反渗透膜选型

2024-12-11 18:16 宁夏

反渗透技术自从上世纪五十年代末、六十年代初发展成为实用的化工单元以来，正不断地拓展其应用领域和规模，反渗透早期主要是用于脱除海水和苦咸水中的盐分，制备淡水。由于淡水资源的短缺，工业界对节水和节能、污染控制及废水回用的需求日益增加。但市售反渗透膜种类繁杂、价格不一，且部分厂商对自己的产品存在夸大宣传的现象和拉着学者、专家为自己产品“扯大旗”现象，这给水处理人员选择反渗透带来了诸多困难，本文从反渗透膜分类、适用范围、通量选取、回收率设计等多方面为反渗透膜选型提供指导。

一、反渗透膜分类

按照最高允许操作压力，反渗透膜按照最高允许操作压力分为低压反渗透膜、高压反渗透膜、超高压卷式反渗透膜。低压反渗透膜的最高允许操作压力为4.1 MPa，例如市售的苦咸水反渗透膜和抗污染反渗透膜；高压反渗透膜的最高允许操作压力为8.3 MPa，例如市售的海水淡化反渗透膜；最高允许操作压力大于8.3 MPa的反渗透膜属于超高压卷式反渗透膜，目前制造超高压反渗透膜的技术被国外垄断。

二、反渗透膜压力等级的选择

膜元件最高允许运行压力是在短时间内膜能承受的最高压力，并非其可以连续稳定运行的压力。根据工程经验，低压反渗透膜稳定运行压力为最高允许操作压力的45%~50%，既在1.85~2.05 MPa之间；高压反渗透膜稳定运行压力为最高允许操作压力的65%~70%，既在5.40~5.80 MPa之间；超高压反渗透膜稳定运行压力为最高允许操作压力的70%~75%，既在7.00~9.00 MPa之间。反渗透膜的运行取决于进水的含盐量和系统回收率，则压力等级的选择也应依据进水、浓水的含盐量。

当进水含盐量TDS≤5000 mg/L、浓水含盐量≤15000 mg/L时，建议选择低压反渗透膜；当5000 mg/L＜进水含盐量≤15000 mg/L、浓水含盐量≤60000 mg/L时，建议选择高压反渗透膜；当进水含盐量＞60000 mg/L时，建议选择超高压反渗透膜。

三、反渗透膜通量选取

反渗透膜通量选取的方式有两种：一是根据水源类型和进水SDI15选取；二是根据膜在标准状况下的产水量与实际工况进行计算。

1.根据水源类型和进水SDI15选取

对于8inch反渗透膜元件，其通量可按下表选取。

2.按计算选取

反渗透膜标准状况是指出厂测试时采用的运行条件。

对于低压反渗透膜普遍采用的测试条件是：2000 mg/L的氯化钠溶液，运行压力1.55 MPa，水温25ºC，pH 8，15%的回收率。

对于高压反渗透膜和超高压反渗透膜普遍采用的测试条件是：32000 mg/L的氯化钠溶液，运行压力5.5 MPa, 水温25ºC，pH 8，8%回收率。

举例说明计算反渗透实际能达到的通量方法如下。

例如，对于某品牌的低压反渗透膜元件，单支膜面积为37m2，标准状况下产水量为43.5×(1±15%)m³/d，压差为0.10 MPa，其标准状况下的膜通量按下式计算。

而膜实际进水TDS为4000 mg/L，经采用设计软件模拟，实际运行压力为1.60 MPa、运行压差为0.10 MPa，水温为20℃，系统回收率为75%。

首先按下式计算实际运行时进水和浓水平均TDS、标准状况下进水和浓水平均TDS，计算结果为实际运行时Cfc0=7393.57 mg/L、标准状况时Cfcs=2166.91 mg/L。

式中：Cfc为进水和浓水平均TDS，mg/L；Cf为进水TDS，mg/L；Y为系统的回收率，%。

然后，再按下两式之一计算废水的实际渗透压和标准状况渗透压，计算结果为：实际渗透压πfc0=0.51MPa、标准状况渗透压πfcs=0.15MPa

式中：πfc为废水的实际渗透压，MPa；T为废水的实际水温，℃。

之后，再按下两式之一计算废水的温度校正系数，计算结果为：实际运行时TCF0=0.84、标准状况时TCFs=1。

最后，按下式计算膜实际能达到的通量。

式中：J0为膜实际能达到的通量，LMH；Pf0为实际运行压力，MPa，Pf0=1.60 MPa；ΔP0为实际运行压差，MPa，ΔP0=0.10 MPa；πfc0为实际渗透压，MPa，πfc0=0.51 MPa；Pfs为标准状况压力，MPa，Pfs=1.55 MPa；ΔPs为标准状况压差，MPa，ΔPs=0.10 MPa；πfcs为标准状况渗透压，MPa，πfcs=0.15 MPa；TCF0为实际运行时温度校正系数，TCF0=0.84；TCFs为标准状况时温度校正系数，TCFs=1；Js为标准状况下的膜通量，LMH，保守起见，取Js=41.64 LMH。

经计算，膜能达到的实际通量为22.93LMH，这个结果代表着在您的反渗透系统内，任何一支膜的通量都不能超过该数值。该计算过程略微复杂，但却可以很好的判断膜通量的极限能力，可将该计算过程编辑进入EXCEL表格，则使用起来极为方便。

对于新建项目，很多EPC工程公司本身生产膜元件或代理膜元件，项目中使用更多的膜元件将给其带来更高的利润，所以在设计过程中，其将膜通量选择的很低，例如河南某集团股份有限公司、上海某环境工程股份有限公司，但这却给建设单位增加了投资和占地空间；对于没有生产膜元件或代理膜元件的EPC工程公司，往往将膜通量设计得很高，这样可以降低其采购成本，但这导致实际运行过程中，反渗透产水量达不到设计值或者膜污堵速度快。

四、反渗透回收率选取

膜元件数量不是越多越好、也不是越少越好，膜元件数量取决于系统第一支膜的进水量和最后一支膜的浓水量，即取决于反渗透的回收率。对于8inch反渗透膜元件，第一支膜的最大进水量和最后一支膜的最小浓水量可按以下两表选取，单位m³/h。

例如，对于高浓盐水（含盐量＞60000 mg/L），超高压反渗透系统第一支膜元件最大量应保证≤10m³/h，系统最后一支膜最小浓水量应保证≥6.4m³/h，则系统的回收率应≤36%。

总结

上述技术指标是反渗透膜选型的关键，可以帮助水处理人士分辨设计选型的合理与否，同时，选型中还要考虑经济性，对于世界一线反渗透膜品牌，低压反渗透膜中苦咸水膜价格在3000~3500元/支之间、抗污染膜价格在3800~4200元/支之间；高压反渗透膜中的海水淡化膜在5500~6000元/支之间；超高压反渗透膜在15000~18000元/支之间。

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