反渗透和纳滤系统的设计[1]

1 反渗透和纳滤系统的设计反渗透和纳滤系统的设计反渗透和纳滤系统的设计反渗透和纳滤系统的设计 反渗透和纳滤系统通常包含预处理设备、反渗透/纳滤设备和后处理设备。设置预 处理部分的目的是调整原水的水质使其符合反渗透和纳滤系统的进水水质要求。后处 理工序的目的有两个，一是调节反渗透和纳滤的产水成分使其符合使用目的，二是使 浓水符合排放标准。 在设计反渗透和纳滤系统时，正确掌握原水水质和对产水的要求是最基本的要 素。对各个装置的设计进行优化组合是保证系统的正常运行必不可少的重要环节。本 章针对反渗透和纳滤系统的设计进行论述。 1 1 1 1 系统配置 1.1 概述 在反渗透和纳滤系统的设计中，（1）膜元件型号的选择；（2）水通量选择（单 位膜面积的产水量，GFD 或 LMH）；以及（3）回收率，都是重要的事项。一般尽可能 设计高的回收率，这样可以降低供给水的量，减少预处理的成本。但是，系统的回收 率设计高时会有以下的不利因素需要考虑。 � 结垢的风险增大，需要添加阻垢剂； � 产水的水质下降； � 运行操作压力增高，泵和相关设备的费用增加。 产水量和回收率的设计一定要符合安全的标准。一般建议要有一定的设计弹性。 使用美国海德能公司的膜元件时，请参看美国海德能公司反渗透和纳滤膜元件设计导 则。 系统的运行方式一般分为连续操作和批式操作两种。批式处理是指储存一定量的 进水，一定期间内处理产水和浓水，一般在小规模的浓缩 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 和水量小或连续供水不 足的场合被采用。连续操作是设定一定的回收率和产水量，基本上以一定的操作压力 进行连续地分离处理产水和浓水，大规模的反渗透和纳滤装置都采用连续过滤。 1.2 单元件系统 单元件系统是最小的反渗透或纳滤系统，虽然只包含一支膜元件，但是配套设备 却很完整。因此熟悉了解单元件系统的结构和设计，对理解大系统的设计是十分有帮 助的。图 1所示为一个单一膜元件的系统。控制适当的给水范围（最大给水流量和最 2 小浓水流量），防止由于浓差极化所引起的水通量减少和膜污染非常重要。由于 该系统仅采用一支膜元件，而设计要求单支 40 英寸长的膜元件浓水排放量与产水量比 的最小值为 5:1（约相当于 18 %的回收率），因此单一膜元件系统很难达到较高的系 统回收率。为了提高回收率，系统流出的浓水的一部分可以返回到给水处，如图 1 中 的第 5 点位置。采用部分浓水回流的方式可以增加回收率（一般可增加到 50 %），但 是由于有部分浓水返回到进水，会导致产水的水质下降。 图 1 11 1 单元件系统部分浓水循环示意图 1.3 单段系统的排列 把单支膜元件并联起来排列就形成了单段式系统。单段系统中包含两个以上的膜 元件。单段系统排列如图 2。单段系统的排列和单元件系统的排列意义相同，系统的回 收率一般在 15 – 50 %之间。为了提高回收率，可以在每一个压力容器内串联更多的 膜元件。表 1 中显示串连膜元件的数量和回收率之间的关系。 图 图图 图 2 22 2 单段系统排列示意图 表 1 1 1 1 膜元件串连的数量和最大回收率 膜元件串连数量 1 2 3 4 5 6 回收率，% 16 29 38 46 53 59 3 1.4 多段系统的排列 当要求系统的回收率高于 50 %时，可以采用多段系统。多段系统是指第一段的浓 水作为第二段的进水，第二段的浓水作为第三段的进水，以此类推。每段的进水一部 分变成产水，后一段的进水流量会减少，含盐量会升高，所以后段的膜元件数量要比 上一段的膜元件数量少，以保证正常的进水流量。一般的排列方式是 2:1 或 4:2:1。通 常，两段系统可以把回收率做到 50 – 75 %，三段系统回收率做到 75 – 90 % 1 。 图 3 33 3 多段系统排列示意图 在多段系统中，浓水侧的渗透压力不断升高，有时会发生净驱动力（NDP）不足的 现象。造成前段产水和后段产水不均衡。这时有三个解决方法： ① 在每个段间加增压泵，以提高后段的驱动力； ② 在第一、第二段产水侧设置节流阀门，如图 4 所示。通过增加产水背压的方 式，降低前段产水量，保持整体有效压力（NDP）的均衡。采用这个方法时， 系统停止运行时有可能造成背压（产水侧压力 > 进水侧压力）。在设计以及 操作时必须谨慎处理； ③ 前后各段采用不同过滤阻力的膜元件。前段采用阻力大的膜元件，例如： PROC10 或 CPA3-LD，甚至 SWC ® 系列海水淡化膜元件，人为降低前段的产水量， 后段采用阻力小的膜元件，例如：ESPA ® 系列，以保证产水量。 1 系统的回收率还与给水水质以及给水温度有关，这里提到的回收率数据必须与给水水质和水温综合考虑，以免发生膜污染。 二段排列∶回收率 50 – 75% 三段排列∶回收率 75 – 90% 4 图 4 44 4 多段系统示意图 1.5 多级系统 在一些应用中，单级反渗透的产水水质无法满足用水的要求，为了尽可能的降低 产水含盐量，前一级反渗透的产水作为下一级反渗透的进水被称谓多级反渗透系统。 设计多级反渗透系统时，根据产水水质的要求可以考虑第一级的产水全部进入第二级 或部分进入第二级反渗透系统。如图 5 所示的海水淡化系统中，第一级中采用海水淡 化反渗透膜元件 SWC ® 系列，后端高浓度的产水作为第二级超低压型 ESPA ® 膜的进水，经 过二级处理的产水和第一级前端低浓度的产水进行混合。第二级反渗透的浓水可以循 环回第一级反渗透系统进水中。第二级反渗透浓水中的含盐量通常比第一级进水的含 盐量还要低，所以将第二级浓水返回到第一级进水会降低进水含盐量，增加整体的回 收率。这就是分流式部分二级设计 2 。 与第一级不同，在第二级反渗透系统的设计中，还应该注意以下几点： � 选择大通量的超低压反渗透膜元件，如：ESPA2 和 ESPA2 MAX； � 第二级反渗透在设计时可以选择更高的水通量，一般一支 8 英寸的膜元件可 以设计产水 1.5 – 2.0 m 3 /h，即：40 – 54 LMH； � 在第二级反渗透中，浓差极化指数（β）最高可以达到 1.70； 2 分流式部分二级设计是美国海德能公司的专利，如需采用请联络美国海德能公司驻华代表机构。 进水 一段浓水 二段浓水 产水背压调节阀门 三段浓水 总产水 5 一段浓缩液 二段浓缩液 浓缩液 透过液循环 透过液 图 5 55 5 双级海水淡化处理系统示意图 � 第二级反渗透系统的排列最好接近 3:1； � 最好选择 4 – 5 芯的压力容器； � 回收率应大于等于 85 %，最好能达到 90 %。 1.6 采用批式操作的浓缩循环系统 茶叶、果汁和制药等工业，常以浓缩为目的。在设计反渗透和纳滤系统时，要考 虑处理量和处理时间问题。如图 6 所示，以浓缩为目的的系统，批式处理比连续处理 要多。采用批式处理时，被处理液的浓水以一定的流量循环回原液槽中，循环一定时 间后，原液中的浓度会上升，随着浓缩倍率的增大，渗透压也会显著的上升。所以要 掌握压力的调整和膜污染的情况。设计时要考虑原液温度的控制、腐蚀以及清洗杀菌 的方法等。 图 6 66 6 浓缩系统设计示意图 产水 一级低浓度 一级高浓度产水 浓水 二级：ESPA ® 一级：SWC ® 进水 6 2 2 2 2 系统设计步骤 为了有效发挥反渗透系统的性能，需要准确了解给水水质、用水点对产水水质和 水量的要求，参考预处理和后处理工艺，以达到设计上的最优化。下面讲述的反渗透 系统设计建立在进水水质符合反渗透系统进水要求的前提下。 2.1 水源 掌握水源的种类和水质情况以及水质变动的情况。水源大致可分为地表水（河 川、湖泊和水库），地下水（井水），废水（工业废水和市政污水）和海水（直接取 水和打井取水）。 2.2 膜元件的选则 根据原水的含盐量、进水水质的情况和对产水水质的要求，一般将膜元件分为五 大类。苦咸水脱盐、超低压、低污染、纳滤和海水淡化。如何选择膜元件请参见《膜 元件的选择方法和依据》。 2.3 平均水通量和回收率的确定 根据进水水质和对产水水质的不同要求，决定单位面积的产水通量 J（单位：GFD 或 LMH）和回收率（Rec.）。产水通量可以参照美国海德能公司设计导则。回收率的设 定要考虑原水中含有的难溶盐的析出极限值。通常，单位面积产水量 J 和回收率 Rec. 设计的过高，发生膜污染的可能性会大大增加，造成产水量下降，清洗膜系统的频率 增多，维护系统正常运行的费用增加。所以，进行设计系统时，在可能的条件下，希 望采用有余量的产水通量和回收率。 2.4 理论膜元件数量 当确定了设计产水通量 J 和产水量 Q p 值时，所需理论膜元件数量 N e 可以按公式 （1）计算。 SJ Q N P e × = （1） 式中：Q p —— 产水量，m 3 /h； J —— 单位面积产水通量，LMH； S —— 膜元件面积，m 2 ； N e —— 理论膜元件数，支。 2.5 压力容器的数量 7 决定了每支压力容器可装填膜元件的数量（V e ）后，通过膜元件的数量 N e 除以 V e 就可以得到所需压力容器的数量（N v ）。 e e v V N N = （2） 2.6 膜元件的排列——理论段数 根据设计的回收率按前节中介绍的内容设定理论段数和每段的压力容器排列。通 常反渗透系统排列方式以 2:1 的近似比例为多。让我们通过下面的例子来熟悉一下计 算的方式。 例：产水水量为 100 m 3 /h，设计通量为 22 LMH，膜元件面积为 37.2 m 2 ，问需要如 何排列反渗透系统。 解：按公式（1）计算理论膜元件数量 理论膜元件数量， 1232.122 37.2 22 10 100 3 ≅= × × =eN 压力容器数量（按标准 6 芯装膜壳计算）， 215.20 6 123 v ≅==N 各段压力容器的数的决定，反渗透系统以 2:1 方式排列时， 7 12 21 = + ，膜元 件以 14:7的方式排列。每个压力容器 6支 8英寸膜元件，总数量为 126支。 若反渗透系统以 4:2:1 方式排列，则 3 124 21 = ++ ，取整则可以排列为 12:6:3，每个压力容器 6支 8英寸膜元件，总数量为 126支。 以上的初步计算结果可以输入设计软件 IMSDesign ® 进行验证和评估。 2.7 系统的优化 根据设定的单位面积产水通量、回收率、水温变动范围、研究讨论膜组件的排列 方式，设计计算压力、流量。这时使用美国海德能公司提供的反渗透设计软件 IMSDesign ® 可以很方便的帮助客户完成这个任务。 2.8 系统的性能 2.8.1 压力和渗透压在系统中的变化 原水通过高压泵加进入膜系统，会有压力损失，进水操作压力 P f 随着水流的方向 不断降低。同时原水透过膜元件不断有产水产出，进水被浓缩，原水浓度不断升高， 产水侧的渗透压不断增大，净驱动力（NDP）降低。 8 图 7 77 7膜元件在压力容器中的位置与进水操作压力和渗透压的变化示意图 2.8.2 产水流量和产水水质在系统中的变化 压力容器中的每支膜元件的性能由于所在位置的不同变化很大。如图 8 显示两段 排列每支压力容器装有 6 支膜元件的情况，压力容器中膜元件的位置与产水量和产水 水质变化的示意图。原水进入膜系统，原水透过膜元件不断有产水产出。进水被浓 缩，原水浓度不断升高、渗透压增大、有效压力降低，膜元件的产水量沿着进水侧到 浓水侧的顺序变小。由于原水浓度升高，产水中含盐的浓度也随之升高。 图 8 88 8 膜元件在压力容器中的位置与产水量和产水水质的相关示意图 9 2.8.3 回收率和进水流量的变化 膜元件的位置与进水流量和回收率的变化的示意图显示在图 9 中。前一支膜元件 的浓水作为下一支膜元件的进水，水量不断减少，回收率不断增加，设计计算时一定 要注意每段最后一支膜元件的回收率不要超过规定回收率的极限值和不要低于最小浓 水流量。 图 9 99 9 膜元件在压力容器中的位置与原水流量和回收率的相关示意图 3 33 3 美国海德能公司反渗透和纳滤膜元件设计指南 在使用美国海德能公司的膜元件设计反渗透系统时，一般应遵循以下建议的简明 导则，如需要在超过本导则规定的情况下设计和使用时，请与美国海德能公司驻华代 表机构联络以便提供特殊性建议。 10 表 2 22 2 系统设计部分参数以及允许值 3 33 3 原水水源 RO 产水 地下水 （ 软 化） 地表水 （MF/UF） 深井海水 （MF/UF） 表面海水 （传统） 废水 （MF/UF） 进 水 参 数 极 限 SDI 15 1 2 2 3 4 2 浊度 0.1 TOC，mg/L as C 2 2 2 2 2 5 BOD，mg/L as O 2 4 4 4 4 4 10 COD，mg/L as O 2 6 6 6 6 6 15 进水温度，℃ 0.1 – 45 系统平均产水通量 GFD/LHM 21/35.7 16/27.2 16/27.2 10/17 8/13.6 11/18.7 首支膜最大产水通量 GFD/LHM 30/51 27/45.9 21/35.7 24/40.8 20/34 16/27.2 产水通量年衰减率，% 5 7 7 7 7 12 产水脱盐率年增加率，% 5 10 10 10 10 10 单支膜最大β値 1.40 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 单只压力容器 最大进水流量， m 3 /h 4" 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 8" 17.0 17.0 17.0 17.0 17.0 17.0 单只压力容器 最低浓水流量， m 3 /h 4" 0.45 0.68 0.68 0.68 0.68 0.68 8" 1.82 2.73 2.73 2.73 2.73 2.73 膜元件最大压力损失， MPa 每支 40 英寸长的膜元件为 0.07 表 3 33 3 浓水中难溶盐的饱和极限表 表 4 44 4 饱和指数极限值 4 4 4 4 系统设计软件 IMS IMSIMS IMSD DD Design esignesign esign ® ®® ® 的使用方法 美国海德能公司提供的系统设计软件 IMSDesign ® 是建立在 Windows ® 操作系统下的 4 ， 用来帮助和预测设定系统性能的合理性，通过使用本软件用户可以得到系统性能，动 力消耗和运行成本等技术信息。用户可以从美国海德能公司网站添写一些简单的用户 信息，免费下载 IMSDesign ® 。以下对使用本软件的方法做简单的介绍。 4.1 使用说明 3 这里只列出部分设计参数，全部的设计依据请参见附录 4。 4 Windows ® 是美国微软公司Microsoft ® 的注册商标。 难溶盐 饱和值 % CaSO 4 230 SrSO 4 800 BaSO 4 6 000 SiO 2 100 LSI 或 SDSI 值 条件 < – 0.2 不添加阻垢剂 – 0.2 添加六聚磷酸钠 + 0.5 – + 1.8 添加有机阻垢剂 > 1.8 加酸使 pH 值小于 1.8 后再添加阻 垢剂 11 ① 使用 Windows ® 操作系统的计算机用户可以从美国海德能公司的网站下载该软件 （http://www.membranes.com或 http://www.hydranautics.cn）。 ② 下载后的文件具有 msi扩展名，可以直接在 Windows系统中安装。 ③ 安装后双击在桌面形成的图标会显示以下界面。 美国海德能公司目前已经提供具有五种语言的版本，包括：英语、中文、西班牙 语、葡萄牙语和日语。在这个界面请用选择您需要的语言，然后点击确定。以下的演 示和介绍将采用中文版。 ④ 选择中文后，会出现以下欢迎界面。 点击 IMSDesign ® 进入下载页面 12 ⑤ 在这个欢迎界面中点击菜单栏的文件菜单，可以看到以下命令：设置 ⑥ 请您单击设置按钮，您会看到一个新弹出的窗口。 13 在授权方和设计者中可以随意输入供识别的文字信息， 在这个窗口中，您可以改变 初始默认的单位为英制或公制，建议选择 Metric（公制），更改后请不要忘记点击 “保存设置”按钮，然后再点击“确定”按钮退出该界面，返回欢迎界面。 ⑦ 在欢迎界面中选择点击“设计 RO”按钮，就会进入设计步骤，最先出现的是水 质输入界面。 开始新的设计时，输入项目名称，然后在进水水质下拉栏中选择水源种类。 按表中各项输入已知进水水质，包括 pH 值、温度、浊度、SDI、总铁及各项阳、 阴离子浓度。阴离子 CO3 和气体 CO2 不需要输入，当输入 HCO3 和 pH 值后软件会自动 根据平衡计算出两者的数值。请注意选择各参数的单位，例如是以 ppm 计，还是以 CaCO3 计。 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 中的阳、阴离子各项代表了绝大多数自然水体中的成分，但系统还是允 许分析 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 中阴、阳离子有 10%的差别。当输入的阴、阳离子毫克当量浓度（meq）差 别大于 10%时，需点击“自动平衡”来调节，软件系统默认以 Na和 Cl来平衡，即阳离 水源种类 项目名称 14 子少时自动加入 Na，阴离子少时自动加入 Cl。但在实际应用时，设计者应对水质中应 该含有的成分有一定认知，例如当采用生活饮用水标准的水质报告时，可能没有 HCO3 的分析，此时如果阴离子少时应手动加入 HCO3 以达到阳、阴离子的平衡，以便于更接 近真实的水质情况。 如果水质报告输入后阳、阴离子是平衡的，或者是经过自动平衡后，软件自动计 算出含盐量 TDS、总阳阴离子当量浓度、电导率、CO3、CO2、各种难溶盐饱和度，LSI 指数、离子强度和渗透压等数据。 如果没有详细全 分析报告 成本分析报告下载顾客满意度调查结果及分析报告员工思想动态分析报告期中考试质量分析报告高一期中考试质量分析报告 ，也可以在“分析”处选择“新建（TDS/电导率）”， 仅输入 TDS 或者电导率数据，然后进行设计计算。但此时由于没有详细水质报告，无 法模拟出反渗透/纳滤系统可能受到何种污染。 输入各项 水质数值 软件自动 计算结果 15 ⑧ 点击“RO设计”菜单，会显示以下所示的反渗透设计界面。项目、设计者、日 期、pH 值、温度等信息自动出现在本页面中。产水量年衰减率、透盐率年增长率数值 是软件默认值，当水源为地表水和地下水时，此两个值不需要改动；当水源为废水时 系统会跳出个对话框“当水源为废水时，水通量年衰减值是否采用最高值？”，此时 可选“是”，系统会自动做出改变。污染系数也是软件默认值，当输入的“产水通量 年衰减率”改变时，污染系数值随之而改变。当做两级系统设计时，此二值需根据设 计导则输入。当遇到特殊项目需要输入非默认数值时，请向美国海德能公司技术人员 进行咨询。 按照项目情况输入系统回收率和单套反渗透/纳滤系统产水量。因为反渗透/纳滤 系统一般采用单元制，输入单套系统产水量可以直观确定相应高压泵参数。此时软件 会自动计算出进水流量和浓水流量。根据项目要求选择段数、级数，然后点击“膜元 件型号”右框。 污染系数 污染系数污染系数 污染系数 软件默认数值 16 在跳出的膜元件选择窗口选取合适的膜元件型号，并点击“确定”键。一般地， 根据进水水源种类、产水水质要求等进行膜元件选型，请参见附录 2：膜元件的选择方 法及依据。 污染系数 污染系数污染系数 污染系数 输入数值 软件自动 计算数值 点击此处 选膜型号 选择膜型号， 点击确定 17 软件自动推荐出膜排列方式并计算出平均水通量数值。此排列不一定会适用于特 定项目，因为美国海德能公司对于各种水质的建议水通量是一个范围，不是单个数 字；且采用传统预处理和采用 UF/MF 预处理时，水通量的范围不相同。目前软件不能 选择预处理方式，而是默认为传统过滤预处理，因此需要设计人员对膜系统排列再进 行调整，至达到预定的水通量数值为止。 ⑨ 点击“运行”按钮，会显示下面的计算结果界面。当输入的条件和参数不符合 要求时，系统参数栏会提供棕色或红色警告信息。表 5 中列出常见错误信息的原因和 纠正方法。 表 5 55 5 常见的错误信息的原因和纠正方法 设计参数 错误原因 纠正方法 平均水通量 超过正常设计范围 增加膜元件数量 单支压力容器进水流 量 超过正常进水流量范围 增加该段排列数量 单支压力容器浓水流 量 低于最小浓水流量 减少该段排列数量 进水压力 进水压力过高 增加膜元件数量或改变膜型号 浓差极化因子β值 一级超过 1.20 或二级超过 1.70 调整排列方式或降低回收率 难溶解性盐含量 难溶解性盐含量超过溶解度饱和极 限值 降低回收率或添加阻垢剂 LSI 或 SDSI 超过极限值有结垢的风险 加酸调节 pH 值或添加阻垢剂 软件自动 计算数值 需确认数值 污染系数 污染系数污染系数 污染系数 18 用户可根据项目需要输入膜运行时间，或进行加药剂调节 pH 值等以便更近似模拟 实际运行状态。软件还设有一些其它模拟功能，产水与进水勾兑时选择“产水混 合”；产水需有一定压力时选择“产水加背压”；浓水部分回到进水中时选择“浓水 循环”；段间进行增压时选择“增压泵”，且如果采用能量回收装置运行时，可选择 合适的能量回收方式和相应参数。 做两级系统设计时，在“级数”框选取两级，即可进行两级系统的模拟计算，软 件默认为第二级浓水直接回流至第一级进水处。如果实际的两级系统流程有所不同 时，可将一级产水水质保存起来，再次按上述方式做第二级系统模拟。 点击“流程图”按钮可以打开系统流程同时显示系统各个不同位置的运行参数。 污染系数 污染系数污染系数 污染系数 警告 变化系统模拟功能 19 当在界面选中“自动显示”复选框时，点击“运行”按钮还会同时弹出可打印的 报告。 4.2 设计软件的其他附加功能 这部分功能包括：产水的后处理、能耗的计算、制水成本的估算、以及不同运行 参数下的运行结果计算摘要。这些辅助功能可以帮助用户获取更多的有用信息。如有 关于软件使用的任何疑问，请向美国海德能公司技术人员进行咨询。 5 55 5 系统构成的要素 5.1 高压泵 为了维持产水量、控制操作压力不超过允许极限值，就必须控制高压泵的出口压 力。美国海德能公司的膜元件允许最大操作压力：ESPA ® 、CPA、PROC™和 LFC ® 系列膜元 件是 4.14MPa；SWC ® 系列是 8.27MPa。以下对使用的离心泵和高压柱塞泵的异同以及使 用时的注意点作简要说明。 ① 离心泵 离心泵适用于要求较低压力和较高流量的系统。2.0 MPa以下的低操作压力反渗透 系统一般采用高压泵。使用具有恒转速电机的泵时，常在泵的出口管线上设置节流阀 控制出口的流量和压力。对于进水温度变化显著的反渗透和纳滤系统，建议使用可变 频调节电机转速的泵，以减少不必要的能量消耗。但是变频泵的价格要高一些。 ② 高压柱塞泵 高压柱塞泵的的动作原理是依靠固体壁的移动挤压方式，适用于需要高压力、小 流量的系统。5.0 MPa 左右的海水淡化系统常采用这种类型的泵。由于柱塞泵的吐出压 力过高，不能使用节流阀控制柱塞泵出口的流量和压力。压力和流量的调节依靠泵出 20 口处设置的背压防止阀。一般柱塞泵自身设有背压防止阀，但是泵自身的防止阀按泵 本身的压力设定的，一般要远远高于膜元件允许的最高压力。在泵的出口处安装安全 泄压阀以防止过剩压力冲击反渗透膜。此外，如果泵本身没有安装压力缓冲装置，应 该在出口处安装缓冲装置降低压力脉冲。 5.2 管路要求 ① 材质和强度 管路要求选择耐腐蚀性强，可以承受阀门关闭时系统压力的材料。管路的设计压 力 > 阀门关闭时压系统压力 > 操作压力。一般的低压反渗透系统使用 SUS 304 以上 规格的不锈钢。产水等低压管路一般使用 PVC材质。 ② 管径 管路的直径大小的选择一定要避免在系统流量范围内产生过大压力损失。尤其是 产水的管路直径大小更重要，产水管路过细，容易产生产水背压损坏膜元件。流量和 最大流速与管路内径的关系列于表 6。 表 6 66 6 流量和最大流速与管路内径的关系 流量，GPM 管路内径，英寸 最大线速度，m/s 0 – 4 1/2 1.98 4 – 10 3/4 2.19 10 – 20 1 2.50 20 – 50 1 – 1/2 2.77 50 – 100 2 3.11 100 – 175 2 – 1/2 3.47 175 – 300 3 4.15 5.3 水箱 为了防止水在水箱中有积留现象，要考虑水箱入口和出口的位置。小型水箱，不 用考虑强度问题，可以使用聚乙烯（PE）和玻璃钢（FRP）等耐腐蚀的塑料材质。水箱 设置在室外时，有必要考虑水箱内微生物滋生等二次污染问题，建议选用遮光材质。 大型水箱，必须考虑强度问题，一般选用金属材质。 5.4 传感器 为了保护反渗透系统以及膜元件，通常采用各种类型的传感器。比如： � 给水箱液位传感器：为了防止给水泵空转。给水水箱要设置液位计量开关， 当液面过低时，给水泵会自动停止。 21 � 压力传感器：防止异常高压对膜元件的伤害。设置压力传感器，当进水压力 过高时高压泵停止工作。 � pH值传感器：为了防止结垢，设置进水 pH值传感器。 5.5 药剂 5.5.1 药剂注入点 药剂注入点的位置一般选在泵的入口等混合效果较好的地方。需投加多种药剂 时，注入点间隔最小应在一米以上。为了加强药剂的混合，可以设置混合器。 5.5.2 药剂使用的注意事项 ① 阻垢剂、分散剂 采用聚丙烯酸类阻垢剂时要特别小心，在铁含量较高时可能会引起膜污染。这种 污染会增加膜的操作压力，遇到这类污染要进行酸洗。如果在预处理中使用了阳离子 混凝剂或助凝剂，在使用阴离子性阻垢剂时要特别注意。会产生一种粘稠的粘性污染 物，污染会造成操作压力增加，而且这种污染物清洗非常困难。过量投加阻垢剂/分散 剂会导致在膜面上形成沉积，造成新的污染问题。在设备停机时一定要将阻垢剂或分 散剂彻底冲洗出来，否则会留在膜上产生污染问题。在用RO进水进行低压冲洗时要停 止向系统注入阻垢剂或分散剂。 注入阻垢剂/分散剂的加药泵要调到最高注入频率，建议最少5秒钟一次。阻垢剂/ 分散剂的典型添加量为2－5mg/L。为了让加药泵以最高频率工作，需要对药剂进行稀 释。每次配制的阻垢剂稀释液使用量建议为7－10天左右。 ② 亚硫酸氢钠（SBS） 亚硫酸氢钠(SBS)或亚硫酸氢钠是反渗透和纳滤系统常用的还原剂。市售 SBS 和 亚硫酸氢钠一般为固体粉末，配制时有一定刺激气味。SBS 溶液在空气中不稳定，会与 氧气发生反应，所以推荐 2％的溶液的使用期为 3－7 天， 10％以下的溶液使用期为 7 －14天。理论上，1.4mg/L 的 SBS（或 0.7mg/L亚硫酸氢钠）能够还原 1.0mg/L 的活性 氯。设计时考虑到安全系数，设定为每 1.0mg/L 余氯投加 1.8－3.0mg/L SBS。当系统 既注入酸，也注入 SBS 时，SBS 的注入点应该位于加酸点之后。这是因为如果在加入 SBS后加入酸，会产生亚硫酸气体。 22 SBS 的溶解度随温度降低而降低。如图 10 所示，当 SBS 浓度为 34%时，如果温度 低于 12℃会结晶；而 SBS 浓度为 11%时，即使在０℃也不会结晶。因此在低温时需将 SBS稀释到不至于结晶的浓度，以避免 SBS在加药泵和加药管路内部结晶而堵塞，使实 际加药量降低。 图 10 亚硫酸氢钠的溶解度和温度的关系 在少数情况下进水中存在硫还原菌(SBR)，亚硫酸会成为细菌营养源使细菌大量繁 殖。SBR 通常在浅层井水厌氧环境下有发现。因此，过量投加 SBS 会存在细菌滋生风 险。 对于废水回用等系统，有时由于受到干扰靠 ORP 和比色法不能正确反映系统中的 余氯值，我们推荐在 RO/NF 系统进水处测定 SBS 量，通过简单操作的滴定法测定 SBS 浓度。RO/NF 进水中 SBS 浓度值推荐为 3-5mg/L。 ③次氯酸钠（NaClO） 预处理中使用 NaClO 时一定要注意防止余氯进入反渗透和纳滤系统。若发现给水 中残留有余氯，则必须用 SBS 还原。SBS 的加入量应该是余氯残留量的 1.8 – 3 倍， 以保证充分还原余氯。 酸性条件下使用 NaClO可能会有氯气产生。 NaClO + 2 HCl → NaCl + H 2 O + Cl 2 ↑ 温度不同时，NaClO的分解速度也会有变化，在储藏 NaClO时要注意。 表 8 88 8 有效浓度 12 % 12 %12 % 12 %的 NaClO NaClONaClO NaClO的浓度随时间的变化 保管温度，℃ 保管期以及浓度变化 5 1年后，下降到 11 % 19 – 29 150天后，下降到 5 % 40 30天后，下降到 6.5 % 亚硫酸氢钠(SBS)的溶解度 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 5 10 15 20 25 水温(℃) 溶 解 度 (% ) 溶解度 SBS溶液34% SBS浓度11% 结晶温度12℃ 23 系统一般采用 ORP 表在线监测水中余氯值。美国海德能公司建议 ORP 值不超过 300mV，如果达到 300mV，系统应该自动报警并采取措施如投加 SBS 或加大 SBS 投加 量；如果 ORP 达到 350mV，系统应立即停机直至 ORP 降至 300mV 以下才能重新投入运 行。 余氯也可以用比色法测定。 5.6 计量仪表 � 压力表：进水、段间、浓水、产水侧分别配置压力表； � 流量计：产水和浓水处设置流量计，可以计算进水流量（进水 = 浓水 + 产 水）； � 温度计：进水压力容器入口处设置； � 进水 pH 计； � 进水电导仪； � 进水 ORP 表（氧化——还原电位表）。