演示文稿反滲透和納濾的的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)

演示文稿反滲透和納濾的的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)當(dāng)前第1頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（優(yōu)選）反滲透和納濾的的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)當(dāng)前第2頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

濃差極化對(duì)反滲透和納濾過(guò)程的影響

反滲透和納濾過(guò)程的基本方程

反滲透和納濾工藝流程及其特征方程

反滲透和納濾裝置的組件配置和性能

反滲透和納濾基本設(shè)計(jì)內(nèi)容和過(guò)程

反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行反滲透和納濾工藝過(guò)程設(shè)計(jì)當(dāng)前第3頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.1進(jìn)水水質(zhì)

水樣是一定時(shí)間內(nèi)所要分析水源的水質(zhì)代表。對(duì)水質(zhì)要有一全面的把握，必須針對(duì)水源特點(diǎn)在不同時(shí)期收集水樣，進(jìn)行分析比較，了解其變化及變化原因。這對(duì)反滲透系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)（預(yù)處理、產(chǎn)水量、回收率、脫除性能、壓力、流速……），正當(dāng)?shù)牟僮?，診斷系統(tǒng)存在的問(wèn)題和準(zhǔn)確評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能等方面至關(guān)重要。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第4頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)采樣要求：取樣時(shí)要有代表性，要有足夠的量，選點(diǎn)要正確，容器要合適，水樣的采集要嚴(yán)格按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》中的要求進(jìn)行詳細(xì)的記錄。水質(zhì)分析內(nèi)容：水源水量、水質(zhì)調(diào)查的內(nèi)容要求非常詳細(xì)，包括CO2、pH、O2、Cl、SO2-3、離子濃度、硬度、堿度、溶解性固體、細(xì)菌數(shù)等，常見(jiàn)參數(shù)的要求見(jiàn)下頁(yè)的水樣分析報(bào)告。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第5頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第6頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)常規(guī)水源的水質(zhì)特點(diǎn)：市政供水為了防止管網(wǎng)的腐蝕，一般pH偏高，含有游離氯和Fe離子等地表水的濁度、細(xì)菌及有機(jī)物是預(yù)處理設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容地下水成份一般相對(duì)穩(wěn)定，多數(shù)具有高硬度和堿度的特征海水要考慮懸浮固體、微生物和細(xì)菌，進(jìn)水pH值和水溫，金屬氧化物和微溶鹽的沉淀（不同海域水質(zhì)差異較大）其他特殊場(chǎng)合，如化工、生物行業(yè)物料的濃縮、分離等工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第7頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)1.2產(chǎn)水水質(zhì)和水量根據(jù)用戶的要求或者用戶所處的行業(yè)，按照客戶的需求或者相關(guān)行業(yè)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定反滲透或納濾系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)和水量這些要求決定了系統(tǒng)的規(guī)模和所用工藝過(guò)程的選擇，如單位時(shí)間的產(chǎn)水量，膜組件種類、數(shù)量和排列方式，回收率以及具體的工藝流程等。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第8頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)1.3膜和膜組件的選擇醋酸纖維素最早用于反滲透水處理工藝，具有價(jià)廉、耐游離氯、耐污染的特點(diǎn)，多用于飲用水凈化和污染密度指數(shù)（SDI）較高的地方。芳香族聚酰胺復(fù)合膜，通量高，脫鹽率高，操作壓力低，耐生物降解，操作pH范圍寬（2～11）不易水解，脫SiO2和NO-3及有機(jī)物都較好，但不耐游離氯，易受到Fe、Al和陽(yáng)離子絮凝劑的污染，污染速度較快。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第9頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

目前大規(guī)模應(yīng)用的反滲透和納濾膜材料的組件形式主要是卷式和中空纖維式。選用膜組件時(shí)應(yīng)綜合考慮組器的制備難易、流動(dòng)狀態(tài)、堆砌密度、清洗難易等諸方面，卷式元件用得最普遍。據(jù)進(jìn)水和出水水質(zhì)，可初步選定膜元件，由產(chǎn)水量可初步確定元件得個(gè)數(shù)。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第10頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)1.4回收率回收率的確定影響到膜組件的選擇和工藝的確定。根據(jù)產(chǎn)水水量和回收率確定膜元件的個(gè)數(shù)。一般海水淡化回收率在30～45％，純水制備在70～85％；而實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)預(yù)處理、進(jìn)水水質(zhì)等的條件確定。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第11頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)1.5產(chǎn)水量的衰減反滲透膜在使用過(guò)程中會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，膜的產(chǎn)水量會(huì)發(fā)生衰減。這主要是由于膜長(zhǎng)時(shí)間在高溫高壓下運(yùn)行，在溫度和壓力的協(xié)同作用下，會(huì)出現(xiàn)膜的壓密化現(xiàn)象，其結(jié)果會(huì)造成產(chǎn)水量下降或系統(tǒng)操作壓力上升。壓密化是膜性能的不可逆衰減，事實(shí)上，復(fù)合膜比醋酸纖維素膜更耐壓密化。膜污染也是造成膜產(chǎn)水通量的衰減的主要原因。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第12頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

通過(guò)下式可計(jì)算出反滲透和納濾膜的產(chǎn)水量下降斜率。式中，m為產(chǎn)水量下降斜率；t為運(yùn)行時(shí)間，h；Q0和Qt分別為運(yùn)行初期和運(yùn)行t小時(shí)后的產(chǎn)水量。通常CA類膜m＝-0.03～-0.05，復(fù)合膜的m=-0.01～-0.02。即CA類膜產(chǎn)水量年均下降10％左右，復(fù)合膜約為5％左右。當(dāng)然根據(jù)進(jìn)料的不同也有一定的變化。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第13頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)1.6截留率的衰減隨著反滲透和納濾膜在使用過(guò)程中會(huì)受到生物或化學(xué)因素的作用，膜面材質(zhì)會(huì)發(fā)生疏松化，導(dǎo)致膜的截留率衰減。通常CA類膜的年透鹽增長(zhǎng)率為20％左右，復(fù)合膜約為10％左右。當(dāng)然系統(tǒng)預(yù)處理如果不合適或者使用過(guò)程中操作不當(dāng)也會(huì)使透鹽增長(zhǎng)率增大。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第14頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)1.7產(chǎn)水量隨溫度的變化反滲透和納濾膜的透水通量隨過(guò)濾介質(zhì)的溫度發(fā)生較大的變化。通常根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：T為溫度，單位℃，即每一度變化使產(chǎn)水量變化3％左右。也可用溫度校正因子（TCF）表示。Kt為與膜材料有關(guān)的常數(shù)。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)前第15頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

溫度對(duì)膜的通量影響較大，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮全年水溫的變化。同時(shí)采取必要的措施（進(jìn)出水換熱等）減少溫度對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)水效率的的影響。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求溫度/℃校正因子CA膜TFC膜50.5900.534100.6850.630150.7860.739200.8900.861251.0001.000301.1151.155351.2351.328401.3661.520當(dāng)前第16頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)2濃差極化對(duì)反滲透和納濾過(guò)程的影響2.1濃差極化的概念在反滲透過(guò)程中，由于膜的選擇滲透性，溶劑（通常為水）從高壓側(cè)透過(guò)膜，而溶質(zhì)則被膜截留，其濃度在膜表面處上升高；同時(shí)發(fā)生從膜表面向本體的回?cái)U(kuò)散，當(dāng)這兩種傳質(zhì)過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，膜表面處的濃度c2高于主體溶液濃度c1，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。上述兩種濃度的比率c2/c1稱為濃差極化度。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第17頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

根據(jù)薄膜理論模型描述濃差極化現(xiàn)象，如下圖所示。

濃差極化理論模型

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第18頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)2.1濃差極化的計(jì)算濃差極化度可根據(jù)膜－液相界面層鄰近膜－面?zhèn)髻|(zhì)的質(zhì)量平衡的微分方程加以積分，然后將邊界條件代入求得。主要表達(dá)式有：質(zhì)量平衡的微分方程：

根據(jù)邊界條件積分可得：

或

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第19頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

由以上推導(dǎo)的結(jié)果可知當(dāng)流速時(shí)，幾乎不存在濃差極化。此時(shí)膜高壓側(cè)的濃度才幾乎是均一的，即c’=c2=c1或相應(yīng)的滲透壓π’=π2=π1，而在通常的反滲透過(guò)程中，流速U不能太高，因?yàn)殡S著流速U的提高，流道的阻力升高，能耗增加。這樣，通常取適當(dāng)?shù)牧魉賃操作，于是存在一定的濃差極化，即c’=c2>c1或π’=π2>π1。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第20頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)2.3濃差極化下的傳質(zhì)方程（1）水通量（2）脫鹽率工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第21頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（3）真實(shí)脫鹽率r與表觀脫鹽率robs的關(guān)系由上述的濃差極化方程可以推出：

在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作圖。在保持Jw不變情況下，測(cè)定不同U時(shí)的robs，計(jì)算不同U時(shí)的，并與相應(yīng)的作圖，其所得的圖線為直線。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第22頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

將直線外推之，其與縱坐標(biāo)的截距為，從而可得真實(shí)的脫鹽率r；直線的斜率為，其中流速指數(shù)a=0.3（層流）或0.8（湍流）。這樣由直線的斜率可求出比例常數(shù)b及傳質(zhì)系數(shù)k。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第23頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)可以求出反滲透工程上實(shí)際存在的濃差極化度通常由濃差極化度與能耗權(quán)衡，取濃差極化度為

=1.2。這樣，若實(shí)驗(yàn)測(cè)定得到robs=0.950時(shí)r為多少？根據(jù)上式可知：工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第24頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)2.4濃差極化對(duì)反滲透的影響和緩解措施（1）濃差極化對(duì)反滲透的影響①降低水通量 根據(jù)存在或幾乎不存在濃差極化的情況下導(dǎo)出的水通量方程可知，由于濃差極化時(shí)的溶液滲透壓項(xiàng)由原先的變?yōu)?，而?，因而此時(shí)的水通量Jw’＜Jw（Jw為幾乎不存在濃差極化時(shí)的水通量）。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第25頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)②降低脫鹽率 比較上述相應(yīng)情況下的脫鹽率方程可知，同樣因＞1，使脫鹽率由r降為了robs。③導(dǎo)致膜上沉淀污染和增加流道阻力由于膜表面濃度增加，使那些水中的微溶鹽（CaCO3和CaSO4等）沉淀，增加膜的透水阻力和流道壓力降，使膜的水通量和脫鹽率進(jìn)一步降低。極化嚴(yán)重的化，導(dǎo)致反滲透膜性能的急劇惡化。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第26頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（2）降低濃差極化的途徑反滲透過(guò)程中的濃差極化不能消除只能降低。其途徑如下所述。①合理設(shè)計(jì)和精心制作反滲透基本單元－膜元（組）件，使之流體分布均勻，促進(jìn)湍流等。②適當(dāng)控制操作流速，改善流動(dòng)狀態(tài)，使膜－溶液相界面層的厚度減至適當(dāng)?shù)某潭?，以降低濃差極化度。通常濃差極化度有一個(gè)合理的值，約為1.2。③適當(dāng)提高溫度，以降低流體粘度和提高溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－濃差極化當(dāng)前第27頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3溶度積和飽和度在后面的預(yù)處理章節(jié)中詳細(xì)講述。4反滲透和納濾過(guò)程的基本方程4.1

滲透壓滲透壓π隨溶質(zhì)種類、溶液濃度和溫度而變，表示方法和表達(dá)式很多。(1)

式中cp為溶質(zhì)的摩爾濃度；xf為溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；Φ為滲透壓系數(shù)；Mi為溶質(zhì)的摩爾濃度；對(duì)于稀溶液Φ可取0.93。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－過(guò)程基本方程當(dāng)前第28頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)(2)此式可以估算π的近似值。(3)

查表得到溶液的滲透壓(4)

式中K0為系數(shù)2～4×10-5，T為溫度℃，cf為進(jìn)料濃度mg/L。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－過(guò)程基本方程當(dāng)前第29頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－過(guò)程基本方程(5)對(duì)NaCl水溶液，可以根據(jù)下式計(jì)算：

式中，c為NaCl溶液濃度，mg/L

4.2水通量Jw

A為水的滲透性常數(shù)，NDP為凈驅(qū)動(dòng)壓力。

pf和pp分別為進(jìn)料和產(chǎn)水壓力，Δp為進(jìn)出口降，πavg為平均滲透壓。

Qp為產(chǎn)水量，S為膜面積當(dāng)前第30頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－過(guò)程基本方程4.3鹽通量Js

B為鹽的透過(guò)性常數(shù)，Δcs為膜兩側(cè)鹽濃度差。鹽透量Qs

S為膜面積。4.4

產(chǎn)水鹽濃度cp

4.5鹽透過(guò)率SP

cfm為平均進(jìn)料濃度。

當(dāng)前第31頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－過(guò)程基本方程4.6脫鹽率SR或r

4.7回收率R和流量平衡

Qp為產(chǎn)水流速，Qf為進(jìn)料流速，Qr為濃縮液流速

4.8濃縮因子CF

當(dāng)前第32頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－過(guò)程基本方程4.9濃差極化因子CPF

ca為膜表面鹽濃度，Kp為與元件構(gòu)型有關(guān)的常數(shù)，Ri為膜元件回收率。對(duì)于1m長(zhǎng)的元件，18％的回收率時(shí)，CPF取1.2。

4.10膜元件產(chǎn)水量Qp

Qps為標(biāo)準(zhǔn)條件下的產(chǎn)水量，TCF為溫度校正因子，NDPf為現(xiàn)場(chǎng)條件下的凈驅(qū)動(dòng)力，S為膜面積。

當(dāng)前第33頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－過(guò)程基本方程4.11產(chǎn)水鹽度cp

SPs為標(biāo)準(zhǔn)條件下的SPc

4.12系統(tǒng)平均滲透壓

當(dāng)前第34頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)5工藝流程及其特征方程

反滲透系統(tǒng)是由基本單元－膜組件以一定配置方式組裝而成。裝置的流程根據(jù)應(yīng)用對(duì)象和規(guī)模大小，通常課采用連續(xù)式、部分循環(huán)式和循環(huán)式三種。由反滲透的物料平衡和透（產(chǎn)）水、濃水的濃度與進(jìn)水濃度的關(guān)系式，可導(dǎo)出各種流程的特征方程。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程當(dāng)前第35頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)段和級(jí)概念的區(qū)分在膜分離工藝流程中常常會(huì)遇到“段”與“級(jí)”的概念。

段：指膜組件的濃縮液（濃水）流入到下一組膜組件進(jìn)行處理。流經(jīng)n組膜組件，即稱為n段；

級(jí)：指膜組件的產(chǎn)水進(jìn)入到下一組膜組件處理，透過(guò)液（產(chǎn)品水）經(jīng)過(guò)n組膜組件處理，稱為n級(jí)。可以將“段”和“級(jí)”分別理解為對(duì)“濃水分級(jí)”（分段）和對(duì)“產(chǎn)水分級(jí)”（分級(jí)）。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程當(dāng)前第36頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程分段式工藝流程分級(jí)式工藝流程當(dāng)前第37頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)5.1連續(xù)式－分段式（濃水分段）

(1)流程說(shuō)明將前一段的濃水作為下一段的進(jìn)水，最后一段的濃水排放廢棄，而各段產(chǎn)水匯集利用。這一流程適合用于處理量大、回收率高的應(yīng)用場(chǎng)合。通常用于苦咸水的淡化和低鹽度水或自來(lái)水的凈化。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程當(dāng)前第38頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程Q和c分別表示流量和濃度；下標(biāo)f、p和r分別指進(jìn)水、產(chǎn)水和濃水；下標(biāo)1，2，…，n為段號(hào)。

當(dāng)前第39頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程(2)特征方程①裝置及其各段的進(jìn)水流量Qf、Qfi通式：當(dāng)前第40頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程通常采用兩段式的流程，于是：式中，和分別為裝置和第j段的回收率。當(dāng)前第41頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程②裝置及其各段的濃水流量Qr，Qri

通式：二段式：當(dāng)前第42頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程③裝置的回收率R與各段回收率Ri、Rj的關(guān)系通式：二段式：當(dāng)前第43頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程④裝置及其各段的產(chǎn)水濃度cp，cpj

通式：式中Ri、Rj分別為i段和j段組件以進(jìn)、出口積分平均進(jìn)水濃度計(jì)的脫鹽率。二段式：當(dāng)前第44頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程通式：二段式：當(dāng)前第45頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程⑤裝置及其各段的濃水濃度cri、crj通式：二段式：當(dāng)前第46頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程5.2連續(xù)式－分級(jí)式（產(chǎn)水分級(jí)）

(1)流程說(shuō)明分級(jí)式流程通常為二級(jí)。主要是為了提高系統(tǒng)的回收率和產(chǎn)水水質(zhì)，將濃度低于或等于裝置進(jìn)水的第二級(jí)濃水返回到第一級(jí)進(jìn)口處，第一級(jí)產(chǎn)水作為第二級(jí)進(jìn)水；第二級(jí)產(chǎn)水就是裝置的產(chǎn)水；第一級(jí)濃水排放。

當(dāng)前第47頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程Q和c分別表示流量和濃度；下標(biāo)f、p和r分別指進(jìn)水、產(chǎn)水和濃水；下標(biāo)1，2分別指第一段和第二段。

進(jìn)水第一級(jí)第二級(jí)濃水QfcfQr(Qr1)cr(cr1)Qr2cr2Qf1cf1Qf2cf2Qp(Qp2)Cp(cp2)產(chǎn)水Qp1cp1當(dāng)前第48頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程該流程常用于下列情況：①原水含鹽量特別高，一級(jí)反滲透難以得到穩(wěn)定的產(chǎn)水水質(zhì)。如特別高濃度的海水淡化等；②水源水質(zhì)經(jīng)常發(fā)生較大變化時(shí)（如沿海地區(qū)地下水不時(shí)受到海水倒灌的影響，含鹽量波動(dòng)較大），僅以常規(guī)的一級(jí)分段式反滲透不適應(yīng)這種情況，需要考慮其臨時(shí)變換應(yīng)急的二級(jí)反滲透的多功能流程。當(dāng)前第49頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程③當(dāng)一級(jí)反滲透達(dá)不到最終產(chǎn)水的水質(zhì)（如電導(dǎo)或電阻率）的指標(biāo)時(shí)，二級(jí)反滲透可以省略通常的離子交換而能達(dá)到上述水質(zhì)指標(biāo)，且簡(jiǎn)化了水處理系統(tǒng)的流程和操作（如中高壓鍋爐的用水等）。

當(dāng)前第50頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

（2）

特征方程

①裝置的進(jìn)水流量Qf

②裝置（第一級(jí)）的濃水流量Qr（Qr1）

當(dāng)前第51頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

③第二級(jí)濃（循環(huán)）水的流量Qr2

④裝置的回收率R與第一、二級(jí)的回收率R1、R2的關(guān)系

當(dāng)前第52頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程⑤裝置的進(jìn)水濃度cf

式中，r1和r2分別為以第一、二級(jí)組件的進(jìn)、出口平均濃度計(jì)的第一級(jí)和第二級(jí)組件的脫鹽率。

⑥第一級(jí)進(jìn)水濃度cf1

當(dāng)前第53頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

⑦第一級(jí)產(chǎn)水濃度cp1（第二級(jí)進(jìn)水濃度cr2）

⑧裝置（第一級(jí)）的濃水濃度cr（cr1）⑨第二級(jí)（循環(huán)）水的濃度cr2

當(dāng)前第54頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程5.3部分循環(huán)式－部分透過(guò)水循環(huán)

(1)流程說(shuō)明

部分透過(guò)水循環(huán)至裝置進(jìn)口處與其原始的進(jìn)水相混合作為裝置的進(jìn)水，濃水連續(xù)排放廢棄，部分透過(guò)水作為產(chǎn)水收集。這一流程便于控制產(chǎn)水的水質(zhì)和水量，適用于水源水質(zhì)經(jīng)常波動(dòng)、在反滲透濃水中有可能出現(xiàn)微溶鹽（如CaCO3和CaSO4等）沉淀和在無(wú)加溫條件下要求連續(xù)額定產(chǎn)水量等小規(guī)模應(yīng)用的情況。當(dāng)前第55頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

Q和c分別表示流量和濃度；下標(biāo)f、p和r分別指進(jìn)水、產(chǎn)水和濃水；下標(biāo)fm、pc和pp分別指混合進(jìn)水、循環(huán)透過(guò)水和產(chǎn)水。

進(jìn)水濃水QfcfQpccpQfmcfm產(chǎn)水QrcrQpcpQppcp當(dāng)前第56頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

（2）

特征方程

①裝置的原（進(jìn)）水流量Qf

R為以混合進(jìn)水流量計(jì)算的回收率，其值為式中，Kf為透過(guò)水循環(huán)率，其值為

②裝置的進(jìn)（混合）水流量Qfm

當(dāng)前第57頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程③裝置的透過(guò)水循環(huán)量Qpc

④裝置的透過(guò)水流量Qp

⑤裝置的濃水流量Qr

當(dāng)前第58頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程⑥裝置的回收率Rf

式中，Rf為以原（進(jìn)）水流量計(jì)算的回收率，其值為。

⑦裝置的進(jìn)（混合）水濃度cfm

式中，r為以組件進(jìn)水的平均濃度計(jì)的脫鹽率。

當(dāng)前第59頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程⑧裝置的透過(guò)（產(chǎn)）水濃度cp

⑨裝置的濃水濃度cr

當(dāng)前第60頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程5.4部分循環(huán)式－部分濃縮液循環(huán)(1)流程說(shuō)明在反滲透過(guò)程中，將連續(xù)加入的原料液與反滲透部分濃縮液相混合作為反滲透進(jìn)料液，其余的濃縮液作為產(chǎn)品液連續(xù)收集；其透過(guò)液連續(xù)排放或重復(fù)利用。這一流程用于某些料液連續(xù)除溶劑（水）濃縮的應(yīng)用場(chǎng)合，如廢液的濃縮處理等。當(dāng)前第61頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程Qr＝Qpr＋Qrp

當(dāng)前第62頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

（2）

特征方程

①裝置的原料液流量Qf

式中，Kr為濃縮液的循環(huán)率，其值為。

②裝置的進(jìn)料液流量Qfm

當(dāng)前第63頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程③裝置的透過(guò)液流量Qp

④裝置的濃縮循環(huán)液流量Qrp

⑤裝置的濃縮液流量Qr

當(dāng)前第64頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程⑥裝置的混合進(jìn)料液濃度cfm

⑦裝置的濃縮液濃度cr

⑧裝置的透過(guò)液濃度cp

當(dāng)前第65頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程5.5循環(huán)式－補(bǔ)加稀釋劑的濃縮液循環(huán)(1)流程說(shuō)明在運(yùn)行過(guò)程中，連續(xù)向原料液中補(bǔ)加相當(dāng)于透過(guò)液流量的稀釋劑，濃縮液全部循環(huán)，透過(guò)液連續(xù)排放，直至反滲透料液的濃度達(dá)到預(yù)定的值時(shí)，作為成品收集，透過(guò)液排放或重復(fù)利用。這一流程用于溶液中物質(zhì)的分離，使產(chǎn)品有較高的收率和純度。當(dāng)前第66頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程Q0和cf0分別表示原料液的體積和濃度；Qw、Qfw、Qp和Qr分別為稀釋劑、進(jìn)料液、透過(guò)液和濃縮液的流量；cw、cf0、cp和cr分別為與上述料液相應(yīng)的濃度。

當(dāng)前第67頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

（2）

特征方程

①進(jìn)料（成品）液與原料液的濃度比率式中R為裝置的回收率，R＝，S為處理單位體積原料液所需稀釋劑的消耗量，即稀釋劑比耗，其值為S＝，t為運(yùn)行時(shí)間。

當(dāng)前第68頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

②濃縮液的濃度cr

③透過(guò)液的濃度cp

當(dāng)前第69頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

④進(jìn)料液流量Qfm

⑤濃縮（循環(huán)）液流量Qr

⑥稀釋液、透過(guò)液的流量Qw、Qp

當(dāng)前第70頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程5.6循環(huán)式－濃縮液循環(huán)(1)流程說(shuō)明該流程與“補(bǔ)加稀釋劑的濃縮液循環(huán)”流程相同，所不同的時(shí)補(bǔ)加的不是稀釋劑而是原料液。其流量和濃度分別為Qf和cf0操作過(guò)程液與上述流程相同。這一流程用于溶質(zhì)的濃縮和分離。（2）特征方程①進(jìn)料（成品）液與原料液的濃度比率當(dāng)前第71頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

根據(jù)不同的運(yùn)行時(shí)間反滲透的質(zhì)量平衡可得下列微分式：（1）

反滲透的透過(guò)液、濃縮液的濃度與進(jìn)料濃度的關(guān)系：（2）（3）將式（2）代入式（1）經(jīng)變換整理得：（4）當(dāng)前第72頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程將積分邊界條件帶入式（4）：

t=0時(shí)，cfm=cf0t=t時(shí)，cfm=cfm整理后得：②濃縮液的濃度cr

由式（3）和式（5）得

當(dāng)前第73頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

③透過(guò)液得濃度cp

由式（2）和（5）得：

④原料液（透過(guò)液）得流量Qr（Qp）由式（5）得：

當(dāng)前第74頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程

⑤進(jìn)料液流量Qfm

⑥濃縮液流量Qr

當(dāng)前第75頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)裝置的組件配置和性能6.1膜元（組）件的操作性能（脫鹽率和水通量）（1）膜元（組）件的脫鹽率元（組）件在使用過(guò)程中膜的進(jìn)水側(cè)和產(chǎn)水側(cè)的濃度沿流道變化情況見(jiàn)下圖。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能當(dāng)前第76頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程計(jì)算脫鹽率的流道模型根據(jù)產(chǎn)水的質(zhì)量平衡可得元（組）件總產(chǎn)水的濃度為：當(dāng)前第77頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

欲得到元（組）件真實(shí)得脫鹽率r，必須知道整個(gè)流道的積分平均濃度。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能另外，組件的脫鹽率與膜常數(shù)和平均有效壓力的關(guān)系：當(dāng)前第78頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（2）膜元（組）件的水通量工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能若元（組）件的膜面積為S（m2），則其產(chǎn)水流量：Kw為元（組）件產(chǎn)水流速的壓力系數(shù)。當(dāng)前第79頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)6.2裝置中元（組）件的配置裝置內(nèi)組件的配置原則是保持裝置內(nèi)各組件的平均流速（流量）大于或等于規(guī)格元（組）件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的值，從而使裝置的濃差極化度不大于其元（組）件的濃差極化度。因此，無(wú)論是分段式還是分級(jí)式流程的裝置均應(yīng)逐段或逐級(jí)減少并聯(lián)組件數(shù)，即所謂錐形排列。分段式（兩段）和分級(jí)式（兩級(jí)）的裝置內(nèi)各段或各級(jí)組件的分配比為2：1的流程。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能當(dāng)前第80頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－工藝流程及特征方程分段式工藝流程分級(jí)式工藝流程當(dāng)前第81頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)6.3裝置的性能鑒于分段式流程應(yīng)用較為普遍，在此簡(jiǎn)述其裝置的性能。（1）產(chǎn)水量裝置的產(chǎn)水性能通常為產(chǎn)水量Qp

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能Qp－裝置的產(chǎn)水量，m3/h；Qpi－第i段元（組）件的產(chǎn)水量，m3/h；S―元（組）件的有效膜面積，m2；A―元（組）件的透水性常數(shù)，m3/(h·m2·MPa)；Kw―元（組）件的產(chǎn)水量的壓力系數(shù)，m3/(h·m2·MPa)；Nmj―第i段元（組）件數(shù)；

―第i段元（組）件的平均操作壓力差，MPa；

―第i段元（組）件膜兩側(cè)溶液的平均滲透壓，MPa；

當(dāng)前第82頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能（2）脫鹽率將描述元（組）件脫鹽性能的式中的A以Kw/S帶之，可得裝置的脫鹽率方程：

裝置的產(chǎn)水量Qp取決于元（組）件的膜常數(shù)Kw和各段的元（組）件數(shù)Nmj與相應(yīng)的平均有效壓力乘積的加和。就特定規(guī)格的元（組）件數(shù)以一定的配置方式組裝的裝置而言，其產(chǎn)水量與施加在各段元（組）件的平均有效壓力成正比。B―元（組）件的透水量常數(shù)，m/h；

―裝置的元（組）件總數(shù)。

當(dāng)前第83頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能7基本設(shè)計(jì)內(nèi)容和過(guò)程7.1給出設(shè)計(jì)限制范圍這包括不同進(jìn)水時(shí)的平均水通量，水通量年下降百分率，不同膜類型的鹽透過(guò)率，鹽透過(guò)的年增長(zhǎng)率，濃水中難溶鹽的飽和極限，飽和指數(shù)的限度，元件最大進(jìn)水和最低濃水流速……7.2設(shè)計(jì)的具體要求設(shè)計(jì)目的是給定系統(tǒng)參數(shù)，得到最有效的成本設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)操作。主要系統(tǒng)參數(shù)：操作壓力、回收率、產(chǎn)水水質(zhì)、產(chǎn)水水量、平均水通量、反滲透單元（膜元件數(shù)、排列方式和操作模式）等。當(dāng)前第84頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能7.3基本設(shè)計(jì)過(guò)程（1）設(shè)定計(jì)量單位包括壓力、流速、通量、濃度、溫度。（2）建立新的進(jìn)水記錄（工程名稱、代號(hào)等）輸入設(shè)計(jì)參數(shù)：進(jìn)水水質(zhì)、水源類型、組成、離子濃度、pH、溫度、濁度、SDI、H2S、Fe、SiO2、TOC、TDS、電導(dǎo)率、滲透壓。（3）數(shù)據(jù)計(jì)算和轉(zhuǎn)換計(jì)算滲透壓、離子強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)鹽的飽和值，比較進(jìn)水陰、陽(yáng)離子當(dāng)量平衡，誤差在10％以內(nèi)。（4）根據(jù)進(jìn)水設(shè)置預(yù)處理，達(dá)到所要求的SDI。當(dāng)前第85頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能（5）輸入回收率，確立難溶鹽的濃度限制（濃水pH、LSI、離子強(qiáng)度，HCO3-、CO32-、CO2、總堿度），確定調(diào)pH或加防垢劑。（6）選擇膜元件類型，結(jié)合進(jìn)水，確立鹽透過(guò)率的年增長(zhǎng)率、水通量，水通量的年下降百分率等。（7）輸入產(chǎn)水流速，根據(jù)膜元件的面積和水通量可知膜的元件數(shù)，壓力容器數(shù)等；根據(jù)回收率等可初步給出壓力容器排列和段（級(jí)）數(shù)當(dāng)前第86頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能（8）總計(jì)算程序－重復(fù)計(jì)算

原則是進(jìn)水壓力滿足回收率，先計(jì)算第一個(gè)元件的性能，其濃水為第二個(gè)元件的進(jìn)水，計(jì)算第二個(gè)元件性能……，將所有滲透水相加，與目標(biāo)值比較，據(jù)此調(diào)節(jié)進(jìn)水壓力，直到收斂為所要求的壓力和回收率，同時(shí)滿足各限制范圍要求。

當(dāng)前第87頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能（9）計(jì)算結(jié)果①顯示流量、壓力、水通量、β系數(shù)、產(chǎn)水水質(zhì)、濃水飽和度；②超出設(shè)計(jì)限制時(shí)報(bào)警顯示；③結(jié)果輸出成計(jì)算書(shū)；④圖形顯示系統(tǒng)流程；操作壓力、產(chǎn)水水質(zhì)、回收率、溫度等曲線；⑤給出能耗和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本，據(jù)泵的壓力、流量、回收率、效率和電機(jī)效率，得出電機(jī)功率；據(jù)輸入的投資、材料、勞務(wù)費(fèi)用，再根據(jù)設(shè)計(jì)部分的有關(guān)資料（產(chǎn)水量、功耗、膜元件、試劑用量等），可計(jì)算產(chǎn)水的成本。當(dāng)前第88頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－裝置的組件配置和性能設(shè)計(jì)優(yōu)化和設(shè)計(jì)選擇①基本設(shè)計(jì)；②滲透水與部分進(jìn)水混合；③滲透水節(jié)流；④設(shè)置級(jí)間泵；⑤部分濃水循環(huán)；⑥二級(jí)（或二段）RO系統(tǒng)；⑦后處理：pH調(diào)節(jié)和脫氣等。當(dāng)前第89頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－基本設(shè)計(jì)過(guò)程7.4基本設(shè)計(jì)過(guò)程在無(wú)設(shè)計(jì)軟件的情況下，或?yàn)榱讼葘?duì)項(xiàng)目有益簡(jiǎn)要的把握，可根據(jù)上一小節(jié)的過(guò)程簡(jiǎn)要進(jìn)行如下的處理：

水源類型、水質(zhì)、所需的預(yù)處理產(chǎn)水量、回收率、進(jìn)水預(yù)處理選擇膜元件類型，計(jì)算所需元件的數(shù)量（安全系數(shù)或污染因子0.8）

Ne為元件數(shù)目，Qp為產(chǎn)水量，qmax為元件最大產(chǎn)水量。

當(dāng)前第90頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

確定壓力容器數(shù)，據(jù)回收率等，確定排列方式

Nr為壓力容器數(shù)目，n為每個(gè)容器中元件數(shù)通常其二段排列容器比為2：1，三段排列容器比為4：2：1。

工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－基本設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)前第91頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

檢驗(yàn)進(jìn)水和最后濃水是否符合最高進(jìn)水和最低排水量的要求。例1：設(shè)計(jì)產(chǎn)水量2160m3/d，水回收率75％，進(jìn)水500mg/L，25℃，選用FilmtecBW30－8040型元件，1.6Mpa，30m3/d，脫鹽98％，選用壓力容器長(zhǎng)可容6個(gè)元件，初步估算 元件數(shù) Ne＝2160÷0.8÷30≈90

壓力容器數(shù) Nh=90÷6=15

按二段回收率達(dá)75％，以2：1排列壓力容器，即第一段10根，含60個(gè)元件，第二段5根，含30個(gè)元件。用所要求的最大進(jìn)、最低出口水量來(lái)驗(yàn)證排列是否合適，以產(chǎn)水水質(zhì)和水量進(jìn)一步看設(shè)計(jì)是否達(dá)到目的。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－基本設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)前第92頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)例2：設(shè)計(jì)產(chǎn)水量270m3/d，水回收率75％，進(jìn)水500mg/L，25℃，選用BW30－4040型元件，1.6MPa，7.5m3/d，脫鹽98％，選用壓力容器長(zhǎng)可容納4個(gè)元件，最低元件濃水/淡水比為6：1。設(shè)：污染因子為0.85，驅(qū)動(dòng)力1.5MPa，設(shè)計(jì)壓力為1.5MPa；單元件產(chǎn)水率＝0.85×1.5MPa×7.5m3/d÷1.6MPa≈6.5m3/d所需元件數(shù)＝270÷6.5＝40壓力容器數(shù)＝40÷4＝10最低元件濃水流速＝6.5×6＝39m3/d單個(gè)壓力容器產(chǎn)水率＝6.5×4＝26m3/d系統(tǒng)濃水流速＝總產(chǎn)水率÷回收率－總產(chǎn)水率＝270÷75％－270＝90m3/d工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－基本設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)前第93頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)最后一級(jí)進(jìn)水流速＝單個(gè)壓力容器產(chǎn)水率×壓力容器數(shù)＋濃水流速＝26×2＋90＝142m3/d倒數(shù)第二級(jí)壓力容器數(shù)＝142m3/d÷39m3/d＝3.6≈3或4，這里取3倒數(shù)第二級(jí)的進(jìn)水流速＝26×3＋142＝220m3/d倒數(shù)第三級(jí)壓力容器數(shù)＝220m3/d÷39m3/d＝5.6≈5或6，這里取5，這樣初步壓力容器排列為5－3－2。同樣根據(jù)所要求的元件最大進(jìn)、最低進(jìn)口水量驗(yàn)證排列是否合理，以產(chǎn)水水質(zhì)和水量進(jìn)一步看設(shè)計(jì)是否達(dá)到目的。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－基本設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)前第94頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行8反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行8.1預(yù)處理系統(tǒng)反滲透和納濾進(jìn)水種類多、成分復(fù)雜，為了確保反滲透和納濾過(guò)程的正常進(jìn)行，必須對(duì)進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的目的通常為：除去懸浮固體，降低濁度；抑制和控制微溶鹽的沉淀；調(diào)節(jié)和控制進(jìn)水的溫度和pH；殺死和抑制微生物的生長(zhǎng)；去除各種有機(jī)物；防止鐵、錳等金屬氧化物和二氧化硅的沉淀等。當(dāng)前第95頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)8.1.1除去懸浮固體和膠體，降低濁度懸浮固體包括淤泥、鐵的氧化物和腐蝕產(chǎn)物、MnO2、與硬度有關(guān)的沉淀物、Al（OH）3絮凝物、SiO2、微細(xì)沙石、硅藻、細(xì)菌、有機(jī)膠體等。其中膠體最難處理，大多數(shù)膠體是荷電的，其同號(hào)電荷排斥而穩(wěn)定地懸浮于水中，穩(wěn)定地膠體其Zeta電位多大于-30mv，當(dāng)這類膠體凝結(jié)在膜表面上時(shí)，則引起膜地污染，其凝結(jié)速率方程為：式中，K2為凝結(jié)速度常數(shù)；n為膠體的濃度。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行當(dāng)前第96頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

反滲透處理中采用污染密度指數(shù)SDI(SiltDensityIndex)來(lái)判斷進(jìn)水的好壞，是膠體荷微粒濃度的一種量度。SDI值是進(jìn)水質(zhì)量的相對(duì)值，從這個(gè)數(shù)值中，并不能明確看出膜污染速度或?qū)δば阅茉斐傻挠绊懙惹闆r。通常該值是對(duì)進(jìn)水質(zhì)量和系統(tǒng)預(yù)處理工序的效果進(jìn)行檢測(cè)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它是進(jìn)水在207Kpa的壓力下，通過(guò)0.45μmMillipore濾膜的污染速率推算出來(lái)的。通常反滲透要求進(jìn)水的SDI＜3。井水的SDI＜1，顧不必對(duì)其進(jìn)行膠體的預(yù)處理，地表水的SDI在10～175，需要認(rèn)真進(jìn)行針對(duì)性的預(yù)處理。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行當(dāng)前第97頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（1）SDI的測(cè)定工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行當(dāng)前第98頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行測(cè)試步驟1．記錄測(cè)試溫度。在試驗(yàn)開(kāi)始至結(jié)束的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)溫度變化不應(yīng)超過(guò)1℃。2．排除過(guò)濾池中的空氣壓力。3．用帶有刻度的500ml量筒接取濾過(guò)水以測(cè)量透過(guò)濾膜的水量。4．全開(kāi)球閥，測(cè)量從球閥全開(kāi)到接滿100ml和500ml[注1]水樣的所需時(shí)間并記錄。當(dāng)前第99頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行5．五分鐘后，再次測(cè)量收集100ml和500ml水樣的所需時(shí)間，十分鐘及十五分鐘后再分別進(jìn)行同樣測(cè)量。6．如果接取100ml水樣所需的時(shí)間超過(guò)60秒，則意味著約90%的濾膜面積被堵塞，此時(shí)已無(wú)需再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。7．再次測(cè)量水溫以確保與實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的水溫變化不超過(guò)1℃。8．實(shí)驗(yàn)結(jié)束并打開(kāi)濾池后，最好將實(shí)驗(yàn)后的濾膜保存好，以備以后參考。當(dāng)前第100頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行計(jì)算公式

式中：

SDI——污染密度指數(shù)

Ti——第一次取樣所需時(shí)間

Tf——15分鐘（或更短時(shí)間）以后取樣所需時(shí)間當(dāng)前第101頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行（2）除去懸浮物膠體的方法①在線混凝－多介質(zhì)過(guò)濾在原水中投加混凝劑，經(jīng)有效的混合，再通過(guò)壓力式多介質(zhì)濾器除去形成的微絮凝體，其效果取決于絮凝劑的種類、濃度、合適的混合和停留時(shí)間等，這些都需要經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最終優(yōu)化。當(dāng)前第102頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行壓力式在線凝結(jié)－絮凝－過(guò)濾體統(tǒng)當(dāng)前第103頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

絮凝劑：有FeCl3、明礬、聚合氯化鋁和聚陽(yáng)離子型絮凝劑。使用鋁劑應(yīng)注意，其絮凝物在pH6.5～6.7有最小的溶解度；聚陽(yáng)離子絮凝劑優(yōu)點(diǎn)在于形成的絮凝物少，在過(guò)濾時(shí)不會(huì)破碎，對(duì)pH的要求不太嚴(yán)格等，但應(yīng)該嚴(yán)格控制劑量，若過(guò)量會(huì)對(duì)膜造成不可逆的損傷。過(guò)濾介質(zhì)：的選擇也是很關(guān)鍵的，AGR（一種無(wú)水硅酸鋁）、海綠砂、砂－無(wú)煙煤（雙介質(zhì)）和多介質(zhì)（可多達(dá)5種）等是效果良好的過(guò)濾介質(zhì)。

當(dāng)前第104頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行②微濾（MF）和超濾（UF）預(yù)處理MF和UF預(yù)處理方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：去除范圍寬，包括膠體在內(nèi)；可連續(xù)操作、性能優(yōu)良、出水水質(zhì)好，對(duì)高壓泵和反滲透的保護(hù)性好；少用或不用藥劑，物理消毒安全；投資、占地少、人工省等。當(dāng)前第105頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行8.1.2微生物污染及防治微生物污染的來(lái)源：在物質(zhì)傳遞過(guò)程中，微生物也向膜面遷移并吸附在膜上繁殖；過(guò)量的絮凝劑，如SHMP是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)促進(jìn)微生物繁殖；氯會(huì)使腐質(zhì)酸分解，也成為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；油和烴類也容易引起微生物的生長(zhǎng)。微生物污染對(duì)膜性能的影響：會(huì)形成致密凝膠層，吸附高濃度的離子，使?jié)獠顦O化更嚴(yán)重，降低流動(dòng)混合效果，同時(shí)由于酶的作用也會(huì)促進(jìn)膜的降解和水解。當(dāng)前第106頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

微生物污染的特征及監(jiān)測(cè)：濃水中總細(xì)菌數(shù)的迅速增加是微生物污染的特征之一，對(duì)完全失效膜進(jìn)行剖析，分析細(xì)菌數(shù)量、品種以及TOC、蛋白、ATP和糖等可證實(shí)微生物污染的存在。引起微生物污染的主要原因：進(jìn)水預(yù)處理不足，溫度高，SDI高，有機(jī)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物濃度高和殘存大量細(xì)菌等；管路過(guò)長(zhǎng)，透光，有死角，有裂縫，有非消毒部分等；操作中不經(jīng)常檢測(cè)，低流速，長(zhǎng)期存放和使用已污染的試劑等。當(dāng)前第107頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行8.1.2微溶鹽沉淀的控制結(jié)垢發(fā)生的原因：由于水不斷透過(guò)膜，使膜的進(jìn)水中的那些微溶鹽在膜面附近的濃水中超過(guò)其溶度積而沉淀析出導(dǎo)致水垢的產(chǎn)生。水垢是反滲透和納濾過(guò)程中最普遍的膜污染。當(dāng)苦咸水為水源時(shí)，碳酸鈣和硫酸鈣是最普遍存在的沉淀析出，而以海水為水源時(shí)，通常只考慮碳酸鈣的沉淀析出。當(dāng)前第108頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

若微溶鹽的濃度超過(guò)其溶度積時(shí)，可采取下列方法處理：（1）降低回收率，避免濃水中的微溶鹽濃度超過(guò)其溶度積；（2）調(diào)節(jié)原水pH值（加酸）大多數(shù)地表水和地下水中的CaCO3幾乎呈飽和狀態(tài)，由下式可知CaCO3的溶解度取決于pH值：因此，通過(guò)加入酸中的H+，化學(xué)平衡可以向左側(cè)轉(zhuǎn)移，使碳酸鈣維持溶解狀態(tài)。當(dāng)前第109頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行CaCO3在濃水中更具有溶解的傾向，而不是沉淀，天然水源作為反滲透進(jìn)水時(shí)，在濃水中多半發(fā)生碳酸鈣沉淀的問(wèn)題，需要加以判斷和防止。通常有兩種判斷碳酸鈣沉淀的方法。對(duì)苦咸水和城市自來(lái)水為反滲透水源時(shí)，采用朗格利爾（Langelier）飽和指數(shù)法（LSI）法；對(duì)海水，采用斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)（S&DSI）法，表示這種趨于溶解的傾向。在飽和pHs

的條件下，水中CaCO3處于溶解與沉淀之間的平衡狀態(tài)。當(dāng)前第110頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行LSI和S&DSI的定義為：當(dāng)僅采用加酸控制碳酸鈣結(jié)垢時(shí)，要求濃水中的LSI或S&DSI指數(shù)必須為負(fù)數(shù)，加酸僅對(duì)控制碳酸鹽垢有效。

當(dāng)前第111頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行（3）加阻垢劑阻垢劑可以用于控制碳酸鹽垢、硫酸鹽垢以及氟化鈣垢，通常有三類阻垢劑：六偏磷酸鈉(SHMP)、有機(jī)磷酸鹽和多聚丙烯酸鹽。

六偏磷酸鈉：能少量的吸附于微晶體的表面，阻止結(jié)垢晶體的進(jìn)一步生長(zhǎng)和沉淀。價(jià)格便宜，但化學(xué)性質(zhì)不太穩(wěn)定，容易發(fā)生水解降低阻垢效率，同時(shí)也有產(chǎn)生磷酸鈣沉淀的危險(xiǎn)。

有機(jī)磷酸鹽：足夠效果好，化學(xué)性能穩(wěn)定，適應(yīng)于防止不溶性的鋁和鐵的結(jié)垢

多聚丙烯酸鹽：通過(guò)分散作用可以減少SiO2結(jié)垢的形成。當(dāng)前第112頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行阻垢劑投加需要注意的問(wèn)題：

聚合有機(jī)阻垢劑遇到陽(yáng)離子聚電解質(zhì)或多價(jià)陽(yáng)離子時(shí)，可能會(huì)發(fā)生沉淀反應(yīng)，例如鋁或鐵，所產(chǎn)生的膠狀反應(yīng)物，非常難以從膜面上除去。在含鹽量為35,000mg/L的海水反滲透系統(tǒng)中，結(jié)垢問(wèn)題沒(méi)有苦咸水中那樣突出，當(dāng)運(yùn)行回收率高于35%時(shí)，推薦使用阻垢劑。

陽(yáng)離子聚電介質(zhì)可能會(huì)與負(fù)電性的阻垢劑發(fā)生協(xié)同沉淀反應(yīng)并污染膜表面，必須保證當(dāng)添加陰離子阻垢劑時(shí)，水中不存在明顯的陽(yáng)離子聚合物。對(duì)于阻垢劑的投加必須避免過(guò)量，過(guò)量的阻垢劑對(duì)膜而言也是污染物。當(dāng)前第113頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行（4）強(qiáng)酸陽(yáng)離子樹(shù)脂軟化使用Na+離子置換和除去水中結(jié)垢陽(yáng)離子如Ca2+、Ba2+和Sr2+。交換飽和后的離子交換樹(shù)脂用NaCl再生，這一過(guò)程稱為原水軟化處理。在軟化處理過(guò)程中，進(jìn)水pH不會(huì)改變。但原水中的溶解氣體CO2

能透過(guò)膜進(jìn)入產(chǎn)品側(cè)，引起電導(dǎo)率的增加，需在軟化后的水中加入一定量NaOH（pH8.2）以便將水中殘留CO2轉(zhuǎn)化成重碳酸根。離子交換法軟化去除鈣（鎂）離子，但對(duì)高堿度的水和大水量工程，此法不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)前第114頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行（5） 弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂脫堿度該工藝能夠?qū)υ畬?shí)現(xiàn)部分軟化。離子交換過(guò)程中，與重碳酸根相同量的暫時(shí)硬度中的Ca2+、Ba2+和Sr2+等為H+所取代而被除去，這樣原水的pH值會(huì)降低到4~5。由于樹(shù)脂的酸性基團(tuán)為羧基，當(dāng)pH達(dá)到4.2時(shí)，羧基不再解離，離子交換過(guò)程也就停止了。采用弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂脫堿度主要是大型苦咸水處理系統(tǒng)，對(duì)于重碳酸根含量高的水源較為理想，重碳酸根也可轉(zhuǎn)化為CO2。當(dāng)前第115頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

多數(shù)情況下，不希望產(chǎn)水中出現(xiàn)CO2，這時(shí)可以對(duì)原水或產(chǎn)水進(jìn)行脫氣處理。當(dāng)原水存在生物污染可能時(shí)（如：地表水，高TOC或高菌落總數(shù)），對(duì)產(chǎn)水脫氣更為合適。在膜系統(tǒng)中高CO2濃度可以抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)；當(dāng)希望系統(tǒng)運(yùn)行在較高的脫鹽率時(shí)，采用原水脫氣較合適，脫除CO2將會(huì)引起pH的增高，進(jìn)水pH＞6時(shí)，膜系統(tǒng)的脫除率比進(jìn)水pH＜5時(shí)要高。當(dāng)前第116頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行采用弱酸脫堿度的優(yōu)點(diǎn)如下：再生所需要的酸量不大于105%的理論耗酸量，這樣會(huì)降低操作費(fèi)用和對(duì)環(huán)境的影響；通過(guò)脫除重碳酸根，水中的TDS減低，這樣產(chǎn)水TDS也較低；本法的缺點(diǎn)是：殘余硬度處理過(guò)程中水的會(huì)發(fā)生pH變化

當(dāng)前第117頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行（6） 石灰軟化通過(guò)水中加入氫氧化鈣可除去碳酸鹽硬度。

非碳酸鈣度可以通過(guò)加入碳酸鈉（純堿）得到進(jìn)一步地降低。

當(dāng)前第118頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

石灰－純堿處理也可以降低二氧化硅的濃度，當(dāng)加入鋁酸鈉和三氯化鐵時(shí)，將會(huì)形成CaCO3以及硅酸、氧化鋁和鐵的復(fù)合物。通過(guò)加入石灰和多孔氧化鎂的混合物，采用60~70oC熱石灰硅酸脫除工藝，可將硅酸濃度降低到1mg/L以下。

當(dāng)前第119頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

采用石灰軟化，也可以顯著地降低鋇、鍶和有機(jī)物，但是石灰軟化處理需要使用反應(yīng)器，以便形成高濃度作晶核的可沉淀顆粒，通常需要采用上升流動(dòng)方式的固體接觸澄清器，本過(guò)程的出水還需設(shè)置多介質(zhì)過(guò)濾器，并在進(jìn)入RO/NF之前應(yīng)調(diào)節(jié)pH值，使用含鐵絮凝劑，不論是否同時(shí)使用或不使用高分子助凝劑（陰離子或非離子型），均可提高石灰軟化的固－液分離作用。僅當(dāng)產(chǎn)水量大于200m3/h的苦咸水系統(tǒng)才會(huì)考慮選擇石灰軟化預(yù)處理工藝。

當(dāng)前第120頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行（7）預(yù)防性清洗在某些場(chǎng)合下，可以通過(guò)對(duì)膜進(jìn)行預(yù)防性清洗來(lái)控制結(jié)垢問(wèn)題，此時(shí)系統(tǒng)可不需要進(jìn)行軟化或加化學(xué)品阻垢。通常這類系統(tǒng)的運(yùn)行回收率很低，約25%左右，而且1～2年左右就考慮更換膜元件。這些系統(tǒng)通常是以自來(lái)水或海水作水源，制造飲用水的單元件不重要的小型系統(tǒng)，其最簡(jiǎn)單的清洗方式是打開(kāi)濃水閥門(mén)作低壓沖洗，設(shè)置清洗間隔短的模式要比長(zhǎng)的模式有效，例如常用每運(yùn)行30分鐘低壓沖洗30秒。當(dāng)前第121頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行（8）調(diào)整操作參數(shù)

當(dāng)其它結(jié)垢控制措施不起作用時(shí)，必須調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，以防止產(chǎn)生結(jié)垢問(wèn)題。因?yàn)楸ＷC濃水中難溶鹽濃度低于溶度積，就不會(huì)出現(xiàn)沉淀，這需要通過(guò)降低系統(tǒng)回收率來(lái)降低濃水中的濃度。溶解度還取決于溫度和pH值，水中含硅時(shí)，提高溫度和pH可以增加其溶解度，二氧化硅常常是唯一考慮需要調(diào)節(jié)這些運(yùn)行參數(shù)以防止結(jié)垢的原因，因?yàn)檫@些參數(shù)的調(diào)節(jié)存在一些缺點(diǎn)，如能耗高或其它結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)（如高pH下易發(fā)生CaCO3

沉淀）。

當(dāng)前第122頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行不同微溶性鹽結(jié)垢的判斷與防止措施（1）碳酸鈣沉淀的判斷和防止 天然水源作為反滲透進(jìn)水時(shí)，在濃水中最容易發(fā)生碳酸鈣沉淀。由于反滲透工程中膜對(duì)CO2的截留率幾乎為零，而對(duì)于Ca2+的透過(guò)率很低，一旦進(jìn)水被反滲透濃縮時(shí)，在膜的濃水中pH值會(huì)升高和Ca2+濃度增高；另外，pH值上升又會(huì)使水中HCO3-的比例增加。這樣，在反滲透過(guò)程中，在膜上會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，其化學(xué)反應(yīng)為：

當(dāng)前第123頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

為了進(jìn)行結(jié)垢的判斷和防止碳酸鈣沉淀，需要作如下假設(shè)：濃水的溫度等于進(jìn)水的溫度濃水中的離子強(qiáng)度，等于進(jìn)水的離子強(qiáng)度乘以濃縮因子（CF）式中R是以分?jǐn)?shù)表示的組件或裝置的回收率。該式是偏于保守的，這是因?yàn)槟承┠軌螂x子透過(guò)膜，計(jì)算的CF值偏高。濃水中的鈣、鋇、鍶、硫酸根、硅和氟化物的濃度等于進(jìn)水中的相應(yīng)值乘以CF。

當(dāng)前第124頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行濃水中的重碳酸根以下列方程計(jì)算式中[HCO3-]―濃水中HCO3-的濃度，mg/L（CaCO3計(jì)）；

CF―HCO3-的濃縮因子；[HCO3-]r―進(jìn)水中HCO3-的濃度，mg/L（CaCO3計(jì)）；SPHCO3-―在回收率為R時(shí)以分?jǐn)?shù)表示的HCO3-的透過(guò)率。HCO3-是pH值敏感離子，在不同的pH值下，其透過(guò)率SP或脫除率r不同。當(dāng)前第125頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行Langelier飽和指數(shù)判斷法

Langelier在30年代推導(dǎo)了計(jì)算飽和pH（pHs）的公式。在此pHs時(shí)，CaCO3既不溶解也不沉淀。

式中 KSP―CaCO3的溶度積；

K2―H2CO3的第二離解常數(shù)；

[Ca2+]s―飽和狀態(tài)時(shí)Ca2+的濃度；

[HCO3-]―飽和狀態(tài)時(shí)HCO3-的濃度。當(dāng)前第126頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

當(dāng)pH≤8.5時(shí)，HCO3-的濃度近似等于總堿度見(jiàn)下圖。而平衡常數(shù)（KSP或K2）與溫度和溶解總固體或離子強(qiáng)度有關(guān)。通常由上式派生出來(lái)的式（2）和表1中所列的有關(guān)因子來(lái)計(jì)算pHs。當(dāng)前第127頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行Langelier飽和指數(shù)的定義

式中pHr―濃水的pH，其值為：

pHr可由上式求得或從《HCO3-和CO2的比率對(duì)pH的影響》的圖上查出。

當(dāng)前第128頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行pHs―CaCO3飽和時(shí)水的pH值，其值為

式中 A―與溶解總固體TDS有關(guān)的因子：

B―與溫度t有關(guān)的因子：

C―與Ca2+濃度有關(guān)的因子： ，[Ca2+]單位為mol/L。

D―總堿度（HCO3-濃度）有關(guān)的因子： ，[堿度]單位為mol/L。

當(dāng)前第129頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

根據(jù)濃水的LSI可判斷CaCO3沉淀的可能性如下：

LSI＞0 沉淀

LSI＝0 飽和狀態(tài)

LSI＜0 溶解若進(jìn)水中添加阻垢劑，如六偏磷酸鈉（SHMP），可使?jié)馑腖SI≤1時(shí)不會(huì)發(fā)生CaCO3沉淀，不然就得加酸調(diào)節(jié)pH使LSI＜0.5（加10mg/LSHMP）。當(dāng)前第130頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行LSI計(jì)算例題：計(jì)算含鹽量：TDS=400mg/L；[Ca2+]=240mg/L(CaCO3)；[HCO3-]=196mg/l(CaCO3計(jì))；pH=7.2的水在51℃(124℉)的LSI。根據(jù)上述已知條件得：

A=0.16（由A～TDS=400mg/L）

B=1.53（由B～t=51℃）

C=1.98（由C～[Ca2+]=240mg/L）

D=2.29（由D～[HCO3-]=240mg/L）當(dāng)前第131頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行Stiff和Davis穩(wěn)定指數(shù)（S&DSI）法對(duì)于高TDS的水，如海水，采用50年代H.A.Stiff和L.E.Davis指出的穩(wěn)定指數(shù)（S&DSI）法判斷CaCO3沉淀更為精確。其定義為：式中的符號(hào)意義和判斷CaCO3沉淀的方法與LSI法相同。當(dāng)進(jìn)水的pH為7.0～7.5，回收率約30％時(shí)海水為水源的濃水通常S&DSI＜0。當(dāng)前第132頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

知道了進(jìn)水的[Ca2+]、[HCO3-]和TDS或離子強(qiáng)度，在一定的回收率下，濃水的相應(yīng)值可將上述各項(xiàng)分別乘以濃縮因子CF得到，水的離子強(qiáng)度I的計(jì)算方程為：式中 I―離子強(qiáng)度；

mi―離子i的重量莫爾濃度，mol/LH2O；

Zi―離子i的電荷。 重量摩爾的計(jì)算方程：當(dāng)前第133頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

濃水的飽和pH（pHs）為式中 pCa―鈣離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)；

pAlk―堿度（HCO3-濃度）的負(fù)對(duì)數(shù)；

K―最高溫度時(shí)離子強(qiáng)度常數(shù)。上述pCa、pAlk和K可分別由《鈣、堿度與pCa、pAlk的變換》和《Stiff和Davis”K”與離子強(qiáng)度和溫度的關(guān)系》圖線中查出。濃水的pH（pHr）由《進(jìn)料液海水pH與濃水pH的關(guān)系》圖線得到。當(dāng)前第134頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行

防止碳酸鈣沉淀的預(yù)處理－加酸法加酸調(diào)節(jié)進(jìn)水的pH值是使LSI或S&DSI＜0，防止CaCO3沉淀的最普遍采用的方法。加酸使CO32-轉(zhuǎn)化為HCO3-然后轉(zhuǎn)化為CO2（通常脫氣去除）。硫酸或鹽酸均可作為調(diào)節(jié)pH的藥劑。前者廉價(jià)和硫酸根反滲透脫除率高，故更為可取。但對(duì)某些水源，因硫酸帶入的硫酸根導(dǎo)致鈣、鍶和鋇的硫酸鹽沉淀，在這種情況下，應(yīng)以鹽酸調(diào)節(jié)pH。加酸后的化學(xué)反應(yīng)如下：當(dāng)前第135頁(yè)\共有186頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)－反滲透和納濾系統(tǒng)預(yù)處理及運(yùn)行加酸量的計(jì)算加酸量與進(jìn)水組成有關(guān)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)，采用與式（7－137）和式（7－138）類似式可以導(dǎo)出硫酸和鹽酸加入量的計(jì)算式。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)，每加入1mg/LH2SO4（100％）產(chǎn)生0.898mg/LCO2（CO2計(jì)），同時(shí)減少1.0205mg/