議在每支壓力容器的產(chǎn)水出口設置一個取樣口，以方便今后的故障排除。14.6水箱水箱內(nèi)的的水位通常應保持在最低的水位以上，必須正確地安裝水箱的進出口管線，避免水箱內(nèi)存在死角，還須對水箱采取防止塵埃及微生物污染的措施，特別嚴格的使用條件下，要求水箱為密閉型，并設置特制的水箱呼吸過濾器。14.6.1原水水箱當用氯進行原水處理時，該水箱必須提供20~30min的反應時間，介質(zhì)過濾器內(nèi)的自由空間也可起這樣的作用。原水水箱還常常起到緩沖作用，以便RO/NF系統(tǒng)在濾器反洗期間仍可連續(xù)運行。系統(tǒng)的操作模式為分批或半分批時，總是需要有原水水箱。14.6.2產(chǎn)水水箱當產(chǎn)水為所需的產(chǎn)品時，一般需要設置產(chǎn)水水箱，系統(tǒng)的起動與停機均與產(chǎn)水水箱的高低液位相連鎖。RO/NF系統(tǒng)的處理量與產(chǎn)水水箱的大小應作適當?shù)脑O計，使得系統(tǒng)可以連續(xù)運轉(zhuǎn)幾小時。系統(tǒng)停機的頻率愈低，則系統(tǒng)的性能表現(xiàn)愈佳。14.6.3產(chǎn)水回吸水箱（drawbacktank）當系統(tǒng)停機時，因自然滲透的作用，產(chǎn)水將從膜背面的產(chǎn)水側(cè)返回穿過膜進入膜正面的濃水側(cè)，設置產(chǎn)水回吸水箱（drawbacktank）的目的是為產(chǎn)水管線提供足夠的回吸所需的水量，一般容積較小，一般在海水淡化系統(tǒng)而不是在苦堿水系統(tǒng)中需要。未設置產(chǎn)水回吸水箱時，將可導致將空氣吸入膜元件內(nèi)，這可能會引起以下的問題：一空氣中的細菌及真菌將污染膜的產(chǎn)水側(cè)；一當下次開機空氣從系統(tǒng)中強行排出時，水力與空氣的沖擊將損壞儀表并影響其設定值；一膜元件內(nèi)的膜片將因失水而干燥（水通量的損失）；一如進水呈還原狀態(tài)且含有H2S，F(xiàn)e2+，Mn2+等，空氣的侵入可能會導致膜氧化和膠體沉淀污染。假如系統(tǒng)的產(chǎn)水已經(jīng)過加氯處理，則必須使加氯過的產(chǎn)水不會回吸到膜元件內(nèi)。如果設計產(chǎn)水回吸水箱，其中的產(chǎn)水水位必須高于壓力容器的最高點，但不可超過系統(tǒng)最低壓力容器3米。為避免造成污染，產(chǎn)水由回吸水箱的底部進入，而由上方流出，而且回吸水箱應該有蓋，如果要求產(chǎn)水進行加氯后處理，則加氯點須在此水箱之后。產(chǎn)水回吸水箱容積大小可按下式計算：^DBT=（25T三）-Vpa式中：VDBT=回吸水箱容積（公升）TE=系統(tǒng)使用元件數(shù)VPP=壓力容器與產(chǎn)水回吸水箱間產(chǎn)水管線的體積（公升）14.6.4加藥箱對進水進行投藥處理時，必須設置加藥箱，其容積一般為一天的藥劑使用量。14.6.5清洗水箱屬于清洗系統(tǒng)設備的一部份，詳見清洗與消毒部分的介紹。14.7可選設備各種可選設備及其特點對于系統(tǒng)的操作和監(jiān)控是有幫助的：一停機后的系統(tǒng)自動沖洗裝置采用經(jīng)預處理過的原水或直接用產(chǎn)水沖洗膜元件的濃水側(cè)。當預處理投加抗垢劑時，必須設置系統(tǒng)停機自動沖洗裝置；一報警裝置1）高產(chǎn)水電導；2）高濃水電導；3）低進水pH值；4）高進水pH值；5）高進水硬度；6）高進水溫度；7）低加藥箱液位?！B續(xù)紀錄裝置1）進水溫度；2）進水pH值；3）進水及產(chǎn)水電導4）進水SDI值；5）進水及濃水流量6）進水、產(chǎn)水及濃水壓力7）進水ORP值在完美的理想設計中，應安裝一套能在線實時記錄與處理系統(tǒng)所有重要操作數(shù)據(jù)的監(jiān)控裝置。具有保證系統(tǒng)安全操作的自動控制裝置和馬達起動裝置，包括過濾器自動反洗、膜元件自動清洗及系統(tǒng)自動低壓沖洗。壓縮空氣系統(tǒng)，包括空氣壓縮機、空氣干燥器、空氣控制站及整套空氣管路。一1-2年操作備品備件。—通用及專用工具。其它選擇包括系統(tǒng)操作培訓、監(jiān)督及維護。15材質(zhì)選擇和腐蝕控制從腐蝕的觀點來看，RO/NF系統(tǒng)的運行環(huán)境普遍比較惡劣，因此其建造材質(zhì)須具備相當程度的抗腐蝕性，包括曝露于有飛濺、潮濕和含鹽霧中的設備外表面及接觸不同水質(zhì)的系統(tǒng)內(nèi)表面。如果不低估外表面的腐蝕問題時，一般采用表面涂層（如上油漆或鍍鋅等）對可能會腐蝕的材質(zhì)如低碳鋼和鑄鐵做防腐處理，或建立一套定期沖洗、清洗和補漏等維修計劃。選擇內(nèi)部與溶液接觸的材質(zhì)才是一件更復雜的工作，所選用的材質(zhì)除了必須承受系統(tǒng)的運行壓力、振動及溫度等變化之外，還須能夠抵抗進水及濃水中的氯離子的腐蝕，產(chǎn)水低pH值對管路的腐蝕以及膜清洗化學藥品的腐蝕等。腐蝕產(chǎn)物會造成膜的污堵，加快膜的非正常降解，因此從預處理系統(tǒng)開始，設計者一定要重視防備系統(tǒng)所有過流部分的腐蝕問題，必須選擇由耐腐蝕材料制作的管道、儀表、閥門、水泵、過濾設備、水箱和儲槽等。根據(jù)不同部件的使用特點以及原水和產(chǎn)水水質(zhì)的特點，可使用塑料、不銹鋼、鋼襯膠或鋼襯塑和玻璃鋼復合材料等。就反滲透和納濾本體而言，高壓泵、高壓管路及保安濾器材質(zhì)均應選用不銹鋼，而產(chǎn)品水輸送管和儲槽一般采用非腐蝕的優(yōu)質(zhì)PVC、UPVC、ABS工程塑料和玻璃鋼復合材料等，而選擇襯膠管線通常不是現(xiàn)實，因為膜系統(tǒng)本體通常采用緊密的管線設計，而且需要使用不少的聯(lián)接件與配件。不銹鋼的基本優(yōu)點是對一般腐蝕具有很好的抵抗力。不銹鋼很少產(chǎn)生電流腐蝕和應力腐蝕破壞，但不銹鋼卻容易發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕，點蝕代表金屬受到局部侵蝕，在其表面上造成凹陷孔洞，如果