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1、反渗透膜法基本原理、设计基础马伟13052700330mawei@dlut.edu.cn反渗透从20世纪50年代反渗透过程的发现,到60年代的商业化运营,时至今日经过近50年的发展,反渗透水处理成为当今先进的水处理脱盐技术,成功地运用于各个领域。反渗透用途几乎涵盖了所有工业部门,广泛应用于电力、化工、石油、饮料、制药、电子、冶金等行业。反渗透的基本原理反渗透原理水的传递通过半透膜的速率由方程(2)确定。Qw（water）=(ΔP-.ΔPosm)*Kw*S/d(2)其中Qw为水透过膜的速率，ΔP为膜两侧压力差，ΔPosm为膜两侧的渗透压差，Kw为膜的纯水渗透系数，
2、S为膜面积。（2）式通常被简化为：Qw=A*(NDP)(3)其中A为膜常数，NDP为跨过膜的水传质总驱动压力或总驱动力。盐的传递透过膜的盐流量定义为：Qs（salt）=ΔC*Ks*S/d(4)其中Qs为膜的透盐量，Ks为膜的盐渗透系数，ΔC为膜两侧盐浓度差，S为膜面积，d为膜厚度。该方程可简化为：Qs=B*(ΔC)(5)其中B代表膜常数，ΔC为盐传质驱动力。从方程4和5可以看出。对于一个已知的膜来说：?膜的水通量与总驱动压力差成比例；?膜的透盐量与膜两侧的浓度差成比例，与操作压力无关。透过液的盐浓度Cp，取决于透过反渗透膜的盐量和水量的比：Cp=Qs/Qw(6)
3、膜对水和盐的传质系数不同，所以才有脱盐率。没有什么理想的膜具有对盐完全的脱除性能。设计反渗透系统必须考虑的一些主要因素。比如操作压力的增加会提高水通量，但对盐的透过没有影响，所以透过液的盐度会更低脱盐率通过反渗透膜从原水中脱除总可溶性杂质浓度或特定溶质浓度的百分率。计算公式为：SR=100%-SP(8)其中SR为脱盐率（％），SP为透盐率见（7）式。产水-透过液反渗透、纳滤膜的透过液为净化水，因此也称为系统产水。浓水-浓缩液未透过膜的溶液，原水中的溶质在其中被浓缩。在水处理反渗透系统中浓水作为废水排出。回收率（转化率）原水转化为产水的百分率。回收率是反渗透系统设
4、计和运行的重要参数，计算公差为：R=100%*(Qp/Qf)(9)其中R为回收率（％），Qp为产水流量，Qf为原水流量。回收率影响透盐量和产水量。回收率增加时料液侧中的盐浓度也会增加，致使透盐量增加、渗透压上升以及NDP降低、产水量降低。浓差极化(β--beita系数)浓差极化效应如下：膜面上的渗透压比本体溶液中高，从而降低NDP（净驱动压力）；?降低水通量（Qw）；?增加透盐量（Qs）；?增加难溶盐在膜面上超过其溶度积在膜面上沉淀结垢的可能性。浓差极化因子（CPF）被定义为膜面浓度（Cs）与本体浓度（Cb）的比：CPF=Cs/Cb(10)。平均给水流量（Qfa
5、vg）成反比：CPF=Kp*exp（Qp/Qfavg）(11)其中Kp是取决于系统形状的比例常熟。料液平均流量采用料液和浓缩液的算术平均数，CPF可以表达为膜组件透过液回收率的函数（Ri）：CPF=Kp*exp(2Ri/(2-Ri))(12)浓差极化因子极限值为1.20透盐率原水中溶解性杂质透过膜的百分率，计算公式为：SP=100%*(Cp/Cfm)(7)其中SP为透盐率（％），Cp为透过液盐浓度，Cfm为料液的平均盐浓度。水通量和透盐率的基本关系式是反渗透的基本原理。可以看出，透盐率随操作压力增加而降低，其原因是水通量随压力增加，但盐的透过速率在压力变化情况下
6、保持不便。反渗透预处理系统反渗透运行过程中,在系统设计合理的情况下,并排除设备机械损坏等因素外,由于水质千差万别,若运行控制不当,必然会导致膜的污染,严重的会导致整个反渗透装置的报废,会造成巨大的经济损失。因此,位于反渗透装置之前的预处理系统就显得格外重要。反渗透预处理的必要性反渗透装置运行过程中,膜本身对于pH值、温度、某些化学物质较敏感,有一定的要求;同时为了避免膜表面被污染,对各种微生物、浓差极化、悬浮物、胶体、乳化油有严格的要求,为了满足反渗透膜对水质的要求,进料水进入膜之前必须进行妥善的预处理。反渗透预处理的必要性只有满足反渗透进水水质要求的预处理,才
7、能保证反渗透膜的使用寿命;确保产品水(渗透水)流量稳定、脱盐率较高、回收率不变;运行费用最低。从这个意义上来说,预处理工艺设计恰当与否是整个反渗透装置设计成败的关键。倘若RO系统未设置适当的预处理，则不可能得到长期满意的运行效果；不适当或不稳定的预处理都将会导致频繁的膜清洗及膜的过早降解，甚至导致过早地更换膜元件。反渗透预处理的必要性图1不同情况下膜的渗透流量与时间的关系反渗透预处理的目的预处理的效果是以SDI指数(siltdensityindex)或MFI指数(modifiedfoulingindex)来表征.源水水质的优劣及其随时间的变化情况决定了预处理系统
8、的复杂程度,因此在确定采
