反渗透和纳滤的的工艺过程设计课件

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1、天津工业大学天津工业大学环境环境与化学工程学院与化学工程学院 环境工程系环境工程系 膜法水处理技术膜法水处理技术反渗透和纳滤工艺过程设计反渗透和纳滤工艺过程设计吴吴 云云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。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，进行分析比较，了解其变化及变化原同时期收集水样，进行分析比较，了解其变化及变化原因。这对反渗透系统的有效设计（因。这对反渗透系统的有效设计（预处理、产水量、回预处理、产水量、回收

2、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，容器要合适，水样的采集要严格按照容器要合适，水样的采集要严格按照水和废水监测分水和废水监测分析方法析方法中的要求进行详细的记录。中的要求进行详细的记录。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

3、详细，包括CO2、pH、O2、Cl、SO2-3、离子浓度、硬度、碱度、溶、离子浓度、硬度、碱度、溶解性固体、细菌数等解性固体、细菌数等，常见参数的要求见下页的，常见参数的要求见下页的水样分水样分析报告析报告。工艺过程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，含有偏高，含有游离氯和游离氯和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考虑的内容 地下水成份一般

4、相对稳定，多数具有高硬度和碱度地下水成份一般相对稳定，多数具有高硬度和碱度的特征的特征 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 值和值和水温，金属氧化物和微溶盐的沉淀（不同海域水质差异水温，金属氧化物和微溶盐的沉淀（不同海域水质差异较大）较大） 其他特殊场合，如化工、生物行业物料的浓缩、分其他特殊场合，如化工、生物行业物料的浓缩、分离等离等 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

5、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 醋酸纤维素醋酸纤维素最早用于反渗透水处理工艺，具有最早用于反渗透水处理工艺，具有价廉价廉、耐耐游离氯游离氯、耐污染耐污染的特点，多用于的特点，多用于饮

6、用水净化饮用水净化和和污染密度指数污染密度指数（SDISDI）较高）较高的地方。的地方。 芳香族聚酰胺复合膜芳香族聚酰胺复合膜，通量高通量高，脱盐率高脱盐率高，操作压力低操作压力低，耐生物降解耐生物降解，操作操作pHpH范围宽（范围宽（2 21111）不易水解）不易水解，脱，脱SiOSiO2 2和和NONO- -3 3及有机物都较好，但及有机物都较好，但不耐游离氯不耐游离氯，易受到易受到FeFe、AlAl和阳离子絮凝和阳离子絮凝剂的污染剂的污染，污染速度较快污染速度较快。 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

7、的组件形式主要是件形式主要是卷式卷式和和中空纤维式中空纤维式。 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 回收率的确定影响到膜组件的选择和工艺的回收率的确定影响到膜组件的选择和工艺的确定。根据产水水量和回收率确定膜元件的个数。确定。根据产水水量

8、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、进水；而实际设计过程中应根据预处理、进水水质等的条件确定。水质等的条件确定。 工艺过程设计系统设计要求工艺过程设计系统设计要求1.5 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

9、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

10、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-0.03-0.05，复合膜的，复合膜的m=-0.01-0.02。即。即CA类膜产水量年均下降类膜产水量年均下降10左右，复合膜约为左右，复合膜约为5左右。当然根据进料的不同也有一定的变化。左右。当然根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1.6 1.6 截留率的衰减截留率的衰减 随于反渗透和纳滤膜在使用过程中会受到生随于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CA

11、CA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合适左右。当然系统预处理如果不合适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。通常根据下式进行计算：较大的变化。通常根据下式进行计算：T T为温度，为温度，即，即每一度变化使产水量变化每一度变化使产水量变化3 3左右左右。也。也可用温

12、度校正因子（可用温度校正因子（TCFTCF）表示。）表示。Kt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 温度对膜的通量影响较大，在进行设计过程中要充温度对膜的通量影响较大，在进行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（分考虑全年水温的变化。同时采取必要的措施（进出水进出水换热等换热等）减少温度对系统产水效率的的影响。）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50.5900.534100.6850.630150.7860.739200.890

13、0.861251.0001.000301.1151.155351.2351.328401.3661.5202 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，而溶质则被膜剂（通常为水）从高压侧透过膜，而溶质则被膜截留，其浓度在膜表面处上升高；同时发生从膜截留，其浓度在膜表面处上升高；同时发生从膜表面向本体的回扩散，当这两种传质过程达到动表面向本体的回扩散，当这两种传质过程达到动态平衡时，膜表面处的浓度态平衡时，膜表面处的浓度c2高于主体

14、溶液浓度高于主体溶液浓度c1，这种现象称为浓差极化。上述两种浓度的比，这种现象称为浓差极化。上述两种浓度的比率率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 根据薄膜理论模型描述浓差极化现象，如下根据薄膜理论模型描述浓差极化现象，如下图所示。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2.1 浓差极化的计算浓差极化的计算浓浓差差极极化化度度可可根根据据膜膜液液相相界界面面层层邻邻近近膜膜面面传传质质的的质质量量平平衡衡的的微微分分方方程程加加以以积积分分，然然后后将将边边界界条条件件代代入入求求得得。主要表达式有：主

15、要表达式有：质量平衡的微分方程：质量平衡的微分方程： 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不能不能太高，因为随着流速太高，因为随着流速U的提高，流道的阻力升高，的提高，流道的阻力升高，能耗增加。这样，通常取适当的流速能耗增加。这样，通常取适当的流速U操作，

16、于操作，于是存在一定的浓差极化，即是存在一定的浓差极化，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2.3 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（3 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r robsobs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Jw不变情况下，测定不同不变情况下，测定不同U时的时的robs，计算不同计算不同U时的时的 ，并与相应的，并与相应的

17、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 将直线外推之将直线外推之，其与纵坐标的，其与纵坐标的截距截距 为为 ，从而，从而可得真实的脱盐率可得真实的脱盐率r；直线的斜率为；直线的斜率为 ，其中流速指数，其中流速指数a=0.3（层流）或（层流）或0.8（湍流）。（湍流）。这样由直线的斜率可求出这样由直线的斜率可求出比例常数比例常数b及及传质系数传质系数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，取浓差极化度为通常由浓差极化度与能耗权衡

18、，取浓差极化度为 =1.2。这样，若实验测定得到。这样，若实验测定得到robs=0.950时时r为多为多少？根据上式可知：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2.4 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，因而此时的水通量而此时的水通量JwJw（Jw为几乎不存

19、在浓差极化时为几乎不存在浓差极化时的水通量）。的水通量）。 工艺过程设计浓差极化工艺过程设计浓差极化 降低脱盐率降低脱盐率 比较上述相应情况下的比较上述相应情况下的脱盐率方程脱盐率方程可知，同样因可知，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 由于膜表面浓度增加，使那些水中的由于膜表面浓度增加，使那些水中的微溶盐微溶盐（CaCO3和和CaSO4等）沉淀，等）沉淀，增加膜的透水阻力增加膜的透水阻力和和流道流道压力降压力降，使膜的水通量和脱盐率进一步降低。极化严重，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

20、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（2）降低浓差极化的途径）降低浓差极化的途径 反反渗渗透透过过程程中中的的浓浓差差极极化化不不能能消消除除只只能能降降低低。其其途途径径如下所述。如下所述。 合合理理设设计计和和精精心心制制作作反反渗渗透透基基本本单单元元膜膜元元（组组）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。 适适当当控控制制操操作作流流速速，改改善善流流动动状状态态，使使膜膜溶溶液液相相界界面面层层的的厚厚度度减减至至适适当当的的程程度度，以以降降低低浓浓差差极极化化度度。通通常浓差极化度有一个合理的

21、值，约为常浓差极化度有一个合理的值，约为1.2。 适适当当提提高高温温度度，以以降降低低流流体体粘粘度度和和提提高高溶溶质质的的扩扩散散系数。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基本方程反渗透和纳滤过程的基本方程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为为溶质的摩尔浓度溶质的摩尔浓度；xf为为溶质的摩尔分数溶质的摩尔分数；为为渗透压系数渗透压系数；

22、Mi为为溶质的摩尔浓度溶质的摩尔浓度；对于；对于稀溶液稀溶液可可取取0.93。 工艺过程设计过程基本方程工艺过程设计过程基本方程(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。 工艺过程设计过程基本方程工艺过程设计过程基本方程工艺过程设计过程基本方程工艺过程设计过程基本方程(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

23、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 工艺过程设计过程基本方程工艺过程设计过程基本方程4.3 盐通量盐通量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。4.4 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。 工艺过程设计过程基本方程工艺过程设计过程基本方程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

24、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 工艺过程设计过程基本方程工艺过程设计过程基本方程4.9 浓差极化因子浓差极化因子CPF ca为为膜膜表表面面盐盐浓浓度度，Kp为为与与元元件件构构型型有有关关的的常常数数，Ri为为膜膜元元件件回回收收率率。对对于于1m长长的的元元件件，18的的回回收收率率时时，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

25、积。为膜面积。 工艺过程设计过程基本方程工艺过程设计过程基本方程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 5 工艺流程及其特征方程 反渗透系统是由基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模大小，通常课采用连续式、部分循环式和循环式三种。 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段和和级级概念的区分概念的区分 在膜分离工艺流程中常常会遇到在膜分离工艺流程中常常会遇到“段段”与与“级级”的的概

26、念。概念。u 段段：指膜组件的：指膜组件的浓缩液（浓水）浓缩液（浓水）流入到下一组膜组流入到下一组膜组件进行处理。流经件进行处理。流经n组膜组件，即称为组膜组件，即称为n段；段；u 级级：指膜组件的产水进入到下一组膜组件处理，：指膜组件的产水进入到下一组膜组件处理，透透过液（产品水）过液（产品水）经过经过n组膜组件处理，称为组膜组件处理，称为n级。级。 可以将可以将“段段”和和“级级”分别理解为对分别理解为对“浓水分级浓水分级”（分段分段）和对）和对“产水分级产水分级”（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

27、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 将将前一段的浓水作为下一段的进水前一段的浓水作为下一段的进水，最后最后一段一段的浓水的浓水排放废弃排放废弃，而各段产水汇集利用。，而各段产水汇集利用。这一流程适合用于处理这一流程适合用于处理量大、回收率高量大、回收率高的应用的应用场合。通常用于场合。通常用于苦咸水的淡化苦咸水的淡化和和低盐度水低盐度水或或自自来水来水的净化。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

28、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、Qfi通式：通式：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。 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

29、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：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：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：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：工艺

30、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：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，系统的回收率和产水水质，将浓度低于或等于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级进口处，第一级产水作为第二级进水第一级产水作为第二级进水；第二级产水就是；

31、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。 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下列情况：该流程常用于下列情况：原水原水含盐量特别高含盐量特别高，一级反渗透难以得到稳定，一级反渗透难以得到稳定的产水水质。如特别高浓度的的产水水质。如特别高浓度的海水海水淡化等；淡化等；水源水源水质经常发生较大变化水质

32、经常发生较大变化时（如沿海地区地时（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当一级反渗透达不到最终产水的水质一级反渗透达不到最终产水的水质（如电导（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达到上述水质指标，且常的离子交换而能达到上述

33、水质指标，且简化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Qr（Qr1） 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 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

34、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 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cr（cr1） 第二级（循环）水的浓度第二级（循环）水的浓度cr2 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 部分循环式部分透过水循环部分循环式部分透过水循环 (1) 流

35、程说明流程说明 部分透过水部分透过水循环至装置循环至装置进口处进口处与其原始的进水相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，部分透过混合作为装置的进水，浓水连续排放废弃，部分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连续额定产水量额定产水量等小规模应用的情况。等小规模应用的情况。 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设

36、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。 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，其值为为透过水循环率，其值为 装置的进（混合）水流量装置的进（混合）水流量Qfm 工艺过程设计工艺流程及特征方程工艺过程设计

37、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 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 式中，式中，Rf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，其值为率，其值为 。 装置的进（混合）水浓度装置的进（混合）水浓度cfm 式中，式中，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。 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 装置的透装置的透过过（产产）水）水浓浓度度cp 装置的装置的浓浓水水浓浓度度

38、cr 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5.4 部分循环式部分浓缩液循环部分循环式部分浓缩液循环(1) 流程说明流程说明 在反渗透过程中，将连续加入的在反渗透过程中，将连续加入的原料液原料液与反渗透与反渗透部分浓缩液部分浓缩液相相混合混合作为反渗透作为反渗透进料液进料液，其余的浓缩液，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。 这一流程用于某些这一流程用于某些料液连续除溶剂（水）浓缩料液连续除溶剂（水）浓缩的的应用场合，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

39、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 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 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混合装置的混合进进料液料液浓浓度度cfm 装置的装置的浓缩浓缩液液浓浓

40、度度cr 装置的透装置的透过过液液浓浓度度cp 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，连续在运行过程中，连续向原料液向原料液中中补加相当于透过补加相当于透过液流量的稀释剂液流量的稀释剂，浓缩液浓缩液全部循环，全部循环，透过液透过液连续排放，连续排放，直至反渗透料液的浓度达到预定的值时，作为成品收直至反渗透料液的浓度达到预定的值时，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分离，使产品有较高这一流程用于溶液中物质的分离，使产品

41、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

42、。为运行时间。 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 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 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补加稀释剂的浓缩液循环”流程相同，流程相同，所不同的时所不同的时补加的不是稀释剂而是原料液补加的不是稀释剂而是原

43、料液。其流量和。其流量和浓度分别为浓度分别为Qf和和cf0操作过程液与上述流程相同。操作过程液与上述流程相同。 这一流程用于这一流程用于溶质的浓缩和分离溶质的浓缩和分离。（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 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 根据不同的运行时间反渗透的质量平衡可得下列根据不同的运行时间反渗透的质量平衡可得下列微分式：微分式： （1） 反渗透的透过液、浓缩液的浓度与进料浓度的关系：反渗透的透过液、浓缩液的浓度与进料浓度的关系： （2） （3）将式（将式（2）代入式（）代入式（1）经变换整理得：）经变

44、换整理得： （4）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将积分边界条件带入式（将积分边界条件带入式（4）：）： t=0时，时，cfm=cf0 t=t时，时，cfm=cfm整理后得：整理后得：浓缩液的浓度浓缩液的浓度cr 由式（由式（3）和式（）和式（5）得）得 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 透过液得浓度透过液得浓度cp 由式（由式（2）和（）和（5）得：）得： 原料液（透过液）得流量原料液（透过液）得流量Qr（Qp）由式（由式（5 5）得：）得： 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

45、液流量浓缩液流量Qr 6装置的组件配置和性能装置的组件配置和性能6.1 膜元（组）件的操作性能（膜元（组）件的操作性能（脱盐率脱盐率和和水通量水通量）（1）膜元（组）件的脱盐率）膜元（组）件的脱盐率 元（组）件在使用过程中膜的进水侧和产元（组）件在使用过程中膜的进水侧和产水侧的浓度沿流道变化情况见下图。水侧的浓度沿流道变化情况见下图。 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能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计算脱盐率的流道模型计算脱盐率的流道模型根据产水的质量平衡可得元（组）件总产水的浓度为：根据产水的质量平衡可得元（组）件总产水的浓度为：

46、欲得到元（组）件真实得脱盐率欲得到元（组）件真实得脱盐率r r，必须知道整个流，必须知道整个流道得积分平均浓度道得积分平均浓度 。 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能另外，组件得脱盐率与膜常数和平均有效压力的关系：另外，组件得脱盐率与膜常数和平均有效压力的关系： （2）膜元（组）件的水通量）膜元（组）件的水通量 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能若元（组）件的膜面积为若元（组）件的膜面积为S（m2），则其产水流量：），则其产水流量：Kw为元（组）件产水流速的压力系数。为元（组）件产水流速的压力系数。 6.2 装置中元（组）件的配置装置

47、中元（组）件的配置 装置内组件的装置内组件的配置原则配置原则是是保持装置内各组件的平保持装置内各组件的平均流速（流量）大于或等于规格元（组）件在标准测均流速（流量）大于或等于规格元（组）件在标准测试条件下的值，试条件下的值，从而使装置的浓差极化度不大于其元从而使装置的浓差极化度不大于其元（组）件的浓差极化度。（组）件的浓差极化度。 因此，无论是分段式还是分级式流程的装置均因此，无论是分段式还是分级式流程的装置均应逐段或逐级减少并联组件数，即所谓应逐段或逐级减少并联组件数，即所谓锥形排列锥形排列。分。分段式（两段）和分级式（两级）的装置内各段或各级段式（两段）和分级式（两级）的装置内各段或各级组

48、件的组件的分配比为分配比为2：1的流程。的流程。 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能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6.3 装置的性能装置的性能 鉴鉴于于分分段段式式流流程程应应用用较较为为普普遍遍，在在此此简简述述其其装装置置的的性能。性能。（1）产水量）产水量 装置的产水性能通常为产水量装置的产水性能通常为产水量Qp 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能Qp装置的产水量，装置的产水量，m3/h；Qpi第第i段元（组）件的产水量，段元（组）件的产水量，

49、m3/h；S元（组）件的有效膜面积，元（组）件的有效膜面积，m2；A元元 （ 组组 ） 件件 的的 透透 水水 性性 常常 数数 ，m3/(hm2MPa)；Kw元元（组组）件件的的产产水水量量的的压压力力系系数数，m3/(hm2MPa)；Nmj第第i段元（组）件数；段元（组）件数； 第第i段段元元（组组）件件的的平平均均操操作作压压力力差差，MPa； 第第i段元（组）件膜两侧溶液的平均段元（组）件膜两侧溶液的平均渗透压，渗透压，MPa； 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能（2）脱盐率）脱盐率 将将描描述述元元（组组）件件脱脱盐盐性性能能的的式式中中的的A以以Kw/

50、S带带之之，可得装置的脱盐率方程：可得装置的脱盐率方程： 装装置置的的产产水水量量Qp取取决决于于元元（组组）件件的的膜膜常常数数Kw和和各各段段的的元元（组组）件件数数Nmj与与相相应应的的平平均均有有效效压压力力乘乘积积的的加加和和。就就特特定定规规格格的的元元（组组）件件数数以以一一定定的的配配置置方方式式组组装装的的装装置置而而言言，其其产产水水量量与与施施加加在各段元（组）件的平均有效压力成正比。在各段元（组）件的平均有效压力成正比。 B元元（组组）件件的的透透水水量量常数，常数，m/h； 装置的元（组）件装置的元（组）件总数。总数。 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置

51、的组件配置和性能7 基本设计内容和过程基本设计内容和过程7.1 给出设计限制范围给出设计限制范围 这包括不同进水时的这包括不同进水时的平均水通量平均水通量，水通量，水通量年下降年下降百分率百分率，不同膜类型的，不同膜类型的盐透过率盐透过率，盐透过的年增长率盐透过的年增长率，浓水中浓水中难溶盐的饱和极限难溶盐的饱和极限，饱和指数的，饱和指数的限度限度，元件，元件最最大进水大进水和最低浓水和最低浓水流速流速7.2 设计的具体要求设计的具体要求 设计目的是给定系统参数，得到最有效的成本设设计目的是给定系统参数，得到最有效的成本设计和经济操作。计和经济操作。 主要系统参数：操作压力、回收率、产水水质、

52、主要系统参数：操作压力、回收率、产水水质、产水水量、平均水通量、反渗透单元（膜元件数、排产水水量、平均水通量、反渗透单元（膜元件数、排列方式和操作模式）等。列方式和操作模式）等。 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能7.3 基本设计过程基本设计过程 （1）设定计量单位）设定计量单位 包括压力、流速、通量、浓度、温度。包括压力、流速、通量、浓度、温度。（2）建立新的进水记录（工程名称、代号等）建立新的进水记录（工程名称、代号等） 输输入入设设计计参参数数：进进水水水水质质、水水源源类类型型、组组成成、离离子子浓浓度度、pH、温温度度、浊浊度度、SDI、H2S、Fe、S

53、iO2、TOC、TDS、电导率、渗透压。、电导率、渗透压。（3）数据计算和转换）数据计算和转换 计计算算渗渗透透压压、离离子子强强度度、结结构构盐盐的的饱饱和和值值，比比较较进进水阴、阳离子当量平衡，误差在水阴、阳离子当量平衡，误差在10以内。以内。（4）根据进水设置预处理，达到所要求的）根据进水设置预处理，达到所要求的SDI。工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能（5）输输入入回回收收率率，确确立立难难溶溶盐盐的的浓浓度度限限制制（浓浓水水pH、LSI、离离子子强强度度，HCO3-、CO32-、CO2、总总碱碱度度），确定调确定调pH或加防垢剂。或加防垢剂。（6）选

54、选择择膜膜元元件件类类型型，结结合合进进水水，确确立立盐盐透透过过率率的的年年增增长率、水通量，水通量的年下降百分率等。长率、水通量，水通量的年下降百分率等。（7）输输入入产产水水流流速速，根根据据膜膜元元件件的的面面积积和和水水通通量量可可知知膜膜的的元元件件数数，压压力力容容器器数数等等；根根据据回回收收率率等等可可初初步步给给出出压力容器排列和段（级）数压力容器排列和段（级）数工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能（8）总计算程序重复计算）总计算程序重复计算 原原则则是是进进水水压压力力满满足足回回收收率率，先先计计算算第第一一个个元元件件的的性性能能，其其浓浓

55、水水为为第第二二个个元元件件的的进进水水，计计算算第第二二个个元元件件性性能能，将将所所有有渗渗透透水水相相加加，与与目目标标值值比比较较，据据此此调调节节进进水水压压力力，直直到到收收敛敛为为所所要要求求的的压压力力和和回回收收率率，同同时时满满足足各各限限制制范范围要求。围要求。 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能（9）计算结果）计算结果 显显示示流流量量、压压力力、水水通通量量、系系数数、产产水水水水质质、浓水饱和度；浓水饱和度； 超出设计限制时报警显示；超出设计限制时报警显示； 结果输出成计算书；结果输出成计算书； 图图形形显显示示系系统统流流程程；操操作

56、作压压力力、产产水水水水质质、回回收收率、温度等曲线；率、温度等曲线； 给给出出能能耗耗和和系系统统经经济济成成本本，据据泵泵的的压压力力、流流量量、回回收收率率、效效率率和和电电机机效效率率，得得出出电电机机功功率率；据据输输入入的的投投资资、材材料料、劳劳务务费费用用，再再根根据据设设计计部部分分的的有有关关资资料料（产产水水量量、功功耗耗、膜膜元元件件、试试剂剂用用量量等等），可可计计算算产产水的成本。水的成本。 工艺过程设计装置的组件配置和性能工艺过程设计装置的组件配置和性能设计优化和设计选择设计优化和设计选择 基本设计；基本设计； 渗透水与部分进水混合；渗透水与部分进水混合； 渗透水

57、节流；渗透水节流； 设置级间泵；设置级间泵； 部分浓水循环；部分浓水循环； 二级（或二段）二级（或二段）RO系统；系统； 后处理：后处理：pH调节和脱气等。调节和脱气等。 工艺过程设计基本设计过程工艺过程设计基本设计过程7.4 基本设计过程基本设计过程 在无设计软件的情况下，或为了先对项目有益简要的在无设计软件的情况下，或为了先对项目有益简要的把握，可根据上一小节的过程简要进行如下的处理：把握，可根据上一小节的过程简要进行如下的处理： u 水源类型、水质、所需的预处理水源类型、水质、所需的预处理u 产水量、回收率、进水预处理产水量、回收率、进水预处理u 选择膜元件类型，计算所需元件的数量（安全

58、系数选择膜元件类型，计算所需元件的数量（安全系数0.8） Ne为元件数目，为元件数目，Qp为产水量，为产水量，qmax为元件最大产水量。为元件最大产水量。 u 确确定定压压力力容容器器数数，据据回回收收率率等等，确确定定排排列列方方式式 Nr为为压压力力容容器器数数目目，n为为每每个个容容器器中中元元件件数数通通常常其其二二段段排排列列容容器器比比为为2：1，三三段段排排列列容容器比为器比为4：2：1。 工艺过程设计基本设计过程工艺过程设计基本设计过程u 检验进水和最后浓水是否复合最高进水和最低排水量检验进水和最后浓水是否复合最高进水和最低排水量的要求。的要求。例例1：设计产水量：设计产水量2

59、160m3/d，水回收率，水回收率75，进水，进水500mg/L，25，选用，选用Filmtec BW308040型元件，型元件，1.6Mpa，30m3/d，脱盐，脱盐98，选用压力容器长可容，选用压力容器长可容6个元个元件，初步估算件，初步估算 元件数元件数Ne21600.83090 压力容器数压力容器数Nh=906=15 按二段回收率达按二段回收率达75，以，以2：1排列压力容器，即第排列压力容器，即第一段一段10根，含根，含60个元件，第二段个元件，第二段5根，含根，含30个元件。用所要个元件。用所要求的最大进、最低出口水量来验证排列是否合适，以产水求的最大进、最低出口水量来验证排列是否

60、合适，以产水水质和水量进一步看设计是否达到目的。水质和水量进一步看设计是否达到目的。 工艺过程设计基本设计过程工艺过程设计基本设计过程例例2：设计产水量：设计产水量240m3/d，水回收率，水回收率75，进水，进水500mg/L，25，选用，选用BW304040型元件，型元件，1.6MPa，7.5m3/d，脱盐，脱盐98，选用压力容器长可容纳，选用压力容器长可容纳4个元件，最低元件浓水个元件，最低元件浓水/淡水比为淡水比为6：1。设：污染因子为设：污染因子为0.85，驱动力，驱动力1.5MPa，设计压力为，设计压力为1.5MPa；单元件产水率单元件产水率0.851.5MPa7.5m3/d1.6

61、MPa6.0m3/d所需元件数所需元件数2406.040压力容器数压力容器数40410最低元件浓水流速最低元件浓水流速6.0636m3/d单个压力容器产水率单个压力容器产水率6.0424m3/d系统浓水流速总产水率系统浓水流速总产水率回收率总产水率回收率总产水率2407524080 m3/d工艺过程设计基本设计过程工艺过程设计基本设计过程最最后后一一段段进进水水流流速速单单个个压压力力容容器器产产水水率率压压力力容容器器数数浓水流速浓水流速24280128 m3/d倒倒数数第第二二段段压压力力容容器器数数128 m3/d36 m3/d3.63或或4，这里取，这里取3倒数第二段的进水流速倒数第二

62、段的进水流速243128200 m3/d倒倒数数第第三三段段压压力力容容器器数数200 m3/d36 m3/d5.65或或6，这里取，这里取5，这样初步压力容器排列为，这样初步压力容器排列为532。同同样样根根据据所所要要求求的的元元件件最最大大进进、最最低低进进口口水水量量验验证证排排列列是否合理，以产水水质和水量进一步看设计是否达到目的。是否合理，以产水水质和水量进一步看设计是否达到目的。 工艺过程设计基本设计过程工艺过程设计基本设计过程工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行8 反渗透和纳滤系统及运行反渗透和纳滤系统及运行8.1 预处理系统预处理系统 反反渗渗

63、透透和和纳纳滤滤进进水水种种类类多多、成成分分复复杂杂，为为了了确确保保反反渗渗透透和和纳纳滤滤过过程程的的正正常常进进行行，必必须须对对进进水水进进行行预预处处理理。预处理的目的通常为：预处理的目的通常为： 除去悬浮固体，降低浊度；除去悬浮固体，降低浊度； 抑制和控制微溶盐的沉淀；抑制和控制微溶盐的沉淀； 调节和控制进水的温度和调节和控制进水的温度和pH； 杀死和抑制微生物的生长；杀死和抑制微生物的生长； 去除各种有机物；去除各种有机物； 防止铁、锰等金属氧化物和二氧化硅的沉淀等。防止铁、锰等金属氧化物和二氧化硅的沉淀等。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行

64、8.1.1 除去悬浮固体和胶体，降低浊度除去悬浮固体和胶体，降低浊度 悬悬浮浮固固体体包包括括淤淤泥泥、铁铁的的氧氧化化物物和和腐腐蚀蚀产产物物、MnO2、与与硬硬度度有有关关的的沉沉淀淀物物、Al（OH）3絮絮凝凝物物、SiO2、微微细细沙沙石石、硅硅藻藻、细细菌菌、有有机机胶胶体体等等。其其中中胶胶体体最最难难处处理理，大大多多数数胶胶体体是是荷荷电电的的，其其同同号号电电荷荷排排斥斥而而稳稳定定地地悬悬浮浮于于水水中中，稳稳定定地地胶胶体体其其Zeta电电位位多多大大于于-30mv，当当这这类类胶胶体体凝凝结结在在膜膜表表面面上上时时，则则引引起起膜膜地地污污染，其凝结速率方程为：染，其

65、凝结速率方程为： 式中，式中，K2为凝结速度常数；为凝结速度常数；n为胶体的浓为胶体的浓度。度。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 反渗透处理中采用污染密度指数反渗透处理中采用污染密度指数SDI (Silt Density Index)来判断进水的好坏，是胶体荷微粒浓度的一种来判断进水的好坏，是胶体荷微粒浓度的一种量度。量度。SDI值是进水质量的相对值值是进水质量的相对值，从这个数值中，从这个数值中，并不能明确看出膜污染速度或对膜性能造成的影响等并不能明确看出膜污染速度或对膜性能造成的影响等情况。通常该值是对进水质量和系统预处理工序的效情况。通常该值是对进水

66、质量和系统预处理工序的效果进行检测的一个标准。它是进水果进行检测的一个标准。它是进水在在207Kpa的压力的压力下，下，通过通过0.45m Millipore滤膜的污染速率推算出来的。通滤膜的污染速率推算出来的。通常反渗透要求进水的常反渗透要求进水的SDI3。井水的。井水的SDI1，顾不必，顾不必对其进行胶体的预处理，地表水的对其进行胶体的预处理，地表水的SDI在在10175，需，需要认真进行针对性的预处理。要认真进行针对性的预处理。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（1）SDI的的测测定定工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行

67、测试步骤测试步骤1记记录录测测试试温温度度。在在试试验验开开始始至至结结束束的的测测试试时时间内，系统温度变化不应超过间内，系统温度变化不应超过1。2排除过滤池中的空气压力。排除过滤池中的空气压力。3用用带带有有刻刻度度的的500ml量量筒筒接接取取滤滤过过水水以以测测量量透透过滤膜的水量。过滤膜的水量。4全全开开球球阀阀，测测量量从从球球阀阀全全开开到到接接满满100ml和和500ml注注1水样的所需时间并记录。水样的所需时间并记录。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 5五五分分钟钟后后，再再次次测测量量收收集集100ml和和500ml水水样样的的所所需需

68、时时间间，十十分分钟钟及及十十五五分分钟钟后后再再分分别别进进行行同样测量。同样测量。6如如果果接接取取100ml水水样样所所需需的的时时间间超超过过60秒秒，则则意意味味着着约约90%的的滤滤膜膜面面积积被被堵堵塞塞，此此时时已已无无需需再进行实验。再进行实验。7再再次次测测量量水水温温以以确确保保与与实实验验开开始始时时的的水水温温变变化不超过化不超过1。8实验结束并打开滤池后，最好将实验后的滤实验结束并打开滤池后，最好将实验后的滤膜保存好，以备以后参考。膜保存好，以备以后参考。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行计算公式计算公式 式中：式中： SDI污染密

69、度指数污染密度指数 Ti第一次取样所需时间第一次取样所需时间 Tf15分钟（或更短时间）以后取样所需时间分钟（或更短时间）以后取样所需时间工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（2）除去悬浮物胶体的方法）除去悬浮物胶体的方法 在线混凝多介质过滤在线混凝多介质过滤 在原水中投加混凝剂，经有效的混合，再在原水中投加混凝剂，经有效的混合，再通过压力式多介质滤器除去形成的微絮凝体，通过压力式多介质滤器除去形成的微絮凝体，其效果取决于絮凝剂的种类、浓度、合适的混其效果取决于絮凝剂的种类、浓度、合适的混合和停留时间等，这些都需要经现场试验最终合和停留时间等，这些都需要经现场试

70、验最终优化。优化。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行压力式在线凝结絮凝过滤体统压力式在线凝结絮凝过滤体统 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 絮凝剂：有絮凝剂：有FeCl3、明矾、聚合氯化铝和聚阳离子型、明矾、聚合氯化铝和聚阳离子型絮凝剂。使用铝剂应注意，其絮凝物在絮凝剂。使用铝剂应注意，其絮凝物在pH6.56.7有有最小的溶解度；聚阳离子絮凝剂优点在于形成的絮凝最小的溶解度；聚阳离子絮凝剂优点在于形成的絮凝物少，在过滤时不会破碎，对物少，在过滤时不会破碎，对pH的要求不太严格等，的要求不太严格等，但应该严格控制剂量，若过量

71、会对膜造成不可逆的损但应该严格控制剂量，若过量会对膜造成不可逆的损伤。伤。 过滤介质：的选择也是很关键的，过滤介质：的选择也是很关键的，AGR（一种无水（一种无水硅酸铝）、海绿砂、砂无烟煤（双介质）和多介质硅酸铝）、海绿砂、砂无烟煤（双介质）和多介质（可多达（可多达5种）等是效果良好的过滤介质。种）等是效果良好的过滤介质。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 微滤（微滤（MF）和超滤（）和超滤（UF）预处理）预处理 MF和和UF预处理方法具有以下预处理方法具有以下优点：优点：u 去除范围宽，包括胶体在内；去除范围宽，包括胶体在内；u 可可连连续续操操作作、性性

72、能能优优良良、出出水水水水质质好好，对对高高压泵和反渗透的保护性好；压泵和反渗透的保护性好；u 少用或不用药剂，物理消毒安全；少用或不用药剂，物理消毒安全；u 投资、占地少、人工省等。投资、占地少、人工省等。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行8.1.2 微生物污染及防治微生物污染及防治 微微生生物物污污染染的的来来源源：在在物物质质传传递递过过程程中中，微微生生物物也也向向膜膜面面迁迁移移并并吸吸附附在在膜膜上上繁繁殖殖；过过量量的的絮絮凝凝剂剂，如如SHMP是是营营养养物物质质，会会促促进进微微生生物物繁繁殖殖；氯氯会会使使腐腐质质酸酸分分解解，也也成成为

73、为营营养养物物质质；油油和和烃烃类类也也容容易易引引起起微微生生物的生长。物的生长。 微微生生物物污污染染对对膜膜性性能能的的影影响响：会会形形成成致致密密凝凝胶胶层层，吸吸附附高高浓浓度度的的离离子子，使使浓浓差差极极化化更更严严重重，降降低低流流动动混混合效果，同时由于酶的作用也会促进膜的降解和水解。合效果，同时由于酶的作用也会促进膜的降解和水解。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 微生物污染的微生物污染的特征及监测特征及监测：浓水中总细菌数的迅速：浓水中总细菌数的迅速增加是微生物污染的特征之一，对完全失效膜进行剖析，增加是微生物污染的特征之一，对完全失效

74、膜进行剖析，分析细菌数量、品种以及分析细菌数量、品种以及TOC、蛋白、蛋白、ATP和糖等可证和糖等可证实微生物污染的存在。实微生物污染的存在。 引起微生物污染的引起微生物污染的主要原因主要原因：进水预处理不足，温：进水预处理不足，温度高，度高，SDI高，有机和无机营养物浓度高和残存大量细菌高，有机和无机营养物浓度高和残存大量细菌等；管路过长，透光，有死角，有裂缝，有非消毒部分等；管路过长，透光，有死角，有裂缝，有非消毒部分等；操作中不经常检测，低流速，长期存放和使用已污等；操作中不经常检测，低流速，长期存放和使用已污染的试剂等。染的试剂等。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透

75、和纳滤系统及运行8.1.2 微溶盐沉淀的控制微溶盐沉淀的控制 结垢发生的结垢发生的原因原因： 由由于于水水不不断断透透过过膜膜，使使膜膜的的进进水水中中的的那那些些微微溶溶盐盐在在膜膜面面附附近近的的浓浓水水中中超超过过其其溶溶度度积积而而沉沉淀淀析析出出导导致致水水垢垢的产生。水垢是反渗透和纳滤过程中最普遍的膜污染。的产生。水垢是反渗透和纳滤过程中最普遍的膜污染。 当当苦苦咸咸水水为为水水源源时时，碳碳酸酸钙钙和和硫硫酸酸钙钙是是最最普普遍遍存存在在的的沉沉淀淀析析出出，而而以以海海水水为为水水源源时时，通通常常只只考考虑虑碳碳酸酸钙钙的沉淀析出。的沉淀析出。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运

76、行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 若微溶盐的浓度超过其溶度积时，可采取下列方若微溶盐的浓度超过其溶度积时，可采取下列方法处理：法处理：（1） 降降低低回回收收率率，避避免免浓浓水水中中的的微微溶溶盐盐浓浓度度超超过过其其溶溶度积；度积；（2） 调节原水调节原水pH值（加酸）值（加酸） 大大多多数数地地表表水水和和地地下下水水中中的的CaCO3几几乎乎呈呈饱饱和和状状态，由下式可知态，由下式可知CaCO3的溶解度取决于的溶解度取决于pH 值：值： 因因此此，通通过过加加入入酸酸中中的的H+，化化学学平平衡衡可可以以向向左左侧侧转转移移，使碳酸钙维持溶解状态。使碳酸钙维持溶解状态。 工艺过程设

77、计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 CaCO3在浓水中更具有溶解的倾向，而不是沉淀，天在浓水中更具有溶解的倾向，而不是沉淀，天然水源作为反渗透进水时，在浓水中多半发生碳酸钙沉然水源作为反渗透进水时，在浓水中多半发生碳酸钙沉淀的问题，需要加以判断和防止。淀的问题，需要加以判断和防止。 通常有两种通常有两种判断碳酸钙沉淀判断碳酸钙沉淀的方法。的方法。 对对苦咸水苦咸水和和城市自来水城市自来水为反渗透水源时，采用朗格利为反渗透水源时，采用朗格利尔（尔（Langelier）饱和指数法（）饱和指数法（LSI）法；）法； 对对海水海水，采用斯蒂夫和大卫饱和指数（，采用斯蒂夫和大卫饱

78、和指数（S&DSI）法，）法，表示这种趋于溶解的倾向。表示这种趋于溶解的倾向。 在饱和在饱和pHs 的条件下，水中的条件下，水中CaCO3处于溶解与沉淀处于溶解与沉淀之间的平衡状态。之间的平衡状态。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行LSI 和和S&DSI 的定义为：的定义为：当仅采用加酸控制碳酸钙结垢时，要求浓水中的当仅采用加酸控制碳酸钙结垢时，要求浓水中的LSI或或S&DSI指数必须为负数，指数必须为负数，加酸仅对控制加酸仅对控制碳酸盐垢有效。碳酸盐垢有效。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（3） 加阻垢剂加阻垢剂 阻垢

79、剂可以用于控制碳酸盐垢、硫酸盐垢以及氟化阻垢剂可以用于控制碳酸盐垢、硫酸盐垢以及氟化钙垢，通常有三类阻垢剂：六偏磷酸钠钙垢，通常有三类阻垢剂：六偏磷酸钠(SHMP)、有机、有机磷酸盐和多聚丙烯酸盐。磷酸盐和多聚丙烯酸盐。 六偏磷酸钠六偏磷酸钠：能少量的吸附于微晶体的表面，阻：能少量的吸附于微晶体的表面，阻止结垢晶体的进一步生长和沉淀。价格便宜，但化学止结垢晶体的进一步生长和沉淀。价格便宜，但化学性质不太稳定，容易发生水解降低阻垢效率，同时也性质不太稳定，容易发生水解降低阻垢效率，同时也有产生磷酸钙沉淀的危险。有产生磷酸钙沉淀的危险。 有机磷酸盐有机磷酸盐：足够效果好，化学性能稳定，适应：足够效

80、果好，化学性能稳定，适应于防止不溶性的铝和铁的结垢于防止不溶性的铝和铁的结垢 多聚丙烯酸盐多聚丙烯酸盐：通过分散作用可以减少：通过分散作用可以减少SiO2结垢结垢的形成。的形成。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行阻垢剂投加需要注意的问题：阻垢剂投加需要注意的问题： 聚合有机阻垢剂聚合有机阻垢剂遇到遇到阳离子聚电解质阳离子聚电解质或或多价阳离子多价阳离子时，可能会时，可能会发生沉淀反应，例如铝或铁，所产生的胶状反应物，非常难以从发生沉淀反应，例如铝或铁，所产生的胶状反应物，非常难以从膜面上除去。膜面上除去。 在含盐量为在含盐量为35,000mg/L 的的海水海

81、水反渗透系统中，结垢问题没有苦反渗透系统中，结垢问题没有苦咸水中那样突出，当运行回收率高于咸水中那样突出，当运行回收率高于35%时，推荐使用阻垢剂。时，推荐使用阻垢剂。 阳离子聚电介质阳离子聚电介质可能会与可能会与负电性的阻垢剂负电性的阻垢剂发生协同沉淀反应发生协同沉淀反应并污染膜表面，必须保证当添加阴离子阻垢剂时，水中不存在明并污染膜表面，必须保证当添加阴离子阻垢剂时，水中不存在明显的阳离子聚合物。显的阳离子聚合物。 对于阻垢剂的对于阻垢剂的投加投加必须必须避免过量避免过量，过量的阻垢剂对膜而言也，过量的阻垢剂对膜而言也是污染物。是污染物。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗

82、透和纳滤系统及运行（4）强酸阳离子树脂软化）强酸阳离子树脂软化 使用使用Na+离子置换和除去水中结垢阳离子如离子置换和除去水中结垢阳离子如Ca2+、Ba2+和和Sr2+。交换饱和后的离子交换树脂用。交换饱和后的离子交换树脂用NaCl 再生，再生，这一过程称为原水软化处理。在软化处理过程中，进这一过程称为原水软化处理。在软化处理过程中，进水水pH 不会改变。但原水中的溶解气体不会改变。但原水中的溶解气体CO2 能透过膜能透过膜进入产品侧，引起电导率的增加，需在软化后的水中进入产品侧，引起电导率的增加，需在软化后的水中加入一定量加入一定量NaOH（pH8.2）以便将水中残留）以便将水中残留CO2转

83、化转化成重碳酸根。成重碳酸根。 离子交换法软化去除钙（镁）离子，但对高碱度离子交换法软化去除钙（镁）离子，但对高碱度的水和大水量工程，此法不经济。的水和大水量工程，此法不经济。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（5） 弱酸阳离子树脂脱碱度弱酸阳离子树脂脱碱度 该工艺能够对原水实现部分软化。离子交换过程该工艺能够对原水实现部分软化。离子交换过程中，与中，与重碳酸根相同量的暂时硬度重碳酸根相同量的暂时硬度中的中的Ca2+、Ba2+和和Sr2+等为等为H+所取代而被除去，这样原水的所取代而被除去，这样原水的pH 值会降低值会降低到到45。由于树脂的酸性基团为羧基，

84、当。由于树脂的酸性基团为羧基，当pH 达到达到4.2 时，羧基不再解离，离子交换过程也就停止了。时，羧基不再解离，离子交换过程也就停止了。 采用弱酸阳离子交换树脂脱碱度主要是大型苦咸采用弱酸阳离子交换树脂脱碱度主要是大型苦咸水处理系统，对于重碳酸根含量高的水源较为理想，水处理系统，对于重碳酸根含量高的水源较为理想，重碳酸根也可转化为重碳酸根也可转化为CO2。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 多数情况下，不希望产水中出现多数情况下，不希望产水中出现CO2，这时可以，这时可以对原水或产水进行脱气处理。对原水或产水进行脱气处理。 当原水存在生物污染可能时（如：地表

85、水，高当原水存在生物污染可能时（如：地表水，高TOC 或高菌落总数），对产水脱气更为合适。在膜系或高菌落总数），对产水脱气更为合适。在膜系统中高统中高CO2浓度可以抑制细菌的生长；浓度可以抑制细菌的生长； 当希望系统运行在较高的脱盐率时，采用原水脱当希望系统运行在较高的脱盐率时，采用原水脱气较合适，脱除气较合适，脱除CO2将会引起将会引起pH 的增高，进水的增高，进水pH6 时，膜系统的脱除率比进水时，膜系统的脱除率比进水pH5 时要高。时要高。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行采用弱酸脱碱度的采用弱酸脱碱度的优点优点如下：如下： 再再生生所所需需要要的的酸

86、酸量量不不大大于于105%的的理理论论耗耗酸酸量，这样会降低操作费用和对环境的影响；量，这样会降低操作费用和对环境的影响； 通通过过脱脱除除重重碳碳酸酸根根，水水中中的的TDS减减低低，这这样样产水产水TDS也较低；也较低；本法的本法的缺点缺点是：是： 残余硬度残余硬度 处理过程中水的会发生处理过程中水的会发生pH 变化变化 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（6）石灰软化石灰软化 通过水中加入氢氧化钙可除去碳酸盐硬度。通过水中加入氢氧化钙可除去碳酸盐硬度。 非碳酸钙度可以通过加入碳酸钠（纯碱）非碳酸钙度可以通过加入碳酸钠（纯碱）得到进一步地降低。得到进一步地

87、降低。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 石灰纯碱处理也可以降低二氧化硅的石灰纯碱处理也可以降低二氧化硅的浓度，当加入铝酸钠和三氯化铁时，将会形成浓度，当加入铝酸钠和三氯化铁时，将会形成CaCO3以及硅酸、氧化铝和铁的复合物。通过以及硅酸、氧化铝和铁的复合物。通过加入石灰和多孔氧化镁的混合物，采用加入石灰和多孔氧化镁的混合物，采用6070C 热石灰硅酸脱除工艺，可将硅酸浓度热石灰硅酸脱除工艺，可将硅酸浓度降低到降低到1mg/L 以下。以下。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 采用石灰软化，也可以显著地降低钡、锶和有机采用石

88、灰软化，也可以显著地降低钡、锶和有机物，但是石灰软化处理需要使用反应器，以便形成高物，但是石灰软化处理需要使用反应器，以便形成高浓度作晶核的可沉淀颗粒，通常需要采用上升流动方浓度作晶核的可沉淀颗粒，通常需要采用上升流动方式的固体接触澄清器，本过程的出水还需设置多介质式的固体接触澄清器，本过程的出水还需设置多介质过滤器，并在进入过滤器，并在进入RO/NF 之前应调节之前应调节pH 值，使用含值，使用含铁絮凝剂，不论是否同时使用或不使用高分子助凝剂铁絮凝剂，不论是否同时使用或不使用高分子助凝剂（阴离子或非离子型），均可提高石灰软化的固液（阴离子或非离子型），均可提高石灰软化的固液分离作用。分离作用

89、。 仅当产水量大于仅当产水量大于200m3/h的苦咸水系统才会考虑的苦咸水系统才会考虑选择石灰软化预处理工艺。选择石灰软化预处理工艺。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（7）预防性清洗）预防性清洗 在某些场合下，可以通过对膜进行预防性清洗来在某些场合下，可以通过对膜进行预防性清洗来控制结垢问题，此时系统可不需要进行软化或加化学控制结垢问题，此时系统可不需要进行软化或加化学品阻垢。通常这类系统的品阻垢。通常这类系统的运行回收率很低运行回收率很低，约，约25%左左右，而且右，而且12 年年左右就考虑左右就考虑更换膜元件更换膜元件。这些系统通。这些系统通常是以常是

90、以自来水或海水作水源自来水或海水作水源，制造饮用水的单元件不，制造饮用水的单元件不重要的重要的小型系统小型系统，其最简单的清洗方式是打开浓水阀，其最简单的清洗方式是打开浓水阀门作低压冲洗，设置清洗间隔短的模式要比长的模式门作低压冲洗，设置清洗间隔短的模式要比长的模式有效，例如常用每运行有效，例如常用每运行30 分钟低压冲洗分钟低压冲洗30 秒。秒。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（8）调整操作参数）调整操作参数 当当其其它它结结垢垢控控制制措措施施不不起起作作用用时时，必必须须调调整整系系统统的的运运行行参参数数，以以防防止止产产生生结结垢垢问问题题。因因

91、为为保保证证浓浓水水中中难难溶溶盐盐浓浓度度低低于于溶溶度度积积，就就不不会会出出现现沉沉淀淀，这这需需要要通通过过降低系统回收率降低系统回收率来降低浓水中的浓度。来降低浓水中的浓度。 溶解度还取决于温度和溶解度还取决于温度和pH 值，水中含硅时，提高值，水中含硅时，提高温度和温度和pH 可以增加其溶解度，可以增加其溶解度，二氧化硅常常是唯一二氧化硅常常是唯一考虑需要调节这些运行参数以防止结垢的原因考虑需要调节这些运行参数以防止结垢的原因，因为，因为这些参数的调节存在一些缺点，如能耗高或其它结垢这些参数的调节存在一些缺点，如能耗高或其它结垢的风险（如高的风险（如高pH下易发生下易发生CaCO3

92、 沉淀）。沉淀）。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行不同微溶性盐结构的判断与防止措施不同微溶性盐结构的判断与防止措施（1） 碳酸钙沉淀的判断和防止碳酸钙沉淀的判断和防止 天天然然水水源源作作为为反反渗渗透透进进水水时时，在在浓浓水水中中最最容容易易发发生生碳碳酸酸钙钙沉沉淀淀。由由于于反反渗渗透透工工程程中中膜膜对对CO2的的截截留留率率几几乎乎为为零零，而而对对于于Ca2+的的透透过过率率很很低低，一一旦旦进进水水被被反反渗渗透透浓浓缩缩时时，在在膜膜的的浓浓水水中中pH值值会会升升高高和和Ca2+浓浓度度增增高高；另另外外，pH值值上上升升又又会会使使水

93、水中中HCO3-的的比比例例增增加加。这这样样，在在反反渗渗透透过过程程中中，在在膜膜上上会会产产生生碳碳酸酸钙钙沉沉淀淀，其其化化学学反应为：反应为： 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 为了进行结垢的判断和防止碳酸钙沉淀，需要作如为了进行结垢的判断和防止碳酸钙沉淀，需要作如下假设：下假设：u 浓水的浓水的温度温度等于进水的温度等于进水的温度u 浓水中的浓水中的离子强度离子强度，等于进水的离子强度乘以浓缩，等于进水的离子强度乘以浓缩因子（因子（CF） 式中式中R是以分数表示的组件或装置的回收是以分数表示的组件或装置的回收率。该式是偏于保守的，这是因为某些能够

94、离子透过膜，率。该式是偏于保守的，这是因为某些能够离子透过膜，计算的计算的CF值偏高。值偏高。u 浓水中的钙、钡、锶、硫酸根、硅和氟化物的浓度浓水中的钙、钡、锶、硫酸根、硅和氟化物的浓度等于进水中的相应值乘以等于进水中的相应值乘以CF。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行浓水中的重碳酸根以下列方程计算浓水中的重碳酸根以下列方程计算式中HCO3-浓水中浓水中HCO3-的浓度，的浓度，mg/L（CaCO3计）；计）； CFHCO3-的浓缩因子；的浓缩因子；HCO3-r进水中进水中HCO3-的浓度，的浓度，mg/L（CaCO3计）；计）；SP HCO3-在回收率为在

95、回收率为R时以分数表示的时以分数表示的HCO3-的透过率。的透过率。HCO3-是是pH值敏感离子，在不同的值敏感离子，在不同的pH值下，其透过率值下，其透过率SP或脱除率或脱除率r不同。不同。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 Langelier饱和指数判断法饱和指数判断法 Langelier在在30年年代代推推导导了了计计算算饱饱和和pH（pHs）的的公公式。在此式。在此pHs时，时，CaCO3既不溶解也不沉淀。既不溶解也不沉淀。 式中式中 KSPCaCO3的溶度积；的溶度积； K2H2CO3的的 第二离解常数；第二离解常数； Ca2+s饱和状态时饱和状态

96、时Ca2+的浓度；的浓度；HCO3-饱和状态时饱和状态时HCO3-的浓度。的浓度。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 当当pH8.5时，时，HCO3-的浓度近似等于总碱度见下的浓度近似等于总碱度见下图。而平衡常数（图。而平衡常数（KSP或或K2）与温度和溶解总固体或离）与温度和溶解总固体或离子强度有关。通常由上式派生出来的式（子强度有关。通常由上式派生出来的式（2）和表）和表1中中所列的有关因子来计算所列的有关因子来计算pHs。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行Langelier饱和指数的定义饱和指数的定义 式中式中 pHr

97、浓水的浓水的pH，其值为：，其值为：pHr可可由由上上式式求求得得或或从从HCO3-和和CO2的的比比率率对对pH的的影影响响的图上查出。的图上查出。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行pHsCaCO3饱和时水的饱和时水的pH值，其值为值，其值为 式中式中A与溶解总固体与溶解总固体TDS有关的因子：有关的因子：B与温度与温度t有关的因子：有关的因子：C与与Ca2+浓度有关的因子：浓度有关的因子：，Ca2+单位为单位为mol/L。D总碱度（总碱度（HCO3-浓度）有关的因子：浓度）有关的因子：，碱度碱度单位为单位为mol/L。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行

98、工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 根据浓水的根据浓水的LSI可判断可判断CaCO3沉淀的可能沉淀的可能性如下：性如下：LSI0沉淀沉淀LSI0饱和状态饱和状态LSI0溶解溶解 若进水中添加阻垢剂，如六偏磷酸钠若进水中添加阻垢剂，如六偏磷酸钠（SHMP），可使浓水的），可使浓水的LSI1时不会发生时不会发生CaCO3沉淀，不然就得加酸调节沉淀，不然就得加酸调节pH使使LSI0.5（加（加10mg/L SHMP）。）。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行LSI计算例题：计算例题： 计算含盐量：计算含盐量：TDS=400mg/L；Ca2+=240mg/L(CaCO

99、3)；HCO3-=196mg/l(CaCO3计计)；pH=7.2的的水水在在51(124)的的LSI。根据上述已知条件得：。根据上述已知条件得：A=0.16（由（由ATDS=400mg/L）B=1.53（由（由 Bt=51）C=1.98（由（由CCa2+=240mg/L）D=2.29（由（由DHCO3-=240mg/L） 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 Stiff 和和Davis稳定指数（稳定指数（S&DSI）法）法 对对于于高高TDS的的水水，如如海海水水，采采用用50年年代代H. A. Stiff和和L. E. Davis指指出出的的稳稳定定指指数数（

100、S&DSI）法法判判断断CaCO3沉淀更为精确。其定义为：沉淀更为精确。其定义为： 式中的符号意义和判断式中的符号意义和判断CaCO3沉淀的方法与沉淀的方法与LSI法相同。法相同。当进水的当进水的pH为为7.07.5，回收率约，回收率约30时海水为水源时海水为水源的浓水通常的浓水通常S&DSI0。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行知知道道了了进进水水的的Ca2+、HCO3-和和TDS或或离离子子强强度度，在在一一定定的的回回收收率率下下，浓浓水水的的相相应应值值可可将将上上述述各各项项分分别别乘乘以以浓缩因子浓缩因子CF得到，水的离子强度得到，水的离子强度I

101、的计算方程为：的计算方程为：式中式中 I离子强度；离子强度；mi离子离子i的重量莫尔浓度，的重量莫尔浓度，mol/L H2O；Zi离子离子i的电荷。的电荷。重量摩尔的计算方程：重量摩尔的计算方程：工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 浓水的饱和浓水的饱和pH（pHs）为）为式中式中pCa钙离子浓度的负对数；钙离子浓度的负对数；pAlk碱度（碱度（HCO3-浓度）的负对数；浓度）的负对数； K最高温度时离子强度常数。最高温度时离子强度常数。 上述上述pCa、pAlk和和K可分别由钙、碱度与可分别由钙、碱度与pCa、pAlk的变换和的变换和Stiff和和Davis”

102、K”与离子强度和温度的关与离子强度和温度的关系系图线中查出。图线中查出。 浓水的浓水的pH（pHr）由进料液海水）由进料液海水pH与浓水与浓水pH的的关系图线得到。关系图线得到。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 防止碳酸钙沉淀的预处理加酸法防止碳酸钙沉淀的预处理加酸法 加酸调节进水的加酸调节进水的pH值是使值是使LSI或或S&DSI0，防，防止止CaCO3沉淀的最普遍采用的方法。加酸使沉淀的最普遍采用的方法。加酸使CO32-转化转化为为HCO3-然后转化为然后转化为CO2（通常脱气去除）。（通常脱气去除）。硫酸硫酸或或盐酸盐酸均可作为调节均可作为调节pH的

103、药剂。前者廉价和硫酸根反渗的药剂。前者廉价和硫酸根反渗透脱除率高，故更为可取。但对某些水源，因硫酸带透脱除率高，故更为可取。但对某些水源，因硫酸带入的硫酸根导致钙、锶和钡的硫酸盐沉淀，在这种情入的硫酸根导致钙、锶和钡的硫酸盐沉淀，在这种情况下，应以盐酸调节况下，应以盐酸调节pH。加酸后的化学反应如下：。加酸后的化学反应如下： 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行a.加酸量的计算加酸量的计算加加酸酸量量与与进进水水组组成成有有关关。根根据据化化学学反反应应，采采用用与与式式（7137）和和式式（7138）类类似似式式可可以以导导出出硫硫酸酸和和盐盐酸酸加加入入量的

104、计算式。量的计算式。 根据化学反应，每加入根据化学反应，每加入1mg/L H2SO4（100）产）产生生0.898mg/L CO2（CO2计），同时减少计），同时减少1.0205mg/L（CaCO3计）的计）的HCO3-。这样，由可得到：。这样，由可得到： 写成：写成： 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行式中式中 Rf加酸使进水加酸使进水pH由由pHf0变为变为pHf时的时的RH2SO4f 将将进进水水pHf0调调节节至至pHf时时加加入入H2SO4（100）量量，mg/L上上式式中中右右端端分分子子为为加加酸酸后后的的进进水水中中HCO3-的的残残留留浓浓度

105、度；分母为相应的分母为相应的CO2浓度。浓度。将下两式带入上式中将下两式带入上式中 得到：得到：工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 根据反应，每加入根据反应，每加入100mg/L HCl（100）产生）产生1.205mg/L CO2（CO2计），同时减少计），同时减少1.370mg/L（CaCO3计）计）HCO3-。由上述同样处理，可。由上述同样处理，可得盐酸加入量，得盐酸加入量，mg/L HCl（100） 由上两式可知，只要知道原始进水中的由上两式可知，只要知道原始进水中的HCO3-浓浓度度HCO3-f0和和pH值（值（pHf0）和调整至设定的）和调整至设定

106、的pH值值（pHf）就可计算硫酸或盐酸的加入量）就可计算硫酸或盐酸的加入量H2SO4或或HCl。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行b. Langelier饱和指数（饱和指数（LSI）的计算）的计算 在在通通常常水水处处理理中中，水水源源为为苦苦咸咸水水和和城城市市自自来来水水。因因此此，采采用用LSI法法判判断断碳碳酸酸钙钙的的沉沉淀淀可可能性。根据上述能性。根据上述LSI的定义的定义工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（a）pH的计算步骤的计算步骤 （H2SO4调节调节pH）工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗

107、透和纳滤系统及运行式中：式中：（HCl调节调节pH）（H2SO4调节调节pH）工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（b） pHb的计算步骤的计算步骤t()=9/5+32=t()由表可以查到的ATDS，tB，CCa2+和DHCO3-分别查得与上述TDSr、t、Ca2+和HCO3-相对应得A、B、C和D。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（c）计算）计算LSI 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行c实例计算实例计算例例：有有一一种种苦苦咸咸水水，其其水水质质分分析析的的主主要要结结果果为为Ca2+f

108、0：90mg/L(CaCO3计计)；碱碱度度HCO3-f0：240mg/L(CaCO3计计)；总总溶溶解解固固体体(TDSf0)：1490mg/L；pHf0：7.40；水水温温 21； 反反 渗渗 透透 装装 置置 回回 收收 率率 R： 75 。 试试 问问 ：CaCO3会会否否沉沉淀淀。若若发发生生CaCO3沉沉淀淀加加H2SO4或或HCl后后pH变为变为pHf=6.0时的情况。时的情况。 CaCO3沉淀趋势的判断沉淀趋势的判断工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行设：设：工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行T=21=9/5+3

109、2=70 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行通过查表：通过查表： ATDS：TDSr06000A=0.28 tB：t=21=70B=2.06 CCa2+：Ca2+=360C=2.16 DHCO3-：HCO3-r0=916.8D=2.96 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 加加H2SO4或或HCl后后pH变为变为pHf=6.0时时CaCO3沉淀趋势沉淀趋势的判断的判断 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行或或工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行或或工艺过程设计反渗

110、透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行或或工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 无论加无论加H2SO4或或HCl，总溶解固体减少，但，总溶解固体减少，但其值甚微，因此，其值甚微，因此，TDSrTDSr06000mg/L。 或或工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行由数据表中查出以下数据：由数据表中查出以下数据：ATDS：TDSr06000A=0.28 tB：t=21=70B=2.06 CCa2+：Ca2+r= Ca2+r0 =360mg/L(CaCO3计计)C=2.16 DHCO3-：HCO3-r=212mg/L (C

111、aCO3计计)D=2.32 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 经计算可知：经计算可知： 将原始的苦咸水加将原始的苦咸水加H2SO4（100）157mg/L或或HCl（100）117mg/L可使水的可使水的pH调节至调节至pHf=6.00。 此时，此时，LSI=0.740.2（不加阻垢剂（不加阻垢剂时实际控制值），故不会发生时实际控制值），故不会发生CaCO3沉淀。沉淀。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 防止防止CaCO3结构的另一计算方法结构的另一计算方法 确定进水的总碱度，确定进水的总碱度，TDS，Ca2+和和CO2；

112、 确定浓水的总碱度，确定浓水的总碱度，TDS，Ca2+和和CO2； 由碱度由碱度/CO2pH图（图图（图739）可得浓水）可得浓水pH； 由由 浓浓 水水 碱碱 度度 、 浓浓 水水 Ca2+、 浓浓 水水 TDS和和 温温 度度 在在Langelier饱饱和和指指数数曲曲线线图图（图图740）上上可可分分别别求求得得pAlk、pCa和和“C”； 据据pHspAlkpCa“C”可求得可求得pHs；据据LSI=pHpHs可判断可判断CaCO3可否会沉淀。可否会沉淀。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行例：已知例：已知进进水水TDS=405mg/L，pH=6.0，

113、总总碱度（碱度（CaCO3）=10mg/L，Ca2+(CaCO3)=65mg/L，T=25, , CO2=16mg/L，回收率，回收率=75%，计计算算LSI。解解：浓浓水水总总碱碱度度 ，CO2=16mg/L，Ca2+= ，TDS= 。 由水由水总总碱度碱度/CO2，从，从图图1，可得，可得浓浓水水pH=6.7 由水由水总总碱度碱度/Ca2+，TDS和温度，从和温度，从图图2上可分上可分别别求得求得 pAlk=3.1，pCa=2.6，“C”=2.24，则则pHs=3.1+2.6+2.24=7.94LSI=pHpHs=6.77.94=1.24工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透

114、和纳滤系统及运行图图1 HCO3-、碱度和、碱度和CO2对对pH的影响的影响工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行图图2 Langelier 饱和指数曲线饱和指数曲线 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 另有求另有求pHs的方法如下：的方法如下： 根据碳酸钙在水中平衡时，其根据碳酸钙在水中平衡时，其pHs的简化表达式：的简化表达式：（浓度以（浓度以mol/L计）计）（浓度以（浓度以mg/L计）计） 其中（其中（pK2pKs）反映盐度和水温的影响，）反映盐度和水温的影响，pCa和和pA反映反映Ca2+和和碱度碱度的影响。的影响。 利

115、用下表或下图对利用下表或下图对pHs进行计算。进行计算。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（pK2pKs）的）的值值工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行pHs计算图计算图 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行例例：水水温温20钙钙离离子子含含量量72mg/L，碱碱度度3mmol/L，含含盐盐量量240mg/L，求其，求其pHs。由上表计算：查表可知：由上表计算：查表可知：pK2pKs2.29利用上图计算：利用上图计算： 由由20和和240mg/L含盐量，可得：含盐量，可得：pK2pKs2.29

116、由由Ca2+=72mg/L和和pCa线，可得：线，可得：pCa=2.76 由由A=3mol/L和和pA线，可得：线，可得：pA=2.54，则，则pHs=2.26+2.76+2.54=7.56工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行(2) 硫酸硫酸盐盐（钙钙、锶锶和和钡钡）沉淀的判断与防止）沉淀的判断与防止 当当进进行行海海水水淡淡化化时时，通通常常不不存存在在微微溶溶性性硫硫酸酸盐盐沉沉淀淀的的问问题题。然然而而对对于于苦苦咸咸水水来来说说，除除了了要要考考虑虑反反渗渗透透浓浓水水中中碳碳酸酸钙钙的的沉沉淀淀还还应应对对硫硫酸酸盐盐（钙钙、锶锶和和钡钡）的的沉淀并加

117、以控制。沉淀并加以控制。 若若反反渗渗透透浓浓水水中中的的微微溶溶性性硫硫酸酸盐盐超超过过该该水水溶溶液液温温度度下下的的溶溶度度积积KSP时时，在在膜膜上上会会产产生生硫硫酸酸盐盐沉沉淀淀。由由于于这这些些盐盐沉沉淀淀难难以以去去除除，故故通通常常以以此此作作为为限限制制装装置置回回收收率率R的指的指标标。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 每每种种盐盐的的溶溶度度积积KSP分分别别于于其其对对应应的的离离子子在在浓浓水水中中的离子积的离子积IPr相比的结果如下：相比的结果如下：当当IPrKSP沉淀沉淀当当IPrKSP溶解溶解当当IPrKSP饱和溶液（处于平

118、衡状态）饱和溶液（处于平衡状态） 为防止沉淀，一般膜生产厂商推荐为防止沉淀，一般膜生产厂商推荐IPr0.8KSP。 一一般般说说，微微溶溶盐盐的的溶溶解解度度随随着着溶溶液液离离子子强强度度的的增增加加而而提提高高。就就苦苦咸咸水水中中通通常常存存在在的的微微溶溶盐盐而而言言，KSP值值是离子强度是离子强度I的函数。的函数。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 硫酸钙沉淀的判断和防止硫酸钙沉淀的判断和防止 为为判判断断硫硫酸酸钙钙沉沉淀淀的的可可能能性性及及其其防防止止需需要要进进行行如如下计算。下计算。计算进水的离子积计算进水的离子积IPf：进水中Ca2+的摩

119、尔浓度，mol/L； Ca2+的分子量； 进水中SO42-的摩尔浓度，mol/L； SO42-的分子量； 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行b. 根据公式计算进水的离子强度根据公式计算进水的离子强度If；c. 由下图由下图 KSPI得到于得到于If相应的相应的KSP。计算不发生硫酸钙沉淀的最高浓缩倍数计算不发生硫酸钙沉淀的最高浓缩倍数 （不加阻垢剂（不加阻垢剂SHMP） （加（加10mg/L SHMP）e. 计算于计算于CFmax相应的最高回收率相应的最高回收率工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行硫酸钙硫酸钙KSP与离子强度与离

120、子强度I的关系的关系 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 硫酸锶沉淀的判断和防止硫酸锶沉淀的判断和防止 苦苦咸咸水水为为水水源源时时，反反渗渗透透浓浓水水中中有有可可能能出出现现硫硫酸酸锶锶沉沉淀淀，这这是是因因为为硫硫酸酸锶锶的的KSP比比CaSO4的的要要低低得得多多。水水源源中中含含有有1015mg/L Sr2+足足以以引引起起浓浓水水中中硫硫酸酸锶锶沉沉淀淀。其其计计算算式式和和步步骤骤同同硫硫酸酸钙钙，所所不不同同的的是是式式中中的的IPf和和KSP的的浓浓度度由由Sr的的代代替替Ca的的。由由下下图图。另另外外当当加加入入10mg/L SHMP时的

121、最高浓缩倍数为：时的最高浓缩倍数为：工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行硫酸钙硫酸钙0.8KSP与离子强度与离子强度I的关系（的关系（）工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 硫酸钡沉淀的判断与防止硫酸钡沉淀的判断与防止 苦苦咸咸水水中中通通常常Ba2+含含量量比比Sr2+低低很很多多，与与Ca2+相相比比更更是是微微不不足足道道，但但其其KSP极极低低，Ba2+的的浓浓度度低低至至0.050.10mg/L时时，反反渗渗透透浓浓水水中中还还有有可可能能出出现现BaSO4沉沉淀淀。有有关关计计算算式式和和计计算算步步骤骤亦亦与与上上述

122、述相相同同，只只是是式式中中的的特特征征参参数数应应与与之之对对应应。另另外外，当当加加入入10mg/L SHMP时时的最高浓缩倍数为：的最高浓缩倍数为：工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行8.1.4 金属氧化物金属氧化物 原原始始进进水水中中溶溶解解的的金金属属盐盐在在反反渗渗透透单单元元中中会会发发生生沉沉淀淀。这这些些盐盐中中最最常常见见的的形形式式是是氢氢氧氧化化铁铁，其其次次是是氢氢氧氧化化铝铝，也也有有可可能能存存在在氢氢氧氧化化锰锰的的沉沉淀淀，但但不不太太常常见见。在在除除铁铁过过程程中中锰锰也也被被除除去。去。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行

123、工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（1）铁、锰化合物）铁、锰化合物 1）铁污染的原因）铁污染的原因 a. 组件内亚铁离子的氧化组件内亚铁离子的氧化 亚亚铁铁离离子子本本身身不不会会影影响响膜膜组组件件的的性性能能，且且脱脱除除率率很很高高。然然而而，进进水水中中含含有有溶溶解解氧氧，使使之之氧氧化化为为三三价价铁铁，尤尤其其是是在在高高pH下下。会会在在膜膜上上形形成成沉沉淀淀。这这一一氧氧化化反反应应的速度与进水中铁离子的浓度、氧的浓度和的速度与进水中铁离子的浓度、氧的浓度和pH有关有关。 控控制制进进水水的的pH和和消消除除氧氧气气，可可防防止止氢氢氧氧化化铁铁的的沉沉淀淀。将将pH降降至

124、至通通常常反反渗渗透透单单元元的的pH范范围围57，不不会会影影响响二二价价铁铁的的溶溶解解度度，但但在在较较低低的的pH下下，二二价价铁铁的的氧氧化速度大为降低。化速度大为降低。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行b. 预预处处理理和和反反渗渗透透的的设设备备和和管管系系可可能能出出现现铁铁的的腐腐蚀蚀产产物物，如如预预处处理理系系统统的的某某些些衬衬胶胶设设备备、泵泵和和管管阀阀件件等等的的局局部部缺缺陷陷处处和和高高压压腐腐蚀蚀泵泵和和管管道道的某些死角，焊缝处的腐蚀产物等。的某些死角，焊缝处的腐蚀产物等。c. 水水源源至至反反渗渗透透系系统统之之间间长长

125、距距离离铁铁（铸铸铁铁）管管的腐蚀产物。的腐蚀产物。d. 铁铁腐腐蚀蚀产产物物中中的的部部分分铁铁胶胶体体（将将铁铁的的氧氧化化物物规划为胶体处理）。规划为胶体处理）。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行2) 铁污染的防止铁污染的防止根据进水根据进水pH和溶解氧含量确定进水二价铁的含量。和溶解氧含量确定进水二价铁的含量。进水中铁含量控制进水中铁含量控制氧含量（mg/L）pH允许的Fe2+含量（mg/L）0.50.640.556.07.00.551070.05工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行b. 亚铁浓度极高时的措施亚铁浓度极高

126、时的措施 (a)曝曝 气气 、 加加 氯氯 （ Cl2或或 NaClO） 或或 高高 锰锰 酸酸 钾钾（KMnO4）将将亚亚铁铁（Fe2+）氧氧化化为为三三价价铁铁（Fe3+）然然后过滤除去；后过滤除去； (b)海海绿绿砂砂过过滤滤器器一一步步将将Fe2+氧氧化化为为Fe3+同同时时将将铁铁的沉淀滤去；的沉淀滤去； (c)铁铁含含量量不不高高，如如1mg/L时时也也可可以以由由钠钠型型阳阳离离子子交交换换软软化化处处铁铁，但但铁铁含含量量1mg/L时时，会会使使软软化化器器中毒（污染）。中毒（污染）。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（2）铝化合物）铝化合物

127、某某些些城城市市自自来来水水采采用用明明矾矾（硫硫酸酸钾钾铝铝）作作为为混混凝凝剂剂。这这类类自自来来水水有有可可能能出出现现铝铝污污染染。铝铝离离子子是是两两性性的的，可可作作为为酸酸也也可可作作为为碱碱，而而在在pH约约6.56.7时时的的溶溶解解度度最最小小。在在絮絮凝凝过过程程中中，pH过过高高或或过过低低，其其处处理理后后的的水水中中含含有有较较高高浓浓度度的的铝铝离离子子。这这样样的的水水作作为为反反渗渗透透的的原原始始进进水水，不不是是在在调调节节pH防防止止碳碳酸酸钙钙沉沉淀淀的的过过程程中中会会出出现现氢氢氧氧化化铝铝沉沉淀淀，就就是是在在反反渗渗透透过过程程中中超超过过其其

128、溶溶解解度度出出现现沉沉淀淀。为为防防止止出出现现上上述述情情况况，在在铝铝剂剂处处理理系系统统中中，必必须须控控制制pH在在6.56.7，从从而而使使铝铝的的溶溶解解度度最最低低，防防止铝对反渗透单元的污染。止铝对反渗透单元的污染。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行8.1.5 硅硅（1）二二氧氧化化硅硅过过饱饱和和时时会会聚聚合合产产生生不不溶溶性性的的胶胶体体硅硅或或硅硅胶而污染膜胶而污染膜 浓浓水水中中最最高高的的二二氧氧化化硅硅浓浓度度是是根根据据无无定定形形二二氧氧化化硅硅的的浓浓度度确确定定的的。在在纯纯水水中中，无无定定形形二二氧氧化化硅硅在在2

129、5时时的的溶溶解解度度为为100mg/L，其其溶溶解解度度随随温温度度呈呈线线性性变变化化，在在0时时为为0mg/L，在在40时时为为160mg/L。当当pH为为中中性性时时，一一般般只只有有溶溶解解的的硅硅酸酸，在在碱碱性性溶溶液液中中，无无定定形形硅硅的的溶溶解解度度大大于于酸酸性性和和中中性性溶溶液液中中的的值值，这这主主要要是是硅硅酸酸离子化的结果。离子化的结果。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行 SiO2的的溶溶解解度度一一般般与与离离子子强强度度无无关关，然然而而Fe、Al、Mn的的氢氢氧氧化化物物会会吸吸附附SiO2及及催催化化SiO2复复合合体

130、体发发生生沉沉淀淀。一一些些膜膜生生产产商商的的经经验验指指出出，若若无无杂杂质质催催化化作作用用，实实际际应应用用SiO2中中的的溶溶解解度度与与温温度度的的操操作作线线。如如图图下下中中虚虚线线所示，在此虚线范围内，不产生所示，在此虚线范围内，不产生SiO2沉淀。沉淀。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（2）SiO2沉淀的判断沉淀的判断 不产生不产生SiO2沉淀的条件：沉淀的条件：SiO2rSiO2htSiO2rCFSiO2fSiO2htSiO2tCFpH式中式中SiO2r浓度中浓度中SiO2浓度，浓度，mg/L；SiO2htSiO2在水中的溶解度，在水中

131、的溶解度，mg/L；SiO2tSiO2在温度为在温度为t时水中的溶解度，时水中的溶解度，mg/L； CFpHSiO2在水中溶解度的在水中溶解度的pH校正因子。校正因子。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（3）二氧化硅沉淀的控制）二氧化硅沉淀的控制 对对SiO2无任何阻垢剂和分散剂，主要控制方法如下：无任何阻垢剂和分散剂，主要控制方法如下：降低回收率，使浓水中降低回收率，使浓水中SiO2含量小于其溶解度；含量小于其溶解度；适当提高操作温度，以提高适当提高操作温度，以提高SiO2在水中溶解度；在水中溶解度；适当提高适当提高pH；将上述三种方法进行适当的组合；将上述

132、三种方法进行适当的组合；石灰软化，可使石灰软化，可使SiO2浓度降低一半左右。浓度降低一半左右。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行8.1.5 有机物有机物（1）有机物类型）有机物类型 进进水水中中可可能能存存在在各各种种有有机机物物，有有挥挥发发性性的的低低分分子子化化合合物物，如如低低分分子子的的醇醇、酮酮和和氨氨等等，有有极极性性和和阴阴离离子子型型化化合合物物如如腐腐质质酸酸、富富里里酸酸和和丹丹宁宁酸酸等等，有有非非极极性性和和弱弱理理解解的的化化合合物物，如如植植物物性性蛋蛋白白等等。这这些些有有机机物物呈呈悬悬浮、胶体和溶解三种形态。这里仅涉及可

133、溶性有机物。浮、胶体和溶解三种形态。这里仅涉及可溶性有机物。（2）有机物对膜污染的作用）有机物对膜污染的作用 有有些些低低分分子子化化合合物物如如乙乙醇醇等等，可可透透过过膜膜，这这样样对对膜膜没没有有影影响响；腐腐质质酸酸分分子子量量，不不透透过过膜膜，也也很很少少污污染染膜；而丹宁酸易吸附在膜上，是强污染剂。膜；而丹宁酸易吸附在膜上，是强污染剂。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（3）有机物的去除方法）有机物的去除方法 不不同同种种类类的的有有机机物物，据据其其特特性性，用用不不同同的的方方法法去去除除之之，除除上上述述用用聚聚阳阳离离子子絮絮凝凝剂剂去去

134、除除阴阴离离子子极极性性大大分分子外，还可用下述一些方法：子外，还可用下述一些方法： 低分子易挥发有机物，可以脱气法除去；低分子易挥发有机物，可以脱气法除去； 非极性，中高分子量的有机物可以活性碳吸附去除；非极性，中高分子量的有机物可以活性碳吸附去除； 弱弱解解离离的的大大分分子子可可用用吸吸附附树树脂脂（又又叫叫有有机机物物清清除除剂剂）除去；除去； 在在某某些些情情况况下下，可可考考虑虑用用超超滤滤来来去去除除，去去除除一一定定分分子子量的有机物。量的有机物。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行8.2 反渗透和纳滤装置反渗透和纳滤装置8.2.1 单组件反渗透

135、和纳滤装置单组件反渗透和纳滤装置 最最简简单单的的反反渗渗透透和和纳纳滤滤装装置置包包括括一一台台升升高高进进水水压压力力的的高高压压泵泵，一一个个组组件件和和控控制制装装置置回回收收率率的的浓浓水水流流量量调节阀调节阀。 下下图图为为设设有有产产水水高高位位槽槽冲冲洗洗回回路路的的单单组组件件反反渗渗透透或或纳纳滤滤装装置置。经经预预处处理理后后的的进进水水经经进进水水阀阀流流过过筒筒式式微微米米级级保保安安过过滤滤器器后后至至高高压压泵泵，由由高高压压泵泵加加压压的的进进水水中中透透过过膜膜的的产产水水进进入入高高（位位）产产水水槽槽；未未透透过过膜膜的的浓浓水水经经流流量量控控制制阀阀排

136、排放放。对对高高盐盐度度的的苦苦咸咸水水或或海海水水淡淡化化，应设停机高位水槽冲洗回路。应设停机高位水槽冲洗回路。 工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行单组件反渗透装置单组件反渗透装置工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行8.2.2 多组件的反渗透和纳滤装置多组件的反渗透和纳滤装置（1）多组件并联单段（级）反渗透或纳滤装置）多组件并联单段（级）反渗透或纳滤装置多组件并联单级装置多组件并联单级装置工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（2）分段式反渗透和纳滤装置）分段式反渗透和纳滤装置二段式反渗透装置二段

137、式反渗透装置工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行（3）分级式反渗透装置）分级式反渗透装置 分级式装置常用于海水二级反渗透淡化和二级自分级式装置常用于海水二级反渗透淡化和二级自来水净化，如通常含盐量来水净化，如通常含盐量500mg/L的自来水制取的自来水制取0.51M（25）的纯水，不需要离子交换再次除盐。）的纯水，不需要离子交换再次除盐。 在海水二级反渗透淡化制取饮用水时，装置的第在海水二级反渗透淡化制取饮用水时，装置的第一、二级分别采用海水元、组件和苦咸水元、组件。一、二级分别采用海水元、组件和苦咸水元、组件。这是因为第二级的进水（第一级产水）的含盐量通常这是

138、因为第二级的进水（第一级产水）的含盐量通常1000mg/L。基于上述进水的含盐量较低和污染物不。基于上述进水的含盐量较低和污染物不足，故该级的回收率可高达足，故该级的回收率可高达90，但为保持较好的流，但为保持较好的流动状态，需采用多段式。动状态，需采用多段式。工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行工艺过程设计反渗透和纳滤系统及运行8.3 辅助设备和主要零部件辅助设备和主要零部件8.3.1 停机冲洗系统停机冲洗系统（1）海水和高盐度苦咸水应用）海水和高盐度苦咸水应用 海海水水等等高高盐盐度度水水的的淡淡化化应应用用场场合合，一一旦旦停停机机要要及及时进行冲洗。其理由如下：时进行冲洗。其理由如下： 静态的海水对不锈钢部件的腐蚀较为严重；静态的海水对不锈钢部件的腐蚀较为严重； 通通常常加加入入的的阻阻垢垢剂剂产产生生的的亚亚稳稳态态过过饱饱和和微微溶溶盐盐在在4小时内会发生沉淀，须及时冲洗除去；小时内会发生沉淀，须及时冲洗除去； 在在停停机机时时，反反渗渗透透停停止止，此此时时膜膜产产水水侧侧的的化化学学位位远远高高于于进进水水侧侧的的化化学学位位而而发发生生（自自然然）渗渗透透，若若无无适适当当体积的产水补充，会使膜失水干燥损坏。体积的产水补充，会使膜失水干燥损坏。