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反渗透系统的设计思路探讨

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论文导读：良好的预处理系统是反渗透系统能够持续稳定工作的保证。为了提高反渗透和纳滤膜系统效率。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。

关键词：预处理，反渗透，计算，水处理

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预处理

良好的预处理系统是反渗透系统能够持续稳定工作的保证。因而，为了提高反渗透和纳滤膜系统效率，必须对原水进行有效地预处理。针对原水水质情况和系统回收率等主要设计参数要求，选择适宜的预处理工艺，就可以减少污堵、结垢和膜降解，从而大幅度提高系统效能，实现系统产水量、脱盐率、回收率和运行费用的最优化。

适宜的预处理方案取决于水源、原水组成以及应用条件，对地下水、地表水和市政废水等要区别对待。通常情况下，地下水水质稳定，污染程度低，仅需简单的预处理，如设置加酸或加阻垢剂和机械过滤等即可。相反，地表水是一种直接受季节影响的水源，有发生微生物和胶体两方面高度污染的可能性。所需的预处理应比井水复杂，需要有其它的预处理，包括氯消毒、絮凝/助凝、澄清、多介质过滤、脱氯、加酸或加阻垢剂等。工业和市政废水含有更加复杂的有机和无机成份，某些有机物还可能会严重影响RO膜，引起产水量严重下降或膜的降解，因而必须设计有更加周全的预处理系统。

确定反渗透的预处理系统设计是否合适的最好办法就是进行现场小型实验或对使用同一给水水源的现有反渗透系统进行考察。但是如果缺乏这种小型实验条件或经验数据时，可以重点考虑反映季节变化的水质全分析情况。一般来说，预处理应坚持尽量减少悬浊物和胶体含量的原则：浊度＜1.0NTU（最好＜0.3NTU），15分钟SDI低于5.0（最好＜3.0）。

预处理还应尽量降低有机物含量，由于有机物污染程度难于预测，膜组件生产厂家也没有提供出最大含量的规定。根据经验，一般建议TOC（总有机碳）含量应低于2.0ppm（以碳计）。这2.0ppmTOC大致相当于5ppm的总有机生物量，如果反渗透膜以13gfd（约合22.1升/平方米/小时）的水通量工作一年，并且在运行过程中这些有机物未被定期地清洗掉时，就会在膜表面堆积达到0.05英寸厚（约合1.27毫米）。

此外，预处理还应控制藻类和细菌的增长，当水源为地表水时需要进行杀菌处理，根据经验，一般建议在细菌含量超过为10,000cfu/ml（在每毫升中的菌落生成单位）时必须进行杀菌处理。

反渗透设计

在进行反渗透系统设计时，设计人员的主要任务应该是保证系统达到所需要的产水量和产水品质。此外，还应该考虑设备投资和运行成本的平衡，使得既能保证产水量和产水水质，又能降低投资和运营能耗，还能降低膜组件的清洗频度。

一般来说，反渗透系统设计需要做的主要工作有以下几个方面：

1、膜组件的选择（材质和类型）

2、产水通量的确定

3、横向流速问题

4、反渗透设计计算

5、反渗透操作条件

分别介绍如下：

1、膜组件的选择：

反渗透膜组件主要有CAB系列（醋酸纤维）膜组件和CPA系列（芳香族聚酰胺）膜组件。对于难处理的地表水或者废水系统，经常选用CAB膜来代替CPA膜。CAB膜的优点是膜表面光滑、不带电荷，在使用时可减小污染物（例如带电荷的有机物）沉积，并且微生物不易在其表面粘滞。在SEM显微镜下可观察到CPA膜表面比较粗糙，另表面带负电荷，会吸引带电的有机物并将其粘滞在膜表面上。

CAB膜还有一个优点，即在运行时给水中可含0.3～1.0ppm游离氯。氯作为消毒剂，可保护CAB膜不受有害细菌侵蚀，还可防止因微生物和藻类的生长而引起的污堵。CPA膜本身能耐氯，但不能耐受其氧化性。因此要求除氯。要保证反渗透给水游离氯含量低于0.05ppm。CAB膜耐氯能力为26,000ppm×小时，而CPA膜在有过渡族金属离子存在时的耐氯能力只有1,000～2,000ppm×小时（以透盐率增加一倍的时间考虑）。

如果原水已经过良好的预处理并且去除了胶体和有机污染物、生物活性较低的，可以优先选用CPA膜。CPA与CAB相比有如下优点：CPA膜脱盐率较高（CPA＞99%，而CAB为95～98%），因而产水质量更高；膜耐久性强，使用期内脱盐率下降极少，从而寿命更长；所需给水压力低从而可将反渗透给水泵耗电费用下降60%；运行PH范围宽（CPA：4～10，而CAB为5～8），从而可使反渗透给水不加酸或少加酸；膜清洗时的PH范围宽（CPA：3～10，而CAB为4～7）；允许的温度上限高（CPA为45℃，而CAB为35℃），从而更便于清洗。

此外，膜组件结构的选择也很重要，世界上所用的井水和地表水反渗透系统所用的膜组件绝大多数为卷式膜组件。与中空纤维和板框式结构相比较，卷式膜组件在给水通道抗污染能力、设备空间要求、投资和运行费用以及可从很多的供应商处购得等方面提供了最佳的组合。

选择卷式膜组件时主要考虑因素