反渗透和纳滤系统的设计.docx
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反渗透和纳滤系统的设计
反渗透和纳滤系统的设计
反渗透和钠滤系统通常包含预处理设备、反渗透/钠滤设备和后处理设备。
设置预处理部分
的目的是调整原水的水质使其符合反渗透和纳滤系统的进水水质要求。
后处理工序的目的有两个，一是调节反渗透和纳滤的产水成分使其符合使用目的，二是使浓水符合排放标准。
在设计反渗透和纳滤系统时，正确掌握原水水质和对产水的要求是最基本的要素，对各个装
置的设计进行优化组合是保证系统的正常运行必不可少的重要环节。
下面针对反渗透和纳滤系统
的设计进行论述。
1系统配置
1、1概述
在反渗透和纳滤系统的设计中，
（1）膜元件型号的选择；
（2）水通量选择（单位膜面积的
产水量，GFD或LMH;以及（3）回收率，都是重要的事项。
一般尽可能设计高的回收率，这样可以降低供给水的量，减少预处理的成本。
但是，系统的回收率过高时会有以下的不利因素需要考虑：
⑴结垢的风险增大，需要添加阻垢剂；
⑵产水的水质下降；
⑶运行操作压力增高，泵和相关设备的费用增加。
产水量和回收率的设计一定要符合安全的标准。
一般建议要有一定的设计弹性。
使用某公司
的膜元件时注意参看该公司的设计导则。
系统的运行方式一般分为连续操作和批式操作两种。
批式处理是指储存一定量的进水，一定
期间内处理产水和浓水，一般在小规模的浓缩工程和水量小或连续供水不足的场合被采用。
连续
操作是设定一定的回收率和产水量，基本上以一定的操作压力进行连续地分离处理产水和浓水，大规模的反渗透和纳滤装置都采用连续过滤。
1、2单元件系统
单元件系统是最小的反渗透或纳滤系统，虽然只包含一支膜元件，但是配套设备却很完整。
因此熟悉了解单元件系统的结构和设计，对理解大系统的设计是十分有帮助的。
控制适当的给水
范围（最大给水流量和最小浓水流量），防止由于浓差极化所引起的水通量减少和膜污染非常重
要。
由于该系统仅采用一支膜元件，而设计要求单支40英寸的膜元件浓水排放量与产水量比的
最小值为5:
1（约相当于18%的回收率），因此单一膜元件系统很难达到较高的系统回收率。
为了提高回收率，系统流出的浓水的一部分可以返回到给水处。
采用部分浓水回流的方式可以增
加回收率（一般可增加到50%）,但是由于有部分浓水返回到进水，会导致产水的水质下降。
1、3单段系统的排列
把单支膜元件并联起来排列就成了单段系统。
单段系统中包含两个以上的膜元件。
单段系统
的排列和单元件系统的排列意义相同，系统的回收率一般在1550%之间。
为了提高回收率，
可以在每一个压力容器内串联更多的膜元件。
膜元件串联的数量和回收率之间的关系见下表：
膜元件串联数
量12345
6
最大回收
率，%1629384653
59
1、4多段系统的排列
当要求系统的回收率高于50%时，可以采用多段系统。
多段系统是指第一段的浓水作为第二段的进水，第二段的浓水作为第三段的进水，以此类推。
每段的进水一部分变成产水，后一段
的进水流量会减少，含盐量会升高，所以后段的膜元件数量要比上一段的膜元件数量少，以保证
正常的进水流量。
一般的排列方式是2:
1或4:
2:
1o通常，两段系统可以把回收率做到
5070%,三段系统回收率做到75—90%。
在多段系统中，浓水侧的渗透压不断升高，有时会发生净驱动力（NDP不足的现象。
造成前段产水和后段产水不均衡。
这时有三个解决方法：
⑴在每个段间加增压泵，以提高后段的驱动力；
⑵在第一、第二段产水侧设置节流阀门。
通过增加产水背压的方式，降低前段产水量，保持
整体有效压力（NDP的均衡。
采用这个方法时，系统停止运行时有可能造成背压（产水侧压力大于进水侧压力）。
在设计以及操作时必须谨慎处理。
⑶前后各段采用不同过滤阻力的膜元件。
前段采用阻力大的膜元件，，人为降低前段的产水量，后段采用阻力小的膜元件，以保证产水量。
1、5多级系统
在一些应用中，单级反渗透的产水水质无法满足用水的要求，为了尽可能的降低产水含盐量，
前一级反渗透的产水作为下一级反渗透的进水被称为多级反渗透系统。
设计多级反渗透系统时，根据产水水质的要求，可以考虑第一级的产水全部进入第二级或部分进入第二级反渗透系统。
如
美国海德能公司的分裂式部分二级设计的海水淡化系统中，第一级中采用海水淡化反渗透膜元件
SW踪列，后端高浓度的产水作为第二级低压型ESPA膜的进水，经过二级处理的产水和第一级
前段低浓度的产水进行混合。
第二级反渗透的浓水可以循环回第一级反渗透系统进水中。
第二级
反渗透浓水中的含盐量通常比第一级进水的含盐量还要低，所以将第二级浓水返回到第一级进水
会降低进水含盐量，增加整体的回收率。
这就是分裂式二级设计。
与第一级不同，在第二级反渗透系统的设计中，还应该注意以下几点：
A、选择大通量的超低压反渗透膜元件;
B、第二级反渗透在设计时可以选择更高的水通量，一般一支8英寸的膜元件可以设计产水
1.52.0m3/h,即：
4050LMH;
C、在第二级反渗透中，浓差极化指数（0）最高可以达到1.70;
D、第二级反渗透系统的排列最好接近3:
1;
E、最好选择45芯的压力溶器；
F、回收率应大于等于85%,最好能达到90%o
1、6采用批式操作的浓缩循环系统
茶叶、果汁和制药等工业，常以浓缩为目的。
在设计反渗透和纳滤系统时，要考虑处理量和处理时间问题。
以浓缩为目的的系统，批式处理比连续处理要多。
采用批式处理时，被处理液的浓水以一定的流量循环回原液槽中，循环一定时间
后，原液中的浓度会上升，随着浓缩倍率的增大，渗透压也会显著的上升。
所以要掌握压力的调整和膜污染的情况。
设计时要考虑原液温度的控制、腐蚀以及清洗杀菌的方法等。
2系统设计步骤
为了有效发挥反渗透系统的性能，需要准确了解给水水质、用水点对产水水质和水量的要求，参考预处理和后处理工艺，以达到设计上的最优化。
下面讲述的反渗透系统设计建立在进水水质符合反渗透系统进水要求的前提下。
2、1水源
掌握水源的种类和水质情况以及水质变动的情况。
水源大致可分为地表水（河川、湖泊和水库），地下水（井水），废水（工业废水和市政污水）和海水（直接取水和打井取水）。
2、2膜元件的分类
根据原水的含盐量、进水水质的情况和对产水水质的要求，一般将膜元件分为五大类：
苦咸水脱盐、超低压、低污染、纳滤和海水淡化。
2、3平均水通量和回收率的确定
根据进水水质和对产水水质的不同要求，决定单位面积的产水通量J（单
位：
GFD或LMH）和回收率（Rec.）产水通量可以参照膜公司的设计导则。
回收率的设定要考虑原水中含有的难溶盐的析出极限值。
通常，单位面积产水量J
和回收率Rec.设计的过高，发生膜污染的可能性会大大增加，造成产水量下降，清洗膜系统的频率增多，维护系统正常运行的费用增加。
所以，进行设计系统时，在可能的条件下，希望采用有余量的产水通量和回收率。
2、4理论膜元件数量
当确定了设计产水量J和产水量Qp值时，所需理论膜元件数量Ne可以按下式计算：
Ne=Qp/（JxS）
式中：
Qp产水量，m3/h;
J单位面积产水通量，LMH
S——膜元件面积，m2
Ne——理论膜元件数，支。
2、5压力容器的数量
决定了每支压力容器可装填膜元件的数量（Ve）后，通过膜元件的数量Ne除以Ve就可以得到所需压力容器的数量（Nv）。
Nv=Ne/Ve
2、6膜元件的排列一一理论段数
根据设计的回收率设定理论段数和每段的压力容器排列。
通常反渗透系统排列方式以2:
1的近似比例为多。
让我们通过下面的例子来熟悉一下计算的方式。
例：
产水水量为100m3/h,设计通量为22LMH,膜元件面积为37.2m2问需要如何排列反渗透系统。
解：
计算理论膜元件数量：
Ne=Qp/（JXS）=（100X10
人3）/（22X37.2）=123
压力容器数量（按标准6芯装膜计算）：
Nv=123/6=20.5=21
各段压力容器数的决定：
反渗透系统以2:
1方式排列时，21/
（2+1）=7,膜元件以14:
7的方式排列，每个压力容器6支8英寸膜元件，总数量为126支。
若反渗透系统以4:
2:
1方式排列，则21/（4+2+1）=
3,取整则可以排列为12:
6:
3,每个压力容器6支8英寸膜元件，总数量为126支。
以上的初步计算结果可以输入计算软件进行验证和评估
2、7系统的优化
根据设定的单位面积产水通量、回收率、水温变动范围，研究讨论膜元件
的排列方式，设计计算压力、流量。
这时使用设计软件可以很方便地帮助客户完成这个任务。
2、8系统的性能
2、8、1压力和渗透压在系统中的变化
原水通过高压泵加进入膜系统，会有压力损失，进水操作压力Pi随着水流的方向不断降低。
同时原水透过膜元件不断有产水产出，进水被浓缩，原水浓度不断升高，产水侧的渗透压不断增大，净驱动力（NDP降低。
2、8、2产水流量和产水水质在系统中的变化
压力容器中的每支膜元件的性能由于所在位置的不同变化很大。
对两段排列，每支压力容器装有6支膜元件的情况来说，原水进入膜系统，原水透过膜元件不断有产水产出，进水被浓缩，原水浓度不断升高，、渗透压增大、有效压力降低，膜元件的产水量沿着进水侧到浓水侧的顺序变小。
由于原水浓度升高，产水中含盐的浓度随之升高。
2、8、3回收率和进水流量的变化
不同位置膜元件进水流量与回收率均不同。
前一支膜元件的浓水作为下一支膜元件的进水，水量不断减少，回收率不断增加，设计计算时一定要注意每段最后一支膜元件的回收率不要超过规定极限值和不要低于最小浓水流量。
3设计参数
3、1系统设计部分参数以及允许值
原水水源RO产水
地表水深井海水表面海水
地下
废水
（软
化）
（MF/UF）
（MF/UF
）（传统）
（MF/UF）
进
SDI
15
1
2
2
3
4
2
水浊
度
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
参TOC,mg/Las
C22
225
2
数BOD,mg/Las
O244
410
4
4
极COD,mg/Las
C266
6616
6
限进水温
度，c
水源）
JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ
0.1
JJJJJJJJJJJJJJ
系统平均产水逋量
27.210/178/13.5
21/35.7
11/18.7
16/27.216/
（GFD/LMH）
首支膜最大产水逋量
35.724/40.820/34
30/51
16/27.2
27/45.921/
（GFD/LMH）
广水通量年衰减
率，％577
7712
产水脱盐率年增加
率，％510
101010
10
单支膜最大B
值1.401.20
1.201.201.20
1.20
单支压力容
器（4”）3.6
3.63.6
3.6
3.6
3.6
45（所有
最大进水流量，m3/
h（8”）17.017.017.017.
017.017.0
单支压力容
器（4”）0.450.680.68
0.680.680.68
最低浓水流量，m3/
2.73
h（8”）1.822.73
2.732.732.73
膜元件最大压力损失，MPa每支40英寸长的膜元件为
0.07
为了维持产水量、控制操作压力不超过允许极限值，就必须控制高压泵的出
口压力。
以下显示美国海德能公司的膜元件允许最大操作压力。
ESPACPAPROC10
和LFC系列膜元件：
4.14MPa；SWC（歹1J:
8.27MPa,以下对使用的离心泵和高压柱塞泵的异同以及使用时的注意点作简要说明。
⑴离心泵
离心泵适用于要求较低压力和较高流量的系统。
2.0MPa以下的低操作压力反渗透系统一般采用高压泵。
使用具有恒转速电机的泵时，常在泵的出口管线上设置节流阀控制出口的流量和压力。
对于进水温度变化显著的反渗透和纳滤系统，建议使用可变频调节电机转速的泵，以减少不必要的能量消耗。
但是变频泵的价格要高一些。
⑵高压柱塞泵
高压柱塞泵的动作原理是依靠固体壁的移动挤压方式，适用于需要高压力、
小流量的系统。
5.0MP时右的海水淡化系统常采用这种类型的泵。
由于柱塞泵的吐出压力过高，不能使用节流阀控制柱塞泵出口的流量和压力。
压力和流量的调节依靠泵出口处设置的背压防止阀。
一般柱塞泵自身设有背压防止阀，但是泵自身的防止阀按泵本身的压力设定的，一般要远远高于膜元件允许的最高压力。
在泵的出口处安装安全泄压阀防止过剩压力冲击反渗透膜。
止匕外，如果泵本身没
有安装压力缓冲装置，应该在出口处安装缓冲装置降低压力脉冲。
4、2管路要求
⑴材质和强度
管路要求选择耐腐蚀性强，可以承受阀门关闭时系统压力的材料。
管路的设计压力>阀门关闭时的系统压力>操作压力。
一般的低压反渗透系统使用SUS304以上规格的不锈钢。
产水等低压管路一般使用PVC材质。
⑵管径
管路的直径大小的选择一定要避免在系统流量范围内产生过大压力损失。
尤
其是产水的管路直径大小更重要，产水管路过细，容易产生产水背压损坏膜元件。
流量和最大流速与管路内径的关系见下表：
寸
GPM
管路内径，最大线速度，m/s
央
0
4
1/
2
4
10
1.98
3/
4
10—
2.19
20
2.50
1
20—
50
1
1/
2
50—
2.77
100
3.11
2
100—
175
2-
1/
2
3.47
175—
3003
4.15
注：
GPMGallonPerMinute;LPM:
LiterPerMinute。
1GP附3.785LPM.
4、3水箱
为了防止水在水箱中有积留现象，要考虑水箱入口和出口的位置。
小型水箱，不用考虑强度问题，可以使用聚乙烯（P6和玻璃钢（FRP等耐腐蚀的塑料材质。
水箱设置在室外时，有必要考虑水箱内微生物滋生等二次污染问题，建议选用遮光材质。
大型水箱，必须考虑强度问题，一般选用金属材质。
4、4传感器
为了保护反渗透系统以及膜元件，通常采用各种类型的传感器。
比如：
•给水箱液位传感器：
为了防止给水泵空转。
给水水箱要设置液位计量开关，当液面过低时，给水泵会自动停止。
•压力传感器：
防止异常高压对膜元件的伤害。
设置压力传感器，当进水压力过高时高压泵停止工作。
•pH值传感器：
为了防止结垢，设置进水pH值传感器。
4、5药剂
4、5、1药剂注入点
药剂注入点的位置一般选在泵的入口等混合效果较好的地方。
需投加多种药
剂时，注入点间隔最小应在一米以上。
为了加强药剂的混合，可以设置混合器。
4、5、2药剂使用的注意事项
⑴亚硫酸氢钠（SBS）
当系统既注入酸，也注入SBS时，SBS的注入点应该位于加酸点之后。
这是因为如果在加入SBS后加入酸，会产生亚硫酸气体。
一股市面上购买的SBS的浓度约为35%。
冬天时，SBS会析出结晶。
低温度时需要用水稀释后再使用。
下表标示了不同温度时的稀释倍数。
SBS
10
1-
1020,或稀释
2倍
1035,原液
（2）次氯酸钠（NaClO）
预处理中使用NaClO时一定要注意防止余氯进入反渗透和纳滤系统。
若发现给水中残留有余氯，则必须用SBS还原。
SBS的加入量应该是余氯残留量的1.8-3倍，以保证充分还原余氯。
酸性条件下使用NaClO可能会有氯气产生。
NaClO+2HCl-NaCl+H2O+Cl2f
温度不同时，NaClO的分解速度也会有变化，在储藏NaClO时要注意。
有效浓度12%的NaClO的浓度随时间的变化表
保管温
度，C保管期以及浓度变化
5
1年后，下降到11%
19—29
150天后，下降到5%
40
30天后，下降到6.5%
4、6计量仪表
•压力表：
进水、段间、浓水、产水侧分别配置压力表；
•流量计：
产水和浓水处设置流量计，可以计算进水流量（进水=浓水+产水）；
•温度计：
进出压力溶器入口处设置；
•进水pH计；
•进水电导仪；
•
还原电位表）
进水ORP表（氧化
我现在有一套二级RO系统，其一级排列方式为1-1（每支膜壳2支陶氏BW30-400
膜），二级就1支膜壳装2支膜，我现在想知道他在一定进水压力下的标准产水量及浓水，就是回收效率.还有去处率？
因为我不知道这设备刚开始运行的数据，现在不知道什么时候
需要进行清洗了？
我现在想知道他在一定进水压力下的标准产水量及浓水？
你必须知道温度，和进口压力。
这样通过软件可以知道他的产水量和浓水的最小排放量。
我
猜测一级回收率该有60%左右。
至于去除率，你就要用表测下TDS了。
这样就可以计算实际的去除率，而理论上的去除率
恐怕要看水质报告了，好像意义不是很大，95以上都比较正常吧。
请叫你是怎么知道是60%呢？
经验吗？
我现在一级产水2.2T/H，回水2.5T/H
（回到一级进水），排水0.85T/H,这样的运行是根据什么来决定的呢？
谢谢解答1
陶氏的设计软件ROSA,会有单只最小浓水流量的限制，好像是2.3T/每支。
这样的话，你
浓水流量最小要2.3吨（这个值不能变），如果系统有60%回收率，进水要5.75吨（此时系统的压力大概在9-10公斤），产水量3.45吨，此时每支莫0.863吨，这是能达到的。
如果系统有75%的回收率进水要9.2吨，产水就有6.9吨，此时每支膜要产水1.725吨。
这个如果进水不是特别好的话，膜已经不可能出这么多水了。
所以我说回收率大概在60%左右，当然了短时间内系统回收率甚至可以做到70%。
不过楼主制药找到ROSA,把知道的参数写进去就可以了。
陶氏的网站就有
先找到DOW的膜技术手册，DOW的网站上有，关于清洗时机的建议，水量下降比例，压降升高比例，在手册上都可以查到。
1.找到这套系统的操作手册，一般会有调试的运行记录，会有参数记录的，这些数据是这套系统最开始的值，可以比较现在RO系统的参数差异。
然后依据膜技术手册上的建议选择合适的清洗液进行清洗。
2.如果操作手册找不到了，找设备供应商，也就是这套水系统的制造商要调试参数，一般
厂商都会有保留。
然后比较数据。
一般RO系统，6个月左右可进行一次清洗。
设计和操作不同，RO清洗的间隔有所差异。
对于一米长的八寸膜而言，每只容器中两只膜其回收率为29%,浓缩倍数约为1.4倍左右，三只的最大为38%,4只的为44%,而你在一级是一比一排列，那么回收率约是44%.你想要找到清
洗标志，那么就根据运行情况和你现在对比也可，这个可相对灵活.
计算的时候仅考虑系统进水和产水。
Recovery=2.2/（2.2+0.85）=72.13%
关于RO系统回收率的问题
陶氏膜元件在系统回收率方面建议：
在6芯装的膜壳中，一段的回收率为40%~60%（串联的
膜元件为6支），二段的回收率为70%~80%串联的膜元件为12支），三段的回收率为80%~90%（串联的膜元件为18支），所以楼主以2芯装的膜壳，即使是做成2段，系统60%勺回收
率也是过高的，这样膜的负荷非常大。
其实系统的回收率是可以调的，但必须满足最大进水
量和浓水的最小排放流量要求。
楼主是可以先用陶氏的ROS做件模拟，陶氏的ROS做件的
结果跟实际的结果是很接近的。
如果实在不行的话，可以找陶氏各办事处的相关技术人员问问，在广州、上海和北京都有办
事处，上网查查就知道了。
他们现在的服务非常好。
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