反渗透两级系统的工艺及优化

在两级系统中，一级系统的污染强度远大于二级系统，两级系统的性能衰减速率及元件更换频率相差很大。在长期运行过程中，一级与二级系统的透盐率常会因元件的新旧及污染程度的深浅而出现不断的变化。因此，针对实际工程要求，存在两级系统不同“透盐水平”元件的优化配置问题为了便于分析，在特定的给水盐量及产水通量条件下，构成了透盐水平分别为 1%、2%、3%、4%、5%及6%的6 个系统，且6个系统在其他给水含盐量条件下仍以其原有通量运行。6个系统在处理一级给水时可视为6个透盐水平的一级系统，在处理二级给水时可视为6个透盐水平的二级系统，从而在连续处理一级与二级系统给水时，可得到一级与二级不同透盐水平的36个系统组合。某透盐水平组合为“1%~3%”形式时，表示一级系统为1%透盐水平而二级系统为3%透盐水平。            

（本节中，透盐水平为特定条件下系统固有特质，而透盐率为实际条件下系统运行效果)            

1.4.1一级透盐率的影响因素            

在一级给水 pH值最佳条件下，一级系统的实际透盐率除受给水电导等因素的影响之外，主要决定于一级系统的透盐水平。如图1.5曲线所示，在低于750μS/cm 范围内，给水电导率越低，一级系统透盐率越高;而且一级系统的透盐率与系统的透盐水平并非呈线性关系。例如，给水电导率为750μS/cm时，1%透盐水平系统与6%透盐水平系统的透盐水平相差6/1=6倍，而对应的系统实际透盐率只相差5.92%/1.34%=4.43倍， 即实际透盐率的差异小于系统透盐水平的差异。            

此外，5%透盐水平系统较3%透盐水平系统的实际透盐率下降了4.80%-2.80%=2.00%，而3%透盐水平系统较1%透盐水平系统的实际透盐率只下降了2.80%-1.34%1.46%，即随系统透盐水平的降低，实际透盐率降低幅度趋于饱和。再如图1.5曲线所示，同样是6%与1%的透盐水平系统，给水电导率为350μS/cm对应的实际透盐率相差仅为6.59%/1.77%=3.73倍，而给水电导率为750μS/cm 对应的实际透盐率相差为5.92%/1.34%=4.43 倍， 即给水含盐量越低，系统透盐水平差异对实际透盐率差异的影响越小 。

        

1.4.2透盐率与给水的pH值            

图1.4给出的是不同给水含盐量条件下，一级系统透盐率与给水 pH 值之间的关系，而图1.6与图1.7 给出的则是特定条件下，两级系统相同透盐水平组合与不同透盐水平组合及不同二级系统给水 pH值之间的关系。两图曲线表明：            

        

①二级系统给水 pH值对于二级系统的透盐率具有明显的影响，进而对于两级系统的总透盐率也产生明显影响。无论一级系统产水含盐量为何水平，二级系统最佳透盐率对应的二级给水pH值基本一致。            

②各级系统的透盐率均影响着两级总系统透盐率。两级系统总透盐率最低状态对应着各级系统的最低透盐率。欲得到两级系统的最低透盐率，要求各级系统的给水 pH 值均需调整到最佳水平。            

1.4.3 二级系统的透盐率特性            

图1.5曲线表明，对应350~750uS/cm的给水电导率及1%~6%的系统透盐水平级系统的实际透盐率在1%~7%区间，而图 1.8~图1.13 所示曲线表明，同等条件下二级系统的透盐率竞达5%~35%区间，即一级与二级系统的透盐率相差了5倍，这是二级系统与一级系统在透盐率特性领域中的最大区别。因此。 在两级系统中，二级系统的透盐效果远大于一级系统。            

        

        

此外，图1.8~图1.13 所示曲线还揭示出二级系统的其他特点:            

①对于相同的一级系统给水电导，一级系统透盐水平及透盐率越低，则二级系统透盐率越高;而且二级透盐水平越低，一级透盐水平的差异所呈现出的效果越发不明显。            

例如，一级给水电导率为 750μS/cm 且二级透盐水平为 6%时，如一级透盐水平分别为1%与6%相差6倍，而二级系统透盐率分别为22.0%与9.6%只差2.3倍            

再如，一级给水电导率为750μS/cm 且二级透盐水平为1%时，如一级透盐水平分别为1%与6%相差6倍，而二级系统透盐率分别为10.0%与3.3%相差3倍。            

②二级系统透盐水平与实际透盐率呈非线性关系 例如，一级给水电导率为 750μs/cm且一级透盐水平为1%时，二级系统5%透盐水平较 3%透盐水平的实际透盐率下降19.25%-14.20%=5.05%，而二级系统3%透盐水平较1%透盐水平的实际透盐率只下降了14.20%-10.00%=4.20%;即随二级系统透盐水平的降低，二级系统实际透盐率趋于饱和。            

再如，一级给水电导率为750μS/cm且一级透盐水平为6%时，二级系统5%透盐水平较3%透盐水平的实际系统透盐率下降了8.40%-6.70%=1.70%，而二级系统3%透盐水平较1%透盐水平的实际系统透盐率只下降了6.70%-5.30%=1.40%，即一级透盐水平越低，二级透盐水平差异呈现出的效果越发不明显。            

③当一级给水电导率较高时，一级与二级系统的透盐率均相对较低；当一级给水电导率较低时，一级与二级系统的透盐率均相对较高。而且随一级给水电导率的降低，一级与级系统的透盐率均加速上升。            

1.4.4 两级系统的透盐率特性            

从整体两级系统的透盐率观察，具不有图1.14~图1.19所示以下规律。            

①两级系统的透盐率远大于一级系统透盐率的平方。例如，给水电导率为550uS/cm系统中，一级系统透盐水平为2%时的一 级透盐率为2.28%，二级系统透盐水平为2%时的两级透盐率并非为2.28%x2.28%=0.052%，而是高达0.34%。

② 两级系统透盐水平同时上升时， 全系统透盐率上升幅度与一级透盐率上升幅度接近。例如，给水电导率为550μS/cm系线统中，两级系统透盐水平同为6%与同为1%的全系统透盐率之比为0.99%/0.24%=4.13，而一级系统透盐水平为6%与为1%的一级系统透盐率之比为6.26%/1.55%=4.04。

        

        

③如两级系统透盐水平不同，二级透盐水平低于一级透盐水平时的系统透盐率较低例如，给水电导率为550μS/cm 系统中，两级系统透盐水平分别为1%~5%时的两级系统透盐率为0.56%，两级系统透盐水平分别为5%-1%时的两级系统透盐率为0.35%再如，给水电导率为550uS/m系统中，一二级系统透盐水平同为3% (3%-3%)时的两级系统透盐率为0.46%。只将一级透盐水平降至1% (1%-3%) 时，两级系统透盐率只降至0.39%;只将二级透盐水平降至1% (3%-1%) 时，两级系统透盐率可降至0.29%。换言之，二级系统透盐水平较一级系统透盐水平对于两级系统透盐率的影响更大。            

④随系统给水电导率的降低，两级系统的透盐率加速上升。例如，两级系统透盐水平同为6%(6%-6%)工况条件下，给水电导率为 750μS/cm 的两级系统透盐率为0.69%，给水电导率为550μS/cm的两级系统透盐率为0.99%，给水电导率为 350uS/cm的两级系统透盐率为1.88%。换言之，给水含盐量低于 100mg/L 系统采用两级脱盐工艺的效果有限，欲得到更高水平的纯水只有依靠电去离子或离子交换等其他工艺。            

1.4.5 不同透盐水平系统配置            

在两级系统中二级系统透盐水平的影响大于一级系统透盐水平。表1.7 中横向排列的两两数据更加明确地表明，不同透盐水平两个系统，如高透盐水平系统为一级，而低透盐水平系统为二级，则两级系统总透盐率较低，反之亦然。例如，设透盐水平分别为1%与6%的两个系统，将其分置于一级与二级时的两级系统总透盐率为0.65%，将其分置于二级与一级时的两级系统总透盐率为 0.39%，足见透盐水平低的系统应置于二级位置。换言之， 如果两级系统的元件品种一致，而离线测试的脱盐水平存在差异时，脱盐水平较高元件应置于二级系统，而将脱盐水平较低元件置于一级系统，届时两级系统的总脱盐率较高即产水电导较低，反之亦然。

        

在实际两级系统运行过程中，当系统产水水质较差时，如届时的一级元件较新而二级元件更旧(需要确认一级透盐水平低于二级透盐水平，而非一级透盐率低于二级透盐率)，可以通过将二级元件与一级前段元件的对换来提高两级系统的产水水质。例如，在表 1.8中，当二级系统元件已经长时间工作而一级系统元件的工作时间较短，届时形成的2%-5%系统的产水电导率3.355μS/cm 已不能满足低于3.0μS/cm的要求时，可将二级系统元件与一级前段元件加以调换。由于一级后段元件仍属2%级透盐水平.故调换后的两级系统产水电导率应低于表中所示5%-2%系统的2.403us/cm，完全能够满足系统要求。同样，当2%-4%系统产水电导率2.833uS/cm不能满足要求时，可通过元件调换成4%-2%系统，届时的产水电导率将低于2.228μs/cm。