反渗透膜系统设计技术综述.doc

反渗透膜系统设计技术综述 柯青松 （武汉凯迪水务有限公司 武汉 430072） 摘要：本文主要论述了反渗透膜系统设计的基本原则与注意要点。 关键词：反渗透 膜 浓差极化 1.概述 反渗透系统设计的最终目的是为了安全和有效地运行，而对一个反渗透系统或装置的设计必须综合考虑到其运行的安全、技术经济合理性、易于操作和维护、设备空间限制及环境保护等诸多方面的要求。其中安全内容应包括操作管理人身及设备安全两个方面，在设计考虑时应放在首位。设计工程师在设计时首先应考虑好所设计的全套反渗透系统如何安装？如何方便于用户运行及维护管理。同样，作为设备运行管理人员也需要多了解设计，并在运行过程中严格遵守操作规程。 2.反渗透系统中的浓差极化现象及危害 反渗透膜分离系统的运行方式与传统的过滤系统完全不同。传统的过滤系统在运行时，水体全部通过滤器的滤层，在截污能力降低到一定程度时，依靠设备的反冲洗操作将截留下来的污物从滤层中除掉。而反渗透系统在运行时则是原水中的一部分水流沿与膜表面垂直的方向透过膜，而同时另外未透过的部分水流则沿着与膜表面平行的方向流过，在工艺上属于横流过滤的范畴。在反渗透系统产水过程中，在有水流垂直透过反渗透膜时，此时原水中的盐类和其它胶体污染物也势必受给水的净压力作用被浓缩于膜表面，与此同时所剩下的另外部分未透过的水流则沿与膜表面平行的方向将被浓缩在膜表面的污染物质带走。也就是说，一个设计优良的反渗透系统在运行过程中能够在正常运行的同时完成良好的自身清洗过程。 工程实践表明，为有效地控制反渗透膜系统在使用过程中的污染速度，选择适宜的水通量及分离过程中的横向流速是十分重要的。过高的水通量设计，会使其污染速度呈指数变化趋势上升，而膜系统若采用较高的横向流速设计则可增加膜系统运行时水流的湍流程度，从而减少已进入膜系统内的颗粒物质在膜表面的沉淀或在隔室空隙处的堆积。另外，由于系统采用了较高的横向流速，因此提高了膜表面的高浓度盐分向主体水流的扩散速度，进而减少了难溶物沉淀在膜表面上的危险。但是，较高的横向流态设计往往会使系统水回收率降低或循环水量过大，这样在具体工程设计时，适宜的水通量及横向流速的设计与选择至关重要。同时，我们把这种在膜分离过中，由于料液的浓缩导致了膜表面处的物料浓度与膜水流道间的主体水流物料浓度不同的现象称之为浓差极化，若设计或运行管理不适，往往会使反渗透膜系统浓差极化现象加剧。 反渗透系统产生浓差极化现象后会产生以下不良后果：其一，将造成膜表面的盐量浓度高，从而增加了整个膜系统的渗透压，这就需要提高反渗透膜系统给水的压力以达到所需的出力，继而增加了系统对能源的消耗。其二，由于增大了膜两侧的盐量，使膜的盐透过率增大，会使系统脱盐率下降。其三，浓差极化的最大危害是会导致膜表面的胶体物质及难溶无机盐浓聚与沉积，也正因为此方面的原因将导致已运行的反渗透膜系统必须进行频繁的化学清洗。同时由于各种污染物在膜表面的逐渐沉积，也可能导致不可恢复的膜性能下降。这是因为反渗透膜系统浓差极化现象产生时，膜表面附近形成了一定的浓度梯度（与流道主体相比），由于水中的盐类物质在被膜系统浓缩后，盐类物还可以通过水流的扩散而部分地离开膜表面，被横流水体带走。但在浓差极化较为严重时，也会有相当部分的无机盐在发生浓聚后而沉积在膜表面上，然而，对胶体来说情况则不然，这是因为胶体的扩散系数较盐类的扩散系数要小的多，往往胶体扩散系数较盐类扩散系数小几百倍甚至几千倍，因此胶体对膜系统的污染在所难免，而正因为这些胶体污染物在膜表面的不可扩散的聚集和沉积，最终将使反渗透膜系统的性能下降。需要说明一点的是，由于胶体污染物所导致较重的污染，污垢就很难清洗干净。 3.反渗透装置（系统）的设计要点 3.1 反渗透系统设计常见步骤 一般说来，对于反渗透膜系统的设计按以下方式和程序进行： 1）在选用反渗透膜元件进行反渗透装置设计时，首先应根据膜生产商提供的设计导则，结合原水水源特性和给水的SDI测试值，来确定膜系统的平均水通量数值和单个膜元件的运行出水量。 2）另外，在选定了系统所用膜元件的类型、规格之后，再用系统单元产水量与选定膜元件的运行产水量相除，即得出本系统所需膜元件的数量。然后再根据设备空间限制和设备外形尺寸要求来确定反渗透容器可内置的膜元件数量，进而确定的膜组件的数量(当计算值为小数时，应圆整到整数)。 3）由膜组件(即反渗透压力容器)总数，按照前后两段压力容器之比稍小于2:1的原则进行初步排列，然后再利用膜生产商提供的反渗透系统设计软件来最后确认装置膜组件的排列方式、膜元件型号、产品水流量、水回收率、系统给水压力、浓水压力、膜元件压力降、给水渗透压，并验证浓水系统中各种难溶物质饱和度、LSI或SDSI数值和产品水品质等数据是否达到设计要求。 4）根据计算结果和工