反渗透设计-膜元件选择及导则

发布于：2024-04-22 16:33:22 来自：给排水工程/给排水资料库 [复制转发]

鉴于实际情况的差异，各种水处理工艺对原水水质了解的侧重面不同。目前，RO装置的原水多样化，尤其是中水回用，要求对水质成分以及含量有一个准确全面的了解。

针对RO装置而言，所掌握的水质指标内容应该包括： 污染指数SDI ₁₅ 值、pH、NH ₄ 、水中各种阴、阳离子组合成分H ₂ S、SiO ₂ 、TDS、浊度、色度、细菌(个数/mL)、TOC、COD (BOD)、游离氯(Cl ₂ )等。

目前，各生产厂家均有多种不同类型的膜元件，根据进水类型、脱盐率、操作压力、设计能力等要求，从中可以选择合适的膜元件。

以东丽公司膜产品为例：

东丽内接式膜元件(通用)型号：TM (1-1) (2-2) (3-3) —(4-4)。

(1-1)膜元件类型：7：低压RO膜，8：高压RO膜，G：超低压RO膜，H：极超低压RO膜，L：低污染RO膜，N：纳滤膜。

(2-2)膜元件直径：10：4英寸(10.16cm)，20：8英寸(20.32cm)。

(3-3)主要功能特征：-：标准型，H：高压型，L：高产水量型，R：高脱盐率型。

(4-4)膜元件有效面积：-370：370 平方英尺，-400：400 平方英尺，-430：430平方英尺。

注：TM系列直径10.16cm (4 英寸)膜元件均为外接式膜元件东丽外接式膜元件型号：SU (5-5) (6-6) (7-7)

(5-5)膜元件类型：6：纳滤膜，7：低压RO膜，8：高压RO膜。

(6-6)膜元件直径：10：4英寸(10.16cm)，20：8英寸(20.32em)。

(7-7)主要功能特征：-：标准型，F：高膜面积，L：高产水量型，LF：高膜面积高产水量，R：高脱盐率型，P：低溶出型，FA：高膜面积。

针对选定的膜元件，在RO装置设计时，应严格遵循RO膜的设计导则。表1所列有关参数和运行的数值，是基于膜的性能以及运行经验而确定的，主要包括：进水性质、污染指数SDI ₁₅ 值、平均水通量、最高回收率、最大水通量、最高进水量、最低浓水量等。

表1 膜设计导则

RO设计主要关注的是， 进水水质对膜的潜在污染的问题 。水中颗粒、胶体、有机物以及细菌等，会随着水的逐渐浓缩而累积在膜表面，造成这些杂质的浓差极化程度远高于无机盐，极易引起膜污染与污堵。

进水的污染指数SDI ₁₅ 值，又称淤泥密度指数，与水中这些杂质的含量有相当好的对应关系。SDI ₁₅ 值高，指明这些杂质含量高，表明RO膜受污染的风险高。表1列出了不同进水水质的SDI ₁₅ 值， 上限值为5 。

RO预处理的目的，是保证SDI ₁₅ 值满足规定要求，并力求降低。然而，SDI ₁₅ 值的高低，与预处理工艺的完善程度和投资以及运行成本有直接关系。 在获得适当的SDI ₁₅ 值和尽量减少膜污染的情况下，应从整体考虑RO系统的优选优化问题，以取得较佳的经济性 。

膜元件平均通量，与膜总有效膜面积有直接关系，是RO装置的设计特征参数。与SDI ₁₅ 值不同，水通量取值范围变化幅度较大，水质较好(SDI ₁₅ 值较小)、较差分别采用较高、较低的设计水通量，采用较高的水通量意味着膜元件数量较少，装置投资较少。

对于同一水质，根据取值范围与预处理的完善程度，关注初期投资，可以选择较高的设计水通量值，而关注长期运行和维护成本，应选择较低值。

操作压力 取决于水通量值的大小，选取通量值越大，操作压力就越高。海水膜与苦咸水膜不同，在最大的操作压力下，通量值相对还是较小；对于苦咸水膜，在最高操作压力4.10MPa下，通量值将会成倍增加，而实际的操作压力不可能接近此值。

在实际装置中， 操作压力沿流程逐渐降低，会造成水通量也逐渐减小，因此平均水通量值选取不当，则会使前部膜元件的通量值超限。 在SDI ₁₅ 较高的情况下，前部膜元件极易发生污堵，造成操作压力和压差升高，恶化装置性能，也造成化学清洗极为困难。

表1所列的水通量取值范围，是经过实践的典型取值界限，但并不代表不能突破。根据RO膜的脱除物质的性能，对于同一种合格的进水，不同的水通量，则膜表面上拦截与累积的杂质量就不同，换句话讲，高通量意味着膜表面上杂质就较多，潜在的污染程度也较大。因此，正确选取水通量的大小是RO装置设计的重要内容。

回收率是RO装置设计的另一个特征参数。表1所示为单个膜元件的上限值。回收率与水通量有直接的关系。水质较好，单个膜元件回收率较高，水通量较大。

对于同一水质，相对较高的回收率，会增大膜污染的风险。值得注意的是，装置表观回收率、段表观回收率与装置内单个膜元件的真实回收率有着本质的区别，应该保证单个真实的回收率不应超过所规定的上限值。

表1对不同膜元件规定了 最小浓水流量 ，是保证膜表面上应有一定的横扫流速，以减轻浓差极化程度、降低污染、排泄浓缩成份。

膜元件最大进水流量， 主要是保证膜元件压降符合规定 ，即单个膜元件的最大允许压降为0.1MPa，组件的最大允许压降为0.35MPa ，以避免膜元件损害。在设有循环回流的RO装置中，这点应尤其注意。总之，设计正确的RO装置应该保证每个膜元件均处于导则规定的运行条件范围内。

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