1、反渗透和纳滤工艺过反渗透和纳滤工艺过程设计程设计 系统设计要求系统设计要求 浓差极化对反渗透和纳滤过程的影响浓差极化对反渗透和纳滤过程的影响 反渗透和纳滤过程的根本方程反渗透和纳滤过程的根本方程 反渗透和纳滤工艺流程及其特征方程反渗透和纳滤工艺流程及其特征方程 反渗透和纳滤装置的组件配置和性能反渗透和纳滤装置的组件配置和性能 反渗透和纳滤根本设计内容和过程反渗透和纳滤根本设计内容和过程 反渗透和纳滤系统预处理及运行反渗透和纳滤系统预处理及运行 反渗透和纳滤工艺过程设计反渗透和纳滤工艺过程设计1 1 系统设计要求系统设计要求1.1 1.1 进水水质进水水质 水样是一定时间内所要分析水源的水质代表
2、。水样是一定时间内所要分析水源的水质代表。 对水质要有一全面的把握，必须针对水源特点在不对水质要有一全面的把握，必须针对水源特点在不同时期收集水样，进展分析比较，了解其变化及变化原同时期收集水样，进展分析比较，了解其变化及变化原因。这对反渗透系统的有效设计预处理、产水量、回因。这对反渗透系统的有效设计预处理、产水量、回收率、脱除性能、压力、流速收率、脱除性能、压力、流速，正当的操作，诊，正当的操作，诊断系统存在的问题和准确评价系统性能等方面至关重要。断系统存在的问题和准确评价系统性能等方面至关重要。工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求采样要求：采样要求： 取样时要有代表性，要有足够
3、的量，选点要正确，取样时要有代表性，要有足够的量，选点要正确，容器要适宜，水样的采集要严格按照容器要适宜，水样的采集要严格按照? ?水和废水监测分析水和废水监测分析方法方法? ?中的要求进展详细的记录。中的要求进展详细的记录。水质分析内容：水质分析内容： 水源水量、水质调查的内容要求非常详细，包括水源水量、水质调查的内容要求非常详细，包括CO2CO2、pHpH、O2O2、ClCl、SO2-3SO2-3、离子浓度、硬度、碱度、溶解性固、离子浓度、硬度、碱度、溶解性固体、细菌数等，常见参数的要求见下页的水样分析报告。体、细菌数等，常见参数的要求见下页的水样分析报告。工艺过程设计系统设计要求工艺过程
4、设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求常规水源的水质特点：常规水源的水质特点： 市政供水为了防止管网的腐蚀，一般市政供水为了防止管网的腐蚀，一般pHpH偏高，含有游偏高，含有游离氯和离氯和FeFe离子等离子等 地表水的浊度、细菌及有机物是预处理设计要重点考地表水的浊度、细菌及有机物是预处理设计要重点考虑的内容虑的内容 地下水成份一般相对稳定，多数具有高硬度和碱度的地下水成份一般相对稳定，多数具有高硬度和碱度的特征特征 海水要考虑悬浮固体、微生物和细菌，进水海水要考虑悬浮固体、微生物和细菌，进水pH pH 值和水值和水温，金属氧化物和微溶盐的沉淀不同海域水质差异较温，金
5、属氧化物和微溶盐的沉淀不同海域水质差异较大大 其他特殊场合，如化工、生物行业物料的浓缩、别离其他特殊场合，如化工、生物行业物料的浓缩、别离等等 工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求1.2 1.2 产水水质和水量产水水质和水量 根据用户的要求或者用户所处的行业，按照根据用户的要求或者用户所处的行业，按照客户的需求或者相关行业的国家或行业标准确定客户的需求或者相关行业的国家或行业标准确定反渗透或纳滤系统的产水水质和水量反渗透或纳滤系统的产水水质和水量 这些要求决定了系统的规模和所用工艺过程这些要求决定了系统的规模和所用工艺过程的选择，如的选择，如单位时间的产水量单位时间的产水量，膜组件
6、种类膜组件种类、数数量和排列方式量和排列方式，回收率回收率以及以及具体的工艺流程具体的工艺流程等。等。 工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求1.3 1.3 膜和膜组件的选择膜和膜组件的选择 醋酸纤维素最早用于反渗透水处理工艺，具有价廉、耐醋酸纤维素最早用于反渗透水处理工艺，具有价廉、耐游离氯、耐污染的特点，多用于饮用水净化和污染密度指数游离氯、耐污染的特点，多用于饮用水净化和污染密度指数SDISDI较高的地方。较高的地方。 芳香族聚酰胺复合膜，通量高，脱盐率高，操作压力低，芳香族聚酰胺复合膜，通量高，脱盐率高，操作压力低，耐生物降解，操作耐生物降解，操作pHpH范围宽范围宽2 21
7、111不易水解，脱不易水解，脱SiO2SiO2和和NO-3NO-3及有机物都较好，但不耐游离氯，易受到及有机物都较好，但不耐游离氯，易受到FeFe、AlAl和阳离和阳离子絮凝剂的污染，污染速度较快。子絮凝剂的污染，污染速度较快。 工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求 目前大规模应用的反渗透和纳滤膜材料的组目前大规模应用的反渗透和纳滤膜材料的组件形式主要是卷式和中空纤维式。件形式主要是卷式和中空纤维式。 选用膜组件时应综合考虑组器的选用膜组件时应综合考虑组器的制备难易制备难易、流动状态流动状态、堆砌密度堆砌密度、清洗难易清洗难易等诸方面，卷式等诸方面，卷式元件用得最普遍。据进水和出水
8、水质，可初步选元件用得最普遍。据进水和出水水质，可初步选定膜元件，由产水量可初步确定元件得个数。定膜元件，由产水量可初步确定元件得个数。 工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求1.4 1.4 回收率回收率 回收率确实定影响到膜组件的选择和工艺确回收率确实定影响到膜组件的选择和工艺确实定。根据产水水量和回收率确定膜元件的个数。实定。根据产水水量和回收率确定膜元件的个数。一般海水淡化回收率在一般海水淡化回收率在30304545，纯水制备在，纯水制备在70708585；而实际设计过程中应根据预处理、进；而实际设计过程中应根据预处理、进水水质等的条件确定。水水质等的条件确定。 工艺过程设计系
9、统设计要求工艺过程设计系统设计要求1.5 1.5 产水量的衰减产水量的衰减 反渗透膜在使用过程中会随着使用时间的延长，膜反渗透膜在使用过程中会随着使用时间的延长，膜的产水量会发生衰减。这主要是由于膜长时间在的产水量会发生衰减。这主要是由于膜长时间在高温高高温高压压下运行，在温度和压力的协同作用下，会出现膜的压下运行，在温度和压力的协同作用下，会出现膜的压密化现象，其结果会造成产水量下降或系统操作压力上密化现象，其结果会造成产水量下降或系统操作压力上升。压密化是膜性能的不可逆衰减，事实上，复合膜比升。压密化是膜性能的不可逆衰减，事实上，复合膜比醋酸纤维素膜更耐压密化。醋酸纤维素膜更耐压密化。 膜
10、污染膜污染也是造成膜产水通量的衰减的主要原因。也是造成膜产水通量的衰减的主要原因。工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求 通过下式可计算出反渗透和纳滤膜的产水量下降斜通过下式可计算出反渗透和纳滤膜的产水量下降斜率。率。式中，式中，m为产水量下降斜率；为产水量下降斜率；t为运行时间，为运行时间，h；Q0和和Qt分分别为运行初期和运行别为运行初期和运行t小时后的产水量。小时后的产水量。 通常通常CA类膜类膜m- - -，复合膜的，复合膜的m=- - -。即。即CA类类膜产水量年均下降膜产水量年均下降10左右，复合膜约为左右，复合膜约为5左右。当然左右。当然根据进料的不同也有一定的变化。根
11、据进料的不同也有一定的变化。 工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求tmQQtlglg01.6 1.6 截留率的衰减截留率的衰减 随着反渗透和纳滤膜在使用过程中会受到生随着反渗透和纳滤膜在使用过程中会受到生物或化学因素的作用，膜面材质会发生疏松化，物或化学因素的作用，膜面材质会发生疏松化，导致膜的截留率衰减。导致膜的截留率衰减。 通常通常CACA类膜的年透盐增长率为类膜的年透盐增长率为2020左右，复左右，复合膜约为合膜约为1010左右。当然系统预处理如果不适宜左右。当然系统预处理如果不适宜或者使用过程中操作不当也会使透盐增长率增大。或者使用过程中操作不当也会使透盐增长率增大。 工艺
12、过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求1.7 1.7 产水量随温度的变化产水量随温度的变化 反渗透和纳滤膜的透水通量随过滤介质的温度发生反渗透和纳滤膜的透水通量随过滤介质的温度发生较大的变化。通常根据下式进展计算：较大的变化。通常根据下式进展计算：T T为温度，单位为温度，单位，即每一度变化使产水量变化，即每一度变化使产水量变化3 3左右。左右。也可用温度校正因子也可用温度校正因子TCFTCF表示。表示。KtKt为与膜材料有关的常数。为与膜材料有关的常数。 工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求25003. 1TQQ29812731exp(TKTCFt 温度对膜的通量影响较大，
13、在进展设计过程中要充温度对膜的通量影响较大，在进展设计过程中要充分考虑全年水温的变化。同时采取必要的措施进出水分考虑全年水温的变化。同时采取必要的措施进出水换热等减少温度对系统产水效率的的影响。换热等减少温度对系统产水效率的的影响。 工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求温度温度/校正因子校正因子CA膜膜TFC膜膜50.5900.534100.6850.630150.7860.739200.8900.861251.0001.000301.1151.155351.2351.328401.3661.5202 浓差极化对反渗透和纳滤过程的影响浓差极化对反渗透和纳滤过程的影响2.1 浓差极化
14、的概念浓差极化的概念 在反渗透过程中，由于膜的选择渗透性，溶在反渗透过程中，由于膜的选择渗透性，溶剂通常为水从高压侧透过膜，而溶质那么被剂通常为水从高压侧透过膜，而溶质那么被膜截留，其浓度在膜外表处上升高；同时发生从膜截留，其浓度在膜外表处上升高；同时发生从膜外表向本体的回扩散，当这两种传质过程到达膜外表向本体的回扩散，当这两种传质过程到达动态平衡时，膜外表处的浓度动态平衡时，膜外表处的浓度c2高于主体溶液浓高于主体溶液浓度度c1，这种现象称为浓差极化。上述两种浓度的，这种现象称为浓差极化。上述两种浓度的比率比率c2/c1称为浓差极化度。称为浓差极化度。工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化
15、 根据薄膜理论模型描述浓差极化现象，如以根据薄膜理论模型描述浓差极化现象，如以下图所示。下图所示。 浓差极化理论模型浓差极化理论模型 工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化12cc 2.1 浓差极化的计算浓差极化的计算 浓差极化度可根据膜液相界面层邻近膜面传质浓差极化度可根据膜液相界面层邻近膜面传质的质量平衡的微分方程加以积分，然后将边界条件代入的质量平衡的微分方程加以积分，然后将边界条件代入求得。主要表达式有：求得。主要表达式有：质量平衡的微分方程：质量平衡的微分方程： cJdxdcDJwabUJcckJccccwwexp)(exp)(313132awwbUJkJexp)(exp)(313
16、132根据边界条件积分可得：根据边界条件积分可得： 或或 工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化 由以上推导的结果可知当流速由以上推导的结果可知当流速 时，时，几乎不存在浓差极化。此时膜高压侧的浓度才几几乎不存在浓差极化。此时膜高压侧的浓度才几乎是均一的，即乎是均一的，即c=c2=c1或相应的渗透压或相应的渗透压=2=1，而在通常的反渗透过程中，流速，而在通常的反渗透过程中，流速U不不能太高，因为随着流速能太高，因为随着流速U的提高，流道的阻力升的提高，流道的阻力升高，能耗增加。这样，通常取适当的流速高，能耗增加。这样，通常取适当的流速U操作，操作，于是存在一定的浓差极化，即于是存在一定的浓
17、差极化，即c=c2c1或或=21。 工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化U2.3 2.3 浓差极化下的传质方程浓差极化下的传质方程1 1水通量水通量2 2脱盐率脱盐率工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化awwbUJPAPAJexp)()(31322323231321exp)(/)(/cccccbUJPBAAPBAAraw13131311)(/cccccPBAArobs3 3真实脱盐率真实脱盐率r r与表观脱盐率与表观脱盐率robsrobs的关系的关系 由上述的浓差极化方程可以推出：由上述的浓差极化方程可以推出： 在半对数坐标纸上作在半对数坐标纸上作 图。在保持图。在保持JwJw不变情况
18、下，测定不同不变情况下，测定不同U U时的时的robsrobs，计算不，计算不同同U U时的时的 ，并与相应的，并与相应的 作图，其所得的图线为直线。作图，其所得的图线为直线。工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化awobsobsbUJrrrr303.211lg)1 (lgawobsobsUJrr)1 (lgobsobsrr)1 (lgawUJ 将直线外推之，其与纵坐标的截距将直线外推之，其与纵坐标的截距 为为 ，从，从而可得真实的脱盐率而可得真实的脱盐率r；直线的斜率为；直线的斜率为 ，其中流，其中流速指数速指数a=0.3层流或层流或0.8湍流。这样由直线的斜率湍流。这样由直线的斜率可求出
19、比例常数可求出比例常数b及传质系数及传质系数k。 工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化rr)1 (lgb303. 21可以求出反渗透工程上实际存在的浓差极化度可以求出反渗透工程上实际存在的浓差极化度 通常由浓差极化度与能耗权衡，取浓差极化度通常由浓差极化度与能耗权衡，取浓差极化度为为 =1.2 =1.2。这样，假设实验测定得到。这样，假设实验测定得到robs=0.950robs=0.950时时r r为多少？根据上式可知：为多少？根据上式可知：工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化3132ccccrrrrrrccccobsobsobs1)1 (1)1 (11)1 (131323132ccc
20、c958. 095. 0195. 02 . 1195. 0195. 02 . 111131323132obsobsobsobsrrccccrrccccr2.4 浓差极化对反渗透的影响和缓解措施浓差极化对反渗透的影响和缓解措施 1浓差极化对反渗透的影响浓差极化对反渗透的影响 降低水通量降低水通量 根据存在或几乎不存在浓差极化的情况下导出的水通根据存在或几乎不存在浓差极化的情况下导出的水通量方程可知，由于浓差极化时的溶液渗透压项由原先的量方程可知，由于浓差极化时的溶液渗透压项由原先的 变为变为 ，而，而 1，因而，因而此时的水通量此时的水通量JwJwJw为几乎不存在浓差极化时的为几乎不存在浓差极化
21、时的水通量。水通量。 工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化)(31awbUJexp)(31awbUJexp 降低脱盐率降低脱盐率 比较上述相应情况下的脱盐率方程可知，同样因比较上述相应情况下的脱盐率方程可知，同样因 1，使脱盐率由，使脱盐率由r降为了降为了robs。 导致膜上沉淀污染和增加流道阻力导致膜上沉淀污染和增加流道阻力 由 于 膜 外 表 浓 度 增 加 ， 使 那 些 水 中 的 微 溶 盐由 于 膜 外 表 浓 度 增 加 ， 使 那 些 水 中 的 微 溶 盐CaCO3和和CaSO4等沉淀，增加膜的透水阻力和流道等沉淀，增加膜的透水阻力和流道压力降，使膜的水通量和脱盐率进一步
22、降低。极化严重压力降，使膜的水通量和脱盐率进一步降低。极化严重的化，导致反渗透膜性能的急剧恶化。的化，导致反渗透膜性能的急剧恶化。 工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化awbUJexp2降低浓差极化的途径降低浓差极化的途径 反渗透过程中的浓差极化不能消除只能降低。其途径反渗透过程中的浓差极化不能消除只能降低。其途径如下所述。如下所述。 合理设计和精心制作反渗透根本单元膜元组合理设计和精心制作反渗透根本单元膜元组件，使之流体分布均匀，促进湍流等。件，使之流体分布均匀，促进湍流等。 适当控制操作流速，改善流动状态，使膜溶液相适当控制操作流速，改善流动状态，使膜溶液相界面层的厚度减至适当的程度，
23、以降低浓差极化度。通界面层的厚度减至适当的程度，以降低浓差极化度。通常浓差极化度有一个合理的值，约为常浓差极化度有一个合理的值，约为1.2。 适当提高温度，以降低流体粘度和提高溶质的扩散适当提高温度，以降低流体粘度和提高溶质的扩散系数。系数。 工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化3 溶度积和饱和度溶度积和饱和度 在后面的预处理章节中详细讲述。在后面的预处理章节中详细讲述。4 反渗透和纳滤过程的根本方程反渗透和纳滤过程的根本方程4.1 渗透压渗透压 渗透压渗透压随溶质种类、溶液浓度和温度而变，表示方法随溶质种类、溶液浓度和温度而变，表示方法和表达式很多。和表达式很多。(1) 式中式中cp为溶
24、质的摩尔浓度；为溶质的摩尔浓度；xf为溶质的摩尔分数；为溶质的摩尔分数；为渗透压系数；为渗透压系数；Mi为溶质的摩尔浓度；对于稀溶液为溶质的摩尔浓度；对于稀溶液可可取取0.93。 工艺过程设计过程根本方程工艺过程设计过程根本方程fpiBxKTcMKT(2)此式可以估算此式可以估算的近似值。的近似值。(3) 查表得到溶液的渗透压查表得到溶液的渗透压(4) 式中式中K0为系数为系数2410-5，T为温度为温度，cf为进料浓为进料浓度度mg/L。 工艺过程设计过程根本方程工艺过程设计过程根本方程410)/(714. 0)(LmgTDSMPafcTKPsi)273()(0工艺过程设计过程根本方程工艺过
25、程设计过程根本方程(5) 对对NaCl水溶液，可以根据下式计算：水溶液，可以根据下式计算： 式中，式中，c为为NaCl溶液浓度，溶液浓度，mg/L 4.2 水通量水通量Jw A为水的渗透性常数，为水的渗透性常数，NDP为净驱动压力。为净驱动压力。 pf和和pp分别为进料和产水压力，分别为进料和产水压力，p为进出口降，为进出口降，avg为平均渗透压。为平均渗透压。 Qp为产水量，为产水量，S为膜面积为膜面积 10001000)273(10641. 2)(4cTcMPaavgpfpppNDP5 . 0pBppBpppppSANDPSAQ22工艺过程设计过程根本方程工艺过程设计过程根本方程4.3 盐
26、通量盐通量Js B为盐的透过性常数，为盐的透过性常数，cs为膜两侧盐浓度差。为膜两侧盐浓度差。盐透量盐透量Qs S为膜面积。为膜面积。 产水盐浓度产水盐浓度cp 4.5 盐透过率盐透过率SP cfm为平均进料浓度。为平均进料浓度。 sssscBccBJ) (pbpsscccSBcSBQ2wspJJc pcpsfmpQQccSP%100工艺过程设计过程根本方程工艺过程设计过程根本方程4.6 脱盐率脱盐率SR或或r 4.7 回收率回收率R和流量平衡和流量平衡 Qp为产水流速，为产水流速，Qf为进料流速，为进料流速，Qr为浓缩液流速为浓缩液流速 4.8 浓缩因子浓缩因子CF ppsfmpcQQccS
27、PrSR111%100fpQQRprfQQQRCF11工艺过程设计过程根本方程工艺过程设计过程根本方程4.9 浓差极化因子浓差极化因子CPF ca为膜外表盐浓度，为膜外表盐浓度，Kp为与元件构型有关的常数，为与元件构型有关的常数，Ri为膜元件回收率。对于为膜元件回收率。对于1m长的元件，长的元件，18的回收率时，的回收率时，CPF取取1.2。 4.10 膜元件产水量膜元件产水量Qp Qps为标准条件下的产水量，为标准条件下的产水量，TCF为温度校正因子，为温度校正因子，NDPf为现场条件下的净驱动力，为现场条件下的净驱动力，S为膜面积。为膜面积。 iipfavgppbaRRKQQKccCPF2
28、2expexpASNDPNDPNDPTCFQQafpsp工艺过程设计过程根本方程工艺过程设计过程根本方程4.11 产水盐度产水盐度cp SPs为标准条件下的为标准条件下的SPc 4.12 系统平均渗透压系统平均渗透压 fssfpNDPNDPSPCFccRRfavg11ln5 工艺流程及其特征方程工艺流程及其特征方程 反渗透系统是由根本单元膜组件以一定配反渗透系统是由根本单元膜组件以一定配置方式组装而成。装置的流程根据应用对象和规置方式组装而成。装置的流程根据应用对象和规模大小，通常课采用连续式、局部循环式和循环模大小，通常课采用连续式、局部循环式和循环式三种。式三种。 由反渗透的物料平衡和透产
29、水、浓水的由反渗透的物料平衡和透产水、浓水的浓度与进水浓度的关系式，可导出各种流程的特浓度与进水浓度的关系式，可导出各种流程的特征方程。征方程。 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程段和级概念的区分段和级概念的区分 在膜别离工艺流程中常常会遇到在膜别离工艺流程中常常会遇到“段与段与“级的概念。级的概念。 段：指膜组件的浓缩液浓水流入到下一组段：指膜组件的浓缩液浓水流入到下一组膜组件进展处理。流经膜组件进展处理。流经n n组膜组件，即称为组膜组件，即称为n n段；段； 级：指膜组件的产水进入到下一组膜组件处理，级：指膜组件的产水进入到下一组膜组件处理，透过液产品水经过透过
30、液产品水经过n n组膜组件处理，称为组膜组件处理，称为n n级。级。 可以将可以将“段和段和“级分别理解为对级分别理解为对“浓水浓水分级分段和对分级分段和对“产水分级分级。产水分级分级。 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程分段式工艺流程分段式工艺流程分级式工艺流程分级式工艺流程5.1 5.1 连续式分段式浓水分段连续式分段式浓水分段 (1) (1) 流程说明流程说明 将前一段的浓水作为下一段的进水，最后将前一段的浓水作为下一段的进水，最后一段的浓水排放废弃，而各段产水聚集利用。一段的浓水排放废弃，而各段产水聚
31、集利用。这一流程适合用于处理量大、回收率高的应用这一流程适合用于处理量大、回收率高的应用场合。通常用于苦咸水的淡化和低盐度水或自场合。通常用于苦咸水的淡化和低盐度水或自来水的净化。来水的净化。 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程Q和和c分别表示流量和浓度；下标分别表示流量和浓度；下标f、p和和r分别指进水、产水分别指进水、产水和浓水；下标和浓水；下标1，2，n为段号。为段号。 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程(2) 特征方程特征方程装置及其各段的进水流量装置及其各段的进水流量Qf、
32、Qfi通式：通式：10010)1 ()0;3 , 2 , 1 , 0; n,3 , 2 , 1()1 (ijjpijjffiRRQRnjiRQQ设工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程通常采用两段式的流程，于是：通常采用两段式的流程，于是：式中，式中， 和和 分别为装置和第分别为装置和第j段段的回收率。的回收率。 fpQQR fjpjfQQR RQRQRQRQQQpffpff)1 ()1 (1121工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程装置及其各段的浓水流量装置及其各段的浓水流量Qr，Qri 通式：通式：二段式：二段式：ijipnrijifriRRQ
33、QQjiRQQ11)1 (); n,3 , 2 , 1,()1 (设)1)(1 ()1 (21211RRRQQQRRQQprrpr工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程装置的回收率装置的回收率R与各段回收率与各段回收率Ri、Rj的关系的关系 通式：通式：二段式：二段式：)0;3 , 2 , 1 , 0; n,3 , 2 , 1()1 (0101RnjiRRRijjnii设211)1 (RRRR工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程装置及其各段的产水浓度装置及其各段的产水浓度cp，cpj 通式：通式： 式中式中Ri、Rj分别为分别为i段和段和j段组件以
34、进、出口积分平段组件以进、出口积分平均进水浓度计的脱盐率。均进水浓度计的脱盐率。二段式：二段式：)0()1 ()1 ()1 (1)1 (0110101110 RRRRRRcnijjjiijrjriniijjpjj设211121111)1 ()1 (1)1 ()1 (1211RRRRRRcrrrp工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程通式：通式：二段式：二段式：)0()1 ()1 (101101111RRRRccjirjijrfp设2121112211)1 (1)1 ()1 (1RRRccRRccrffprfp工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程装置
35、及其各段的浓水浓度装置及其各段的浓水浓度cri、crj通式：通式：二段式：二段式：)0;, 2 , 1,:()1 (01 RnjiRccijrjfrij设211)1 ()1 ()1 (21211rrfrrrfrRRcccRcc工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程5.2 5.2 连续式分级式产水分级连续式分级式产水分级 (1) (1) 流程说明流程说明 分级式流程通常为二级。主要是为了提高分级式流程通常为二级。主要是为了提高系统的回收率和产水水质，将浓度低于或等于系统的回收率和产水水质，将浓度低于或等于装置进水的第二级浓水返回到第一级进口处，装置进水的第二级浓水返回到第一
36、级进口处，第一级产水作为第二级进水；第二级产水就是第一级产水作为第二级进水；第二级产水就是装置的产水；第一级浓水排放。装置的产水；第一级浓水排放。 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程Q和和c分别表示流量和浓度；下标分别表示流量和浓度；下标f、p和和r分别指进水、产分别指进水、产水和浓水；下标水和浓水；下标1，2分别指第一段和第二段。分别指第一段和第二段。 进水第一级第二级浓水QfcfQr(Qr1) cr(cr1)Qr2 cr2Qf1cf1Qf2cf2Qp(Qp2)Cp(cp2)产水Qp1cp1工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程该流程常用于以下
37、情况：该流程常用于以下情况：原水含盐量特别高，一级反渗透难以得到稳定原水含盐量特别高，一级反渗透难以得到稳定的产水水质。如特别高浓度的海水淡化等；的产水水质。如特别高浓度的海水淡化等；水源水质经常发生较大变化时如沿海地区地水源水质经常发生较大变化时如沿海地区地下水不时受到海水倒灌的影响，含盐量波动较下水不时受到海水倒灌的影响，含盐量波动较大，仅以常规的一级分段式反渗透不适应这大，仅以常规的一级分段式反渗透不适应这种情况，需要考虑其临时变换应急的二级反渗种情况，需要考虑其临时变换应急的二级反渗透的多功能流程。透的多功能流程。工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程当一级反渗透
38、达不到最终产水的水质如电导当一级反渗透达不到最终产水的水质如电导或电阻率的指标时，二级反渗透可以省略通或电阻率的指标时，二级反渗透可以省略通常的离子交换而能到达上述水质指标，且简化常的离子交换而能到达上述水质指标，且简化了水处理系统的流程和操作如中高压锅炉的了水处理系统的流程和操作如中高压锅炉的用水等。用水等。 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 2 特征方程特征方程 装置的进水流量装置的进水流量Qf 装置第一级的浓水流量装置第一级的浓水流量QrQr1 pfQRRRRQ2121)1 (1211)1 (1RRQRQQprr工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流
39、程及特征方程 第二级浓循环水的流量第二级浓循环水的流量Qr2 装置的回收率装置的回收率R与第一、二级的回收率与第一、二级的回收率R1、R2的关系的关系 prQRRQ22)1 (2)1 (121211RRRRQQRp工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 装置的进水浓度装置的进水浓度cf 式中，式中，r1和和r2分别为以第一、二级组件的进、出分别为以第一、二级组件的进、出口平均浓度计的第一级和第二级组件的脱盐率。口平均浓度计的第一级和第二级组件的脱盐率。 第一级进水浓度第一级进水浓度cf1 prrrrfcRRRRRRRRc)1 (1)1 (1)1 (1)1 ()1 (112
40、121121112112121prrfcRRRRc211122111)1 (1)1 (1工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 第一级产水浓度第一级产水浓度cp1第二级进水浓度第二级进水浓度cr2 装置第一级的浓水浓度装置第一级的浓水浓度crcr1 第二级循环水的浓度第二级循环水的浓度cr2 )()1 (1)1 (1222221122122ppprprfpcccRRcRRccprrrrrcRRRRRcc21111221111)1 (1)1 (1)1 (prrrcRRRc2221222)1 (1)1 (工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程5.3 局部
41、循环式局部透过水循环局部循环式局部透过水循环 (1) 流程说明流程说明 局部透过水循环至装置进口处与其原始的进水相局部透过水循环至装置进口处与其原始的进水相混合作为装置的进水，浓水连续排放废弃，局部透过混合作为装置的进水，浓水连续排放废弃，局部透过水作为产水收集。水作为产水收集。 这一流程便于控制产水的水质和水量，适用于水这一流程便于控制产水的水质和水量，适用于水源水质经常波动、在反渗透浓水中有可能出现微溶盐源水质经常波动、在反渗透浓水中有可能出现微溶盐如如CaCO3和和CaSO4等沉淀和在无加温条件下要求等沉淀和在无加温条件下要求连续额定产水量等小规模应用的情况。连续额定产水量等小规模应用的
42、情况。 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 Q和和c分别表示流量和浓度；下标分别表示流量和浓度；下标f、p和和r分别指进分别指进水、产水和浓水；下标水、产水和浓水；下标fm、pc和和pp分别指混合进水、分别指混合进水、循环透过水和产水。循环透过水和产水。 进水浓水QfcfQpc cpQfmcfm产水QrcrQp cpQppcp工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 2 特征方程特征方程 装置的原进水流量装置的原进水流量Qf R为以混合进水流量计算的回收率，其值为以混合进水流量计算的回收率，其值为为 式中，式中，Kf为透过水循环率，其值为为透过水循
43、环率，其值为 装置的进混合水流量装置的进混合水流量Qfm fmpQQR fpcfQQKppffffmQKKRKQ)1 (1工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 装置的透过水循环量装置的透过水循环量Qpc 装置的透过水流量装置的透过水流量Qp 装置的浓水流量装置的浓水流量Qr ppfffpcQKKRKQ)1 (ppfffpQKKRKRQ)1 ()1 (ppfffrQKKRRKQ)1 ()1)(1 (工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 装置的回收率装置的回收率Rf Rf 式中，式中，RfRf为以原进水流量计算的回收为以原进水流量计算的回收率，其值为
44、率，其值为 。 装置的进混合水浓度装置的进混合水浓度cfm cfm 式中，式中，r r为以组件进水的平均浓度计的脱盐率。为以组件进水的平均浓度计的脱盐率。 fffKRKR)1 (fppfQQRrffffmRKKRRcc1)1 (1)1 (工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 装置的透过产水浓度装置的透过产水浓度cp cp 装置的浓水浓度装置的浓水浓度cr cr rffrfrfmpRKKRRcRRcc111)1 (1)1 ()1 (1)1 (1rffrfrfmrRKKRRRcRcc1)1 (1)1 ()1 ()1 (工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征
45、方程5.4 局部循环式局部浓缩液循环局部循环式局部浓缩液循环(1) 流程说明流程说明 在反渗透过程中，将连续参加的原料液与反渗透在反渗透过程中，将连续参加的原料液与反渗透局部浓缩液相混合作为反渗透进料液，其余的浓缩液局部浓缩液相混合作为反渗透进料液，其余的浓缩液作为产品液连续收集；其透过液连续排放或重复利用。作为产品液连续收集；其透过液连续排放或重复利用。 这一流程用于某些料液连续除溶剂水浓缩的这一流程用于某些料液连续除溶剂水浓缩的应用场合，如废液的浓缩处理等。应用场合，如废液的浓缩处理等。工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程QrQprQrp 工艺过程设计工艺流程及特征
46、方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 2 特征方程特征方程 装置的原料液流量装置的原料液流量Qf 式中，式中，Kr为浓缩液的循环率，其值为为浓缩液的循环率，其值为 。 装置的进料液流量装置的进料液流量Qfm rprfQKRQ)1 (11frmrQQK rprrfmQKRKQ)1 (11工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程装置的透过液流量装置的透过液流量Qp 装置的浓缩循环液流量装置的浓缩循环液流量Qrp 装置的浓缩液流量装置的浓缩液流量Qr rprrpQKRRKQ)1 (1)1 (rprrrpQKRKQ)1 (1rprrrQKRRKQ)1 (1)1)(1 (工艺过程设计工
47、艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程装置的混合进料液浓度装置的混合进料液浓度cfm 装置的浓缩液浓度装置的浓缩液浓度cr 装置的透过液浓度装置的透过液浓度cp rrrfmRKcc)1 (111rrrrrfmrRKRcRcc)1 (11)1 ()1 (rrrrrfmpRKRRcRRcc)1 (111)1 (1)1 (11工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程5.5 循环式补加稀释剂的浓缩液循环循环式补加稀释剂的浓缩液循环(1) 流程说明流程说明 在运行过程中，连续向原料液中补加相当于透过在运行过程中，连续向原料液中补加相当于透过液流量的稀释剂，浓缩液全部循环，透过
48、液连续排放，液流量的稀释剂，浓缩液全部循环，透过液连续排放，直至反渗透料液的浓度到达预定的值时，作为成品收直至反渗透料液的浓度到达预定的值时，作为成品收集，透过液排放或重复利用。集，透过液排放或重复利用。 这一流程用于溶液中物质的别离，使产品有较高这一流程用于溶液中物质的别离，使产品有较高的收率和纯度。的收率和纯度。工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 Q0和cf0分别表示原料液的体积和浓度；Qw、Qfw、Qp和Qr分别为稀释剂、进料液、透过液和浓缩液的流量；cw、cf0、cp和cr分别为与上述料液相应的浓度。 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方
49、程 2 特征方程特征方程 进料成品液与原料液的浓度比率进料成品液与原料液的浓度比率 式中式中R为装置的回收率，为装置的回收率，R ，S为处理单位体积为处理单位体积原料液所需稀释剂的消耗量，即稀释剂比耗，其值为原料液所需稀释剂的消耗量，即稀释剂比耗，其值为S ，t为运行时间。为运行时间。 0ffccmSRRccrffm1)1 (1exp10mfpQQ00QtQQtQwp工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 浓缩液的浓度浓缩液的浓度cr 透过液的浓度透过液的浓度cp SRRRccRcrrffrrm1)1 (1exp)1 ()1 (10SRRRRcRRccrrfrfpm1)1
50、 (1exp)1 (1)1 (110工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程 进料液流量进料液流量Qfm 浓缩循环液流量浓缩循环液流量Qr 稀释液、透过液的流量稀释液、透过液的流量Qw、Qp 0ln1)1 (110ffrfccRfQQmm0ln1)1 (1)1 (10ffrfrccRfQRQQmm0ln1)1 (10ffrfpwccRRfQRQQQmm工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计工艺流程及特征方程5.6 循环式浓缩液循环循环式浓缩液循环(1) 流程说明流程说明 该流程与该流程与“补加稀释剂的浓缩液循环流程一样，补加稀释剂的浓缩液循环流程一样，所不同的时补加的不
