反渗透膜系统设计导则及应用指南

反渗透膜系统设计导则及应用指南反渗透系统设计的最终目的是为了安全和有效地运行，而对一个反渗透系统或装置的设计必须综合考虑到其运行的安全、技术经济合理性、易于操作和维护、设备空间限制及环境保护等诸多方面的要求。其中安全内容应包括操作管理人身及设备安全两个方面，在设计考虑时应放在首位。设计工程师在设计时首先应考虑好所设计的全套反渗透系统如何安装？如何方便于用户运行及维护管理。同样，作为设备运行管理人员也需要多了解设计，并在运行过程中严格遵守操作规程。反渗透膜分离系统的运行方式与传统的过滤系统完全不同。传统的过滤系统在运行时，水体全部通过滤器的滤层，在截污能力降低到一定程度时，依靠设备的反冲洗操作将截留下来的污物从滤层中除掉。而反渗透系统在运行时则是原水中的一部分水流沿与膜表面垂直的方向透过膜，而同时另外未透过的部分水流则沿着与膜表面平行的方向流过，在工艺上属于横流过滤的范畴。在反渗透系统产水过程中，在有水流垂直透过反渗透膜时，此时原水中的盐类和其它胶体污染物也势必受给水的净压力作用被浓缩于膜表面，与此同时所剩下的另外部分未透过的水流则沿与膜表面平行的方向将被浓缩在膜表面的污染物质带走。也就是说，一个设计优良的反渗透系统在运行过程中能够在正常运行的同时完成良好的自身清洗过程。工程实践表明，为有效地控制反渗透膜系统在使用过程中的污染速度，选择适宜的水通量及分离过程中的横向流速是十分重要的。过高的水通量设计，会使其污染速度呈指数变化趋势上升，而膜系统若采用较高的横向流速设计则可增加膜系统运行时水流的湍流程度，从而减少已进入膜系统内的颗粒物质在膜表面的沉淀或在隔室空隙处的堆积。另外，由于系统采用了较高的横向流速，因此提高了膜表面的高浓度盐分向主体水流的扩散速度，进而减少了难溶物沉淀在膜表面上的危险。但是，较高的横向流态设计往往会使系统水回收率降低或循环水量过大，这样在具体工程设计时，适宜的水通量及横向流速的设计与选择至关重要。同时，我们把这种在膜分离过中，由于料液的浓缩导致了膜表面处的物料浓度与膜水流道间的主体水流物料浓度不同的现象称之为浓差极化，若设计或运行管理不适，往往会使反渗透膜系统浓差极化现象加剧。反渗透系统产生这种浓差极化现象后会产生以下不良后果：(1)膜表面的盐量浓度高，从而增加了整个膜系统的渗透压，这就需要提高反渗透膜系统给水的压力以达到所需的出力，继而增加了系统对能源的消耗。(2)由于增大了膜两侧的盐量，使膜的盐透过率增大，会使系统脱盐率下降。(3)反渗透膜系统的浓差极化最大危害是会导致膜表面的胶体物质及难溶无机盐浓聚与沉积，也正因为此方面的原因将导致已运行的反渗透膜系统必须进行频繁的化学清洗。同时由于各种污染物在膜表面的逐渐沉积，也可能导致不可恢复的膜性能下降。这是因为反渗透膜系统浓差极化现象产生时，膜表面附近形成了一定的浓度梯度（与流道主体相比），由于水中的盐类物质在被膜系统浓缩后，盐类物还可以通过水流的扩散而部分地离开膜表面，被横流水体带走。但在浓差极化较为严重时，也会有相当部分的无机盐在发生浓聚后而沉积在膜表面上，然而，对胶体来说情况则不然，这是因为胶体的扩散系数较盐类的扩散系数要小的多，往往胶体扩散系数较盐类扩散系数小几百倍甚至几千倍，因此胶体对膜系统的污染在所难免，而正因为这些胶体污染物在膜表面的不可扩散的聚集和沉积，最终将使反渗透膜系统的性能下降。需要说明一点的是，由于胶体污染物所导致较重的污染，污垢就很难清洗干净。综上所述，在进行反渗透系统设计时，设计者除了对反渗透系统给水需要配置完善的预处理之外，膜的水通量和膜元件的回收率选择对反渗透系统本身来说是首要问题，因为过高的水通量和水回收率应用，会可能导致膜的污染速度过快和频繁的化学清洗。世韩公司做为CSM反渗透膜制造商，对其提供的反渗透膜元件应用提出了详细的设计导则供设计者遵循，导则中对于不同的给水水源和SDI值规定了膜元件的最大渗透液通量和系统设计时建议采纳的FLUX值，给定了膜元件使用时的最大回收率、最大给水流量（防止膜卷被冲出和变形）和最小浓水流量（保证膜表面在运行时有足够的横向流速，防止浓差极化现象发生）。3．CSM反渗透膜系统设计导则及应用指南1-1.反渗透膜系统设计导则膜元件有效面积ft2(m2)RO/UF渗透液井水软化水地表水海水废水三级处理回用水淤泥密度指数SDI最大水回收率(%)膜元件最高渗透液通量GPD(M3/D)世韩建议按水源特征选用并乘以0.85~0.9系数设计RE2540-BNRE4021-BNRE4040-BNRE4040-BERE8040-BNRE8040-BERE4040-BLRE8040-BLRE2521-SNRE2540-SNRE4021-SNRE4040-SNRE8040-SNRE2540-TERE4021-TERE4040-TERE4040-FNRE8040-FNNE4040NE8040-NNE8040-E27(2.5)35(3.3)75(7.0)85(7.9)345(31.8)400(37.2)85(7.9)400(37.2)12(1.1)27(2.5)35(3.3)74(6.9)310(29.0)27(2.5)35(3.3)85(7.9)75(7.0)345(31.8)75(7.0)345(31.8)400(37.2)SDI130%40~50l/m2.h760(2.9)970(3.7)2080(7.9)2370(9.0)9630(36.6)11200(42.4)2413(9.1)13216(50.0)760(2.9)970(3.7)2080(7.9)2080(7.9)9630(36.6)2600(10.0)12000(45.7)14000(52.9)SDI319%28~37l/m2.h630(2.4)790(3.0)1710(6.5)1950(7.4)7890(30.0)9160(34.8)2304(8.7)10822(40.9)630(2.4)790(3.0)1710(6.5)1710(6.5)7890(30.0)2080(7.9)9630(36.6)11235(42.5)SDI3~515%18~25l/m2.h470(1.8)630(2.4)1340(5.1)1530(5.8)6180(23.5)7180(27.3)1808(6.4)7180(27.3)470(1.8)630(2.4)1340(5.1)1340(5.1)6180(23.5)1500(5.7)6890(26.2)8038(30.4)SDI510%18~25l/m2.h200(0.76)450(1.7)540(2.1)1350(5.0)5580(21.1)SDI510%14~22l/m2.h390(1.48)520(2.0)1120(4.22)1280(4.8)5150(19.5)5980(22.6)1500(5.7)5980(22.6)390(1.47)520(2.0)1120(4.22)1120(4.22)5150(19.5)1250(4.7)5740(21.7)6700(25.2)1-2.系统设计用户资料登记序号:用户名称:记录日期:联系人:E-mail/TEL:工程所在地:最终用户:系统产水量:(m3/hr或GPD)期望获得的水回收率(%)或水源最大供水量(m3/hr):水源特性:□地下水或深井水□地表水□自来水□自备水源□RO/UF渗透水水温情况:冬季夏季平均现场综合情况(予处理/药剂投加情况/期望配置):反渗透系统的用途:□生活饮用水□制取纯净水□医药工艺用水□医用精致水□电力行业□化工行业□锅炉用水(高压.中压.低压)□其它行业用水□电子行业超纯水制备反渗透系统运行方式:□24小时连续□8小时连续□24小时断续□8小时断续信息登记人/日期:与客户联系方式:1-3.系统给水分析报告原水水样分析单位:水源概况简介:电导率:PH值:水样温度:原水其它分析项目:NH4+CO2K+CO32-Na+HCO3-Ca2+NO3-Mg2+CI-Ba2+F_Sr2+SO42-Fe2+PO43-Fe(total)S2-Mn2+SiO2其它离子：TDS（分析方法）：TOC：COD：BOD：总碱度：碱度（M-值）：碱度（P-值）：总硬度：碳酸盐硬度：永久硬度：浊度：色度：淤泥密度指数SDI：细菌总数：自由氯：嗅与味：颜色：生物活性注：分析项目请注明单位mg/l,ppm,meg/l,以CaCO3计等等。备注：1-4．反渗透装置（系统）的设计要点1、一般说来，对于反渗透膜系统的设计按以下方式和程序进行：1）在选用CSM反渗透膜元件进行反渗透装置设计时，首先应根据世韩公司提供的反渗透膜设计导则，结合原水水源特性和给水的SDI测试值，来确定膜系统的平均水通量数值和单个膜元件的运行出水量。2）另外，在选定了系统所用膜元件的类型、规格之后，再用系统单元产水量与选定膜元件的运行产水量相除，即得出本系统所需膜元件的数量。然后再根据设备空间限制和设备外形尺寸要求来确定反渗透容器可内置的膜元件数量，进而确定的膜组件的数量(当计算值为小数时，应圆整到整数)。3）由膜组件(即反渗透压力容器)总数，按照前后两段压力容器之比稍小于2:1的原则进行初步排列，然后再利用世韩公司提供CSMPRO-2000的反渗透系统设计软件来最后确认装置膜组件的排列方式、膜元件型号、产品水流量、水回收率、系统给水压力、浓水压力、膜元件压力降、给水渗透压，并验证浓水系统中各种难溶物质饱和度、LSI或S&DSI数值和产品水品质等数据是否达到设计要求。4）根据计算结果和工艺要求来为系统选配其它必要的部件。2、在对反渗透设备进行工艺和结构具体设计时应注意以下几个方面：▉大型反渗透装置的反渗透压力容器组件应单独布置在滑架上,，压力容器布置的最高高度应方便于装卸膜元件。▉在单元产水量大于30吨/时的大型反渗透装置中，一般选用装有6只8040型膜元件的压力容器较多(也有选用可装有7只膜元件的容器的情况)。无论怎样，我们在设计时都应考虑到在反渗透装置运行（受压）时，压力容器将根据具体压力情况有所伸长（装有6只8040膜元件的反渗透压力容器伸长距离一般在10~15mm左右），同时压力容器的直径也会稍微有所增大（一般在0.3~0.5mm左右），所以在反渗透装置组件和管道固定时，应注意不能限制反渗透压力容器的正常膨胀，否则将引起压力容器的翘曲。一旦压力容器翘曲，将可能会引起内置膜元件的U型密封圈的泄漏而产生沟流和连接膜元件的连接件内置O型圈的密封泄漏。▉反渗透装置的管路、阀门、仪表的布置应便于操作和调节。▉反渗透装置运行时，对于系统产水量和水回收率的控制非常重要，这些都需要依靠系统所安装的流量表去计量，所以在进行装置设计时，首先要优先选择性能优越可靠的流量仪表，再则是流量仪表在安装使用前一定要校准。另外，在运行时应注意端防止膜元件端头上安装的U型密封圈与R/O压力容器内壁之间发生泄漏。若有泄漏发生会有一部分给水没有经过反渗透膜元件而是旁路流过，这不仅降低了效率，而且实际运行的水回收率已高于依据于产品水流量表和浓水排放流量表而计算出的水回收率。这种情况必须避免发生。▉大型反渗透装置设计时，必须考虑防止或降低反渗透高压泵启动时对膜元件产生的水力冲击负荷（如：水锤和过分的水流冲击）。因为反渗透系统启动时水锤的产生可能会导致反渗透膜元件膜袋及其连接件破损。因此，大型反渗透装置设计时，我们建议在反渗透高压泵出口安装电动慢开阀，以避免由于不合适的设备启动程序而产生水锤和过分的水流冲击。▉反渗透装置设计时，在产品水管路系统中应尽可能避免设备在运行时背压的产生与存在，即反渗透膜在任何时候都不允许承受反压。因为背压的产生可能会使膜元件的膜袋粘合线破裂，造成膜元件的永久性损坏。世韩CSM反渗透膜元件允许的静背压必须小于5PSI。另外，由于膜袋粘合线的破裂是由于膜袋两侧的压差过高所致，而并非流量原因，所以在反渗透出水系统中设置逆止阀等手段均不能彻底解决问题（因逆止阀不能瞬间关闭，也不保证绝对零回流）。一般说来，我们建