发布时间 : 星期二 文章06第六章 反渗透系统设计 - 图文更新完毕开始阅读27828be0bd64783e09122bec
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本文提及的技术方案均属于海德能公司的专利范围。除非来自海德能公司的书面保证，海德能公司对于本文提供的信息及本文提供的产品和系统性能没有义务提供担保。
第六章 反渗透系统设计 6．1海德能RO设计导则
在使用海德能公司膜元件设计反渗透系统时，一般应遵循以下所建议的通用导则，如需要在超过本导则的情况下使用，请与海德能公司协商以便提供特殊的建议。 表-1 系统设计参数
原水水源 推荐最大SDI（15分钟） 浊度 NTU TOC ppm C 进水水质指标 BOD ppmO2 (粗略估算= TOC x 2.6) COD ppmO2 (粗略估算= TOC x 3.6) 系统平均通量,GFD/ LHM 前端膜元件通量,GFD/ LHM 通量衰减%（年） 透盐率增加%（年） Beta值（单只膜元件） 进水流量 GPM/ m3/h (单只压力容器最大值) 4\ 进水流量 GPM/ m3/ (单只压力容器最大值) 8\ 浓水流量GPM/ m3/h (单只压力容器最大值) 4\ 浓水流量GPM/ m3/h(单只压力容器最大值) 8\ 压力损失,psi/bar(单只压力容器） 压力损失,psi/bar(单只膜元件） 水温 ℉℃ RO产水 1 0.1 1 3 4 23/39.1 30/51 5 5 1.40 16/3.6 75/17.0 2/0.5 8/1.8 40/2.72 10/0.68 33- 113 0.1- 45 地下水 2 0.2 3 8 11 18/30.6 27/45.9 7 10 1.20 16/3.6 75/17.0 3/0.7 12/2.7 35/2.38 10/0.68 33- 113 0.1- 45 地表水 4 0.4 5 13 18 12/20.4 18/30.6 7 10 1.20 16/3.6 75/17.0 3/0.7 12/2.7 35/2.38 10/0.68 33-113 0.1- 45 深井海水 3 0.3 3 8 11 10/17 24/40.8 7 10 1.20 16/3.6 75/17.0 3/0.7 12/2.7 35/2.38 10/0.68 33-113 0.1- 45 表面海水 4 0.4 3 8 11 8.5/14.45 20/34 7 10 1.20 16/3.6 75/17.0 3/0.7 12/2.7 40/2.72 10/0.68 33 -113 0.1- 45 三级废水 4 0.4 10 26 36 10/17 15/25.5 15 10 1.20 16/3.6 75/17.0 3/0.7 12/2.7 40/2.72 10/0.68 33-113 0.1- 45
表-2 浓水中难溶盐的饱和极限
盐分 CaSOSrSO4 4 BaSO4 SiO2 饱和值－% 230 800 6000 100 LSI及SDSI 值 < -0.2 < 0.5 < 1.8 表-3 饱和指数极限值
条件 不加阻垢剂 六偏磷酸钠阻垢剂 有机阻垢剂
6.2反渗透系统设计概述 反渗透系统基本组成部分
1）原水供水单元：原水可能是自来水、地下水、水库水或其它水源，但一般反渗透系统都有一个储水槽。在系统设计时要考虑避免二次污染，防止沙土、灰尘等机械杂质污染和发酵、水藻等生物污染的发生。
2）预处理系统：针对原水得水质指标和水源特点，设置合理的预处理系统，保证经过预处理的水质能够达到反渗透系统对于COD、SDI、余氯和LSI等的要求。对于一定的原水，不同的预处理工艺和污染因子去除效果会影响到反渗透膜元件类型、数量和系统参数的选择。在目前越来越多的反渗透系统被用于地表水和回用污水的情况下，为了保证系统性能和和效率，推荐优先选用膜法预处理（超滤/微滤）。请参考本书卷首较为详细的“美国海德能公司反渗透纳滤设计导则”。
3）高压泵系统：高压泵系统的压力（扬程）和流量的选择主要依据运行海德能设计软件IMSdesign的模拟计算结果。为了保证系统的安全可靠，在实际选型时，可以在计算结果推荐选型的基础上提高10%扬程和流量规格。反渗透高压泵要求使用性能高度稳定的耐腐蚀泵。泵系统一般由给水泵和高压泵组成，给水泵加在保安过滤器之前，用于高压泵供水和低压冲洗。在高压泵出口一般要安装手动调压阀和慢开电动阀。手动调压阀用于调节泵的出力，电动阀可以防止高压泵启动时发生水锤现象。
4）RO膜单元：RO膜单元由压力容器、膜元件、管道和浓水阀门等组成，是反渗透系统的核心。本章内容主要针对RO膜单元的设计，包括参数选择、流程配置、膜元件选型、膜元件数量和排列的选择以及设计方案的评价和优化等。 5）仪表和控制系统：为了装置能够安全可靠地运行、便于过程监控，一般要配备温度表、pH计、压力表、流量计、电导率表、氧化还原电位计等仪表。反渗透系统的运行和监控由PLC、仪表、计算机系统和工艺模拟流程模拟屏执行，同时设有手动操作按钮和控制室操作按钮，系统具有联锁保护功能及报警指示功能。请参考本书第七章及第十三章相关内容。
6）产水储存单元：产水储槽（罐）主要考虑防止二次污染，容积和配置取决于后续工艺要求及用水量调节需要，在产水储存单元的设计中要考虑防止发生背压。
7）清洗单元：用于膜的化学清洗和消毒灭菌处理，具体设计参考第八章“污染与清洗”。 反渗透系统设计一般步骤
1）落实设计依据：原水水质和原水类型，产水的具体水质指标。在拿到原水水质资料时一定要确认水源的类型，可能的水质波动范围，取水方式及受到二次污染的可能性。在地表水处理和海水淡化工程中，取水方式也是设计整个系统设计中最为关键的。在污水回用处理工程中，需要反复落实排放水的水质资料，在必要时要同时改造污水处理系统以保证反渗透工艺的可行性。
2）确定预处理工艺及其效果，主要是对于经过预处理之后水质指标的确认。我们所讲的反渗透给水或系统进水就是指经过预处理之后的水质。 3）膜元件选型
根据原水的含盐量，进水水质的情况和产水水质的要求，选择适当的膜元件。膜元件的选型请参考卷首的设计导则及膜元件选型指导地形图。 4）确定膜通量和系统回收率
根据进水水质和处理水指要求的等级不同，决定RO膜元件的种类和单位面积的产水通量(gfd或L/m2h)和回收率。产水通量可以参照海德能设计导则。回收率的设定要考虑原水中含有的难溶解性盐的析出极限值(饱和指数)、给水水质的种类和产水水质。通常，单位面积产水量J和回收率R设计的过高，发生膜污染的可能性大大增加，造成产水量下降，清洗膜系统的频率会增多，维护系统正常运行的费用增加。所以，在进行设计系统时，在条件可能的条件下，希望宽余的设计产水通量和回收率。 5）排列和级数
当确定了设计产水通量J(gfd)和产水量Qp(gpd)值，所需理论膜元件数量Ne安以下方程计算。
(7-1)
Qp 产水量 (gpd)
J 单位面积产水通量(gfd) S 膜元件面积(ft2) f 污染指数
Ne 理论膜元件数
通常RO系统排列方式以2:1的近似比例排列的方式较多。
［例题］
产水水量 60000 gpd 设计Flux 14 gfd 膜元件面积 400 ft2
解答∶ 按公式(7－1)计算理论膜元件数量 理论膜元件数量
（四舍五入）
压力容器数量
(按标准6芯装膜壳计算)
（四舍五入）
各段压力容器的数的决定
● RO系统以2:1方式排列时，
24/(2+1)=8，膜元件以(16×6∶8×6)的方式排列。 ● RO系统以4:2:1方式排列时，
24/(4+2+1)=3.42，膜元件以(13.7 ×６∶6.85 ×６∶3.43 ×６)的方式排列。实际系统的压力容器以整数出现，四舍五入后为系统为(14×6∶7×6∶3 ×6)方式排列。 以上的初步计算结果代入IMSdesign进行评估。 6）优化设计
根据设定的单位面积的产水通量J，回收率，水温变动范围，研究讨论膜组件的排列方式，设计计算压力，流量。这时使用海德能公司提供的RO设计元件(IMSdesign)可以很方便的邦助客户完成这个关键任务。
根据根据要求的产水量Qp，考虑水源的种类和膜污染符合因素的基础上计算为了满足这个产水要求所需的膜元件数(Ne)。根据回收率，估计压力容器数(Nv)和系统排列方式。以上的条件输入到设计元件中，通过种种的排列计算，得到进水的操作压力，产水水质，同时可以得到各个段的膜元件的性能，选择最优组合。 6.3 流程配置
膜单元（RO模块）由标准支架和膜壳压力容器、连接管道及进水、浓水和产水总管组成。膜元件安装在压力容器中。压力容器两端有产水出口，位于端板的中心，进水和浓水口分别位于容器相对两端。每只膜壳压力容器可串连1－7只膜元件。
图－1 膜组件结构示意图
如图-1所示，第一只膜元件的产水管和最后一支元件的产水管与膜壳端板相连接。膜壳的产水管互相连接。每个膜元件的一端有一个浓水密封圈，将膜元件内部流道与元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元件的流道。在进水流经每只元件时，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。
系统的压力容器背分为几组，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延进水走向减少，一般为2 : 1，如图-2所示。
可以看出进水通过压力容器的流量分布呈金字塔形：在塔底的进水流量高，在塔顶的浓水流量相对低。随着进水流量的减小，平行压力容器数目逐段递减。所有组件的产水最后汇集到一个共同总管中。
这种锥形排列使整个系统的每个容器保持相近的进水/浓水比例，这个比例要符合膜元件的技术规格要求。流量过高会引起压力损失过大或可能的膜元件损害。流量过低则不能形成紊流，膜表面盐的浓度会过高。对于一个给定的RO系统，浓缩段数取决于产水回收率和每只膜壳中的膜元件数。为了避免在膜表面形成过渡的浓差极化，每只膜元件的回收率不能超过18％。在苦咸水淡化RO系统设计中，通常在工程设计中采用9％左右的单个元件回收率。这样由6芯组件构成的RO单元，有2根组件时并联回收率为60％，有3根组件时（2 :1排列）回收率为75％。如果采用7芯组件，2段的配制可使回收率达到85％。
图－2 两段2：1RO系统示意图 浓水循环
最简单的膜单元是只装一只膜元件的一根膜壳压力容器。最小的系统采用这种配制，产水回收率通常限制在15％。为了增加系统的回收率，将部分浓水返回到进水泵吸入口。浓水循环配制如图-3所示，主要用在非常小的反渗透系统中。这种设计的优点在于RO单元非常紧凑。浓水循环的缺点在于，为了保持高进水流速，需要用较大的泵。这样能耗就比多段设计要高。由于在进水中掺合了浓水，平均进水盐度会增加，进水压力和产水盐度都会增加。