(1)结垢的风险增大,需要添加阻垢剂;
(2)产水的水质下降;
(3)运行操作压力增高,泵和相关设备的费用增加。
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。
一、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。
下图为一个单一膜元件的系统:
单元件系统部分浓水循环示意图
控制适当的给水范围(最大给水流量和最小浓水流量),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,如上图中的第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。
二、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。
单段系统排列如下图:
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。
下表显示串连膜元件的数量和回收率之间的关系:
三、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%。
二段排列:回收率50-75%
三段排列:回收率75-90%
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,如下图所示:
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,人为降低前段的产水量,后段采用阻力小的膜元件,以保证产水量。
(4)第二级反渗透系统的排列最好接近3:1;
(5)最好选择4-5芯的压力容器;
(6)回收率应大于等于85%,最好能达到90%。
五、批式操作浓缩循环系统
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。
如下图所示,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。