反渗透浓差极化现象与回收率设计

2024-12-22 16:07 宁夏

在中水回用、清净下水处理、除盐水制取、海水淡化、废水零排放等水处理项目中，反渗透工艺被广泛使用。设计一套反渗透最基本的是首先要合理确定其回收率。回收率选取过低，造成系统投资增加，利用率低；回收率选取过高，实际可操作回收率达不到期望值，造成后续浓水处理设备与反渗透所产生的浓水量不匹配，从而导致大量浓盐水积存。当今水处理项目在实施过程中，大部分设计单位或EPC单位没有结合甲方的水质对反渗透可能实现的回收率做充分论证，而是盲目响应甲方要求，导致项目在运行以后出现各种问题，本文从反渗透浓差极化现象机理与回收率的关系出发，给出回收率的简捷设计方法和复核方法，供水处理人士参考。

一、浓差极化现象与回收率的关系

决定反渗透脱盐元件可操作回收率的关键因素是其允许的浓差极化程度。所谓浓差极化现象如下图所示：其是指反渗透进水在沿着膜流动（沿X方向）过程中，在压力作用下，水透过膜进入产水侧（沿Y方向），这使得在Y方向上，即越靠近膜的方向，水中的盐浓度越来越高，在浓度梯度作用下，盐分又会由膜面向水中扩散，形成边界层，使水在X方向上流动的阻力不断增加，从而使得透过膜的水量（图中产水流量）不断下降，而盐透过量不断增加，即产水浓度沿着X方向不断升高。

浓差极化现象是沿着上图X方向不断累积的，为此，我们可以用平均浓差极化因子对浓差极化现象进行量化，并将其化简为与回收率有关系的方程，如下式所示。

式中：e为自然数底数；kM(t)为膜在温度为t℃时的系数；YE为膜的回收率。

膜允许的浓差极化因子极限值由膜系数决定，国际一线品牌反渗透膜制造商普遍认为浓差极化因子的极限为1.2，下图显示了单支8英寸海水淡化反渗透膜元件，随着元件回收率的增加，平均浓差极化因子的变化情况。

浓差极化还可以用膜表面的盐浓度Ci,M(t)与膜元件中整体盐浓度Ci,B之比表示，如下式所示。

在一套反渗透中，一个膜壳内含有多支膜元件，第1支膜的浓水进入第2支膜元件、第2支膜的浓水进入第3支膜元件，以此类推，直至浓水从最后一支膜元件流出，如下图所示。

这使得在一个膜壳中，单支膜元件的进水和浓水盐浓度不断升高，浓差极化现象逐渐加剧，回收率随之不断下降，即，在设计过程中，第一支膜元件的回收率应为整个系统最高的，后面的膜元件回收率应不断递减。

二、回收率计算方法

众所周知，反渗透回收率为产水流量和进水流量之比，如下式所示。

在实际工程中，甲方往往根据上式提出要求，而设计单位或EPC单位不经论证和验算盲目响应。那么该如何复核反渗透是否能够达到预期的回收率呢？下面举例说明。

例1：某废水零排放项目，甲方期望使一级反渗透实现75%的回收率，采用两段式排列，单支膜壳内装6支膜元件，采用某国际一线品牌膜元件，查阅该品牌技术手册得到：该膜元件限制回收率为15%、膜系数为1.5。

（1）计算膜元件的平均回收率

式中：NU为膜元件数量，本例中为两段6芯排列，整个流程中水需要流经12支膜，即NU=12；YS为反渗透的系统回收率，本例中YS=75%。计算单支膜平均回收率＜15%，初步证明设计合理。

（2）计算平均浓差极化因子

平均浓差极化因子为1.19，已接近极限值，设计存在一定风险。

例2：某废水零排放项目，甲方期望使一级反渗透实现55%的回收率，采用一段式排列，单支膜壳内装6支膜元件，采用某国际一线品牌膜元件，查阅该品牌技术手册得到：该膜元件限制回收率为15%、膜系数为1.5。

（1）计算膜元件的平均回收率

（2）计算平均浓差极化因子

平均浓差极化因子为1.22，已超过极限值1.20，设计不合理，反渗透在运行过程中将因浓差极化现象造成污堵、结垢。

总结

反渗透回收率与浓差极化现象呈线性正相关，即回收率越高、浓差极化现象越严重，膜污堵和结垢的风险越大，对于浓差极化接近极限值的系统，应投加阻垢剂，阻垢剂加药量计算方法详见本公众号文章。

关联文章

阻垢剂加药量计算
Crazy Designer，公众号：水处理科技学报反渗透阻垢方法与药剂投加量计算

水处理科技学报

分享水处理工艺设计方法和运行调控措施，报道水处理前沿技术。欢迎水处理人士来稿，稿件内容可为运营中遇到的技术难题、运行经验总结、技改技革案例、技术研究综述等。

最新文章

混凝剂对污泥产量的影响

过滤池（器）反洗水量的确定方法

沉淀池、浓缩池、澄清池面积确定方法

离子交换树脂污染与防治

蒸发结晶换热器总传热系数计算

自清洗网式过滤器设计

保安过滤器滤芯结构与设计

水质分析数据准确性的校核

外压与内压管式超滤的比较

介质过滤中滤料的选择与设计

离子交换树脂物理与化学性能

循环冷却水系统pH预测及调整计算

反渗透膜壳与管道设计选型方法

反渗透段间增压作用及设计方法

反渗透高压泵设计及其与膜通量的关系

阀门选用步骤和设计计算

纳滤适用性及多级串并联浓盐水分质浓缩设计

混凝池搅拌器设计

蒸发结晶真空泵设计

生物接触氧化法去除饮用水硝酸盐设计与运行

反渗透浓水回流应用与设计方法

蒸发结晶强制循环泵选型与设计

循环冷却水系统水平衡计算

除碳器设计与运行注意事项

MVR原理及蒸汽压缩机选型与设计

反渗透浓差极化现象与回收率设计

折点加氯原理及药剂用量计算

曝气器选型与设计

超滤膜化学清洗条件判定计算及实际应用方法

循环冷却水阻垢缓蚀剂配方选择及加药量计算

化学除磷加药量计算

反渗透膜硅结垢分析计算与化学清洗

废水调节pH加药量计算及调节后TDS变化

污泥压滤脱水设计与运行注意事项

药剂计量箱搅拌器选型与设计

反渗透阻垢方法与药剂投加量计算

蒸发结晶换热器选择与传热面积计算

反渗透膜选型

除硅工艺设计

生化系统加药量计算

污水处理设计—溶气气浮运行主要控制参数

污水处理设计—生化池需氧量简捷计算方法

工业废水处理设计—软化加药量简便计算

金属材料耐腐蚀性能数据表

水泵扬程与配管参数设计

工业废水处理设计—超高压卷式反渗透设计

工业废水处理设计——除氟工艺设计

污水处理设计——SBR设计

污水处理设计——UASB反应器设计

污水处理设计——水解酸化反应器设计

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉