反渗透膜系统结构设计的实例分析

反渗透膜系统结构设计的实例分析目前，反渗透系统的工艺设计均由工程企业进行，不论给水难溶盐条件与阻垢剂的作用，系统回收率指标多数设定在75%水平；不论给水的温度及含盐量条件，系统多为6m段长的两段式结构，且两段中并联膜容器数量之比多为2:1。这样一种典型而僵化的系统设计结构很大程度上制约了膜系统功能的发挥，值得广大的工程企业与用户企业认真分析。本文基于某特定工程的系统设计结构分析，扩展为对一般膜系统结构的研讨。1系统结构的一般概念评价反渗透膜系统设计的优劣主要包括脱盐率、回收率、能耗率、膜通量、极化度、通量比等6项技术指标。其中系统脱盐率水平主要决定于膜元件的脱盐率指标，回收率主要决定于给水中难溶盐的含量，能耗率主要决定于给水含盐量与膜元件的工作压力指标，平均膜通量主要决定于系统水源性质与预处理工艺。此外，膜系统结构不仅直接决定着浓差极化度和段通量比指标，也在一定程度上影响着系统的回收率、脱盐率、能耗率等设计与运行指标。膜系统中膜压力容器的分段数量、容器长度及各段并联容器数量统称为系统结构，各段容器长度之和称为系统流程长度，且两段中并联膜容器数量之比称为段容器比。关于系统中的主要性能指标及其相关因素，以及系统结构对系统性能指标的全面影响，可参见文献[1]。2流程长度的系统影响反渗透系统的淡水产出过程，也是对系统给水的浓缩过程。浓缩倍数与系统收率之间呈函数关系：浓缩倍数≈1/（1-系统收率）。例如，系统收率达到0.75时，给水被浓缩了约4倍。由于高倍浓缩将使浓水中的难溶盐饱和析出，给水中的难溶盐含量决定了系统的最高收率。尽管在给水中投加阻垢剂可以缓解浓水的结垢趋势，进而提高系统的收率水平，但阻垢剂作用的饱和仍使系统收率限制在一定水平，该收率水平称为难溶盐极限收率[2]。除难溶盐的影响之外，系统收率还受到浓差极化度的限制。浓差极化度系指溶质的膜表面浓度与水体平均浓度之比，与元件给水流量及浓淡水流量比相关，且该极化度存在1.2的上限数值[3]。为提高元件给水流量及浓淡水流量比，即降低浓差极化度的数值，系统膜堆总成锥形排列结构。图1给出了随着系统流程长度的增加，系统受浓差极化度制约所能达到的最高回收率，该收率水平也称为浓差极化极限收率。由于两项收率限值同时存在，系统最高收率是难溶盐与浓差极化两极限收率的较低数值。因难溶盐极限收率为系统外界给水条件，而浓差极化极限收率为系统内部