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1、反渗透膜系统运行模拟软件的开发及意义 靖大为*1 罗浩2 （ 1 天津城市建设学院 膜技术研究中心，天津 300384 ） （ 2 北京万侯环境技术开发有限公司， 北京 100085 ） 摘要：摘要：本文评述了目前各膜厂商反渗透系统设计软件的功能与存在的问题，指出了自主开发模拟软件的必要性，介绍了 ROanalyse 膜系统运行模拟软件的功能与应用。 1、前言 1、前言 十余年来的反渗透膜水处理工艺技术得到了迅速的发展，重要的两个原因是得益于软件与硬件的支持，硬件系指膜材料及膜组件制备技术，软件则为膜系统工艺设计技术。膜制备方面的高脱盐能力、低压工作性能、高抗污染能力等技术的进步使反渗透工艺优
2、势充分的显现出来。而功能强大、精度较高的反渗透系统设计软件始终是工程企业进行膜系统运行模拟与设计计算的重要工具。 国际上各大膜厂商在不断推出其新型膜产品的同时，还同步推出了相应膜元件的系统设计软件，从而为相应膜品种的系统应用创造了良好的设计计算环境。各膜厂商在争相提高膜元件性能的同时，也努力提高自身设计软件的设计计算能力，从而使各厂商设计软件的整体水平得到不断提高。 尽管各厂商的系统设计软件的功能均已达到了一定水平，但由于反渗透膜系统的复杂性，系统设计的使用过程中仍然存在一定的问题，需要进一步的改进。本文仅就目前流行的各厂商的设计软件加以评述，指出开发自主知识产权膜系统模拟软件的必要性，并简要
3、介绍了已开发出的膜系统运行模拟软件的基本功能与实际应用。 2、现行设计软件的功能与缺陷 2、现行设计软件的功能与缺陷 目前占领主要国内市场的国际膜厂商，如海德能、陶氏、科氏、东丽、世韩等膜公司，均开发出了适应自身膜品种的膜系统设计软件。为适应巨大的中国市场，几乎全部推出了软件的中文版，但各软件的功能及设计模式基本相同。 2.1 软件的功能定义。 2.1 软件的功能定义。 反渗透膜系统的设计依据主要是甲方要求的产水流量、产水水质以及甲方提供的原水各类水质指标；系*作者简介：靖大为（1954 ） ，1982 年毕业于天津大学，工学硕士 天津城市建设学院膜技术研究中心 教授 联系电话：1390208
4、5201 传真：022-60250330 邮箱 david_ 1统的主要设备包括膜元件、膜容器与加压泵，系统的主要技术参数包括回收率、脱盐率与给水压，膜堆的主要技术参数包括膜品种、膜数量与膜排列。系统设计的原始定义就是根据甲方提供的设计依据，设计计算出相应的系统参数与膜堆参数，从而决定主要设备的品种、数量、规格及安装模式。 各膜厂商设计软件均采用了给定原水水质、产水流量、系统收率及膜堆的品种、数量与排列参数，仅通过软件的计算得出系统的产水水质与系统的给水压力。由于系统收率及膜堆参数等参数人为给定，从直观意义上看，设计软件并不属于理论意义上的系统设计计算工具，而应属于在给定部分设计参数基础上模拟
5、计算系统的其它运行参数的系统运行模拟工具。 2.2 软件的计算能力 2.2 软件的计算能力 现行设计软件具有模拟特殊系统工艺的能力，如可以模拟淡水混合、淡水背压、段间加压、浓水回流及各段元件品种差异等，甚至可以进行两级系统联合设计。软件功能极大地方便了模拟反渗透膜系统中特殊工艺的系统运行效果。但尚无任何软件有效模拟出系统产出淡水回流加压泵前的系统工艺环境。 为模拟被污染系统的运行特性， 设计软件缺省地设定了膜元件的透盐率年增长 10%、 透水率年衰减 7%，由于系统运行时间的连续可设，软件可以方便的模拟各个不同运行时期即性能衰减水平的系统运行工况。但尚无任何软件可以模拟系统流程不同位置膜元件的
6、不同性能衰减程度对于系统运行的影响效果。 2.3 元件的性能差异 2.3 元件的性能差异 各设计软件可以在不同膜段选用不同的膜品种， 各厂商不同版本软件中涵盖了相应时期内市场可选的各膜品种，且各品种的膜性能均统一于产品手册中给出的特定品种膜元件的产水量及脱盐率的标准参数。元件性能统一于标准参数，方便了系统模拟计算的一般需要，特别是方便了大多数设计者的浅层应用。但统一元件参数的软件无法模拟膜性能离散性的系统影响，无法适应系统深层运行规律的研究。 3、开发膜系统模拟软件的意义 3、开发膜系统模拟软件的意义 根据上述分析可以看到，现行的膜系统设计软件从功能上应定义为系统运行模拟软件，但具备了系统模拟
7、计算的基本功能，并通过灵活运用可间接地完成系统设计任务。由于各现行软件采用几乎一致的计算模式，各软件的缺陷也几乎是一致的。 基于设计软件所面临的问题， 笔者认为有必要开发具有自主知识产权的反渗透膜系统运行模拟软件或系统设计软件。开发国产软件的主要意义包括如下几个方面： 加强淡水回流等特殊工艺的运行模拟功能。 模拟膜元件性能参数离散特性的系统影响。 解决第二级系统运行模拟计算的精度问题。 探索纳滤膜系统运行规律并形成模拟软件。 及时涵盖反渗透膜系统工艺研究近期成果。 形成真正意义上的膜系统设计软件以方便广大中小工程企业的系统设计计算。 提高膜系统模拟计算与系统设计计算水平，将有助于提高反渗透系统
8、的设计与运行的实际水平，提高系统的水利用率、降低系统能耗，进而提高用户企业的投资与运行效益。近年来国内涌现出了贵州汇通源泉、杭州北斗星等多家国产反渗透膜的生产厂商，针对国产膜元件开发特定的系统模拟与设计软件，还可2有效促进国产膜的推广应用。 4、膜系统运行的模拟计算软件 4、膜系统运行的模拟计算软件 天津城市建设学院膜技术研究中心自行开发了一套全新的 ROanalyse 反渗透膜系统运行模拟计算软件。该软件吸收了海德能等国外设计软件的计算模式，包括了国外软件的主要功能，增加了淡水回流工艺的模拟，特别是增加了各个膜元件性能参数的修正能力从而可有效模拟元件性能参数离散特性的系统影响。 图 1 示出
9、的膜系统运行模拟软件的数据输入界面也是模拟软件的主界面， 其中包括了系统运行的各主要给定参数： 系统参数：进水含盐量与进水温度等进水参数、系统产水量与系统脱盐率等系统要求、系统运行期及透水透盐变化率等运行工况。 膜堆参数：膜段数量、元件品种、容器装膜数量、各段并联容器数量及自动给出的各流程位置上膜元件的标准参数。 可选工艺：淡水背压、段间加压、浓水回流及淡水回流等四项特殊工艺，以及各工艺的相应设定参数。其中淡水回流分为定流量回流与定流程回流两种方式，定流量回流是根据回流流量计的读数柔性控制系统末端元件产淡水的回流流量，定流程回流是在系统流程不同位置上的元件淡水连接器处安装塞堵以硬性控制系统末端
10、元件产淡水的回流流量。 管损参数：进壳压降与出壳压降。此两项参数即可以模拟段间管路压力损失对系统运行工况的影响；也可以模拟因段间管路结构不同造成进出膜壳时的不同压力损失，进而模拟同段异壳膜元件的给水压力与产水流量的差异。 3系统运行模拟软件主界面中特别值得注意的是， 给定膜元件品种时数据栏中自动给出相应品种元件的产水量、透盐率与膜压降等三项性能参数。本模拟软件与现行设计软件的主要差别仅在于膜元件的三项性能参数可人为修正。 人为修正膜元件参数的功能，既可分析元件初始参数差异对系统性能的影响，又可模拟污染后元件参数差异对系统性能的影响，且可掌握离线清洗后重装系统时不同元件清洗效果对系统性能的影响。
11、如能进一步设定系统流程相同位置上不同容器内的膜元件参数，软件将能够更加深入模拟系统内部元件参数差异可能造成的系统运行效果。 5、 模拟离散元件参数的系统影响 5、 模拟离散元件参数的系统影响 为表明模拟软件模拟元件性能离散对系统工况的影响，特给出具备离散产水量参数元件的系统算例。设上述系统中无淡水回流工艺， 但 18 支元件的产水量在以其标准产水量为中心的正负 15%范围内均匀分布。 如图 5 所示，刻意将不同实际指标的元件尽可能地平衡排列于膜系统流程的前后位置时，尽管各位置元件运行指标存在相应差异，但整个系统表现出来的产水流量及产水盐量分布，与全部用具有标准产水量的元件计算出的标准运行指标相
12、差无几。图中高产水量元件在系统两侧时称为边高，高产水量元件在系统中心时称为中高。 图5 膜通量指标均匀排列与膜系统运行参数分布050100150200250300123456789101112 系统中元件位置元件产水量 （L/h）020406080100120产水含盐量 （ppm ）边高产水量标准产水量中高产水量 边高含盐量标准含盐量中高含盐量45沿着膜系统的流程，将膜元件按其产水量参数从高至低依次排列称为降序排列，将膜元件按其产水量参数从低至高依次排列称为升序排列。运用 ROanalyse 软件进行的系统运行模拟表明，膜元件的不同排序方式将产生不同的系统运行效果。 如图 6 所示，与全部用具
13、有标准产水量的元件所组成的系统相比，降序排列系统的产水通量分布曲线更陡，升序排列系统的产水通量分布曲线更缓。由于沿系统流程的膜通量越均衡，系统各元件负荷越均衡、污染越均衡、寿命越均衡即系统运行越合理，所以升序排列结构由于降序及其它元件排列顺序。加之图 6 所示的降序排列系统产水含盐量最高、升序排列系统产水含盐量最低，更加证明升序排列膜元件方式的正确性。 图6 元件膜通量降升序排列与系统运行参数分布050100150200250300123456789101112 系统中元件位置元件产水量（L/h）020406080100120产水含盐量（ppm）降序产水量标准产水量升序产水量 降序含盐量标准含
14、盐量升序含盐量6、结论 6、结论 通过对 ROanalyse 软件的简单介绍不难看出，ROanalyse 软件较现行的各种国外设计软件具有更加强大的系统运行性能分析能力，可以反映更多元件性能及系统结构因素对系统运行效果的影响。换言之，与其将该软件称为膜系统运行模拟软件，毋宁将该软件视作膜系统运行行为的研究软件。而且，随着软件功能的进一步完善以及国内相关研究的进一步深入，国产系统运行模拟软件将会更加全面及深入地揭示膜系统运行的内在规律，对反渗透膜系统的设计与运行水平的提高发挥更大的作用。 The developing and purport of RO membrane system opera
15、tion analog soft t Abstract: The functions and problems existed of Reverse Osmosis system design soft of different membrane factories were estimated. The necessary of analog soft developing was appointed. The functions and applications of ROanalyse membrane system operation analog soft were presented.
