基本知识

RO系统的回收率设置成多少最合理

写在前面：

在和同行以及客户探讨设计方案时，经常涉及到系统回收率设置的合理性问题。其问题的本质就是设置的回收率是否已经超过系统的回收率上限（极限回收率）。我们在水处理基本知识 浅谈RO装置的极限回收率一文中有过较详细的阐述，有兴趣的伙伴可以在看完本文以后回过头去研读。

正文

关于反渗透系统的回收率，根据膜元件性能及经验得出的回收率一般可以表述为：

一级RO系统：小型系统（膜元件数量少于6支）回收率设置为50-75%

一级RO系统：大中型系统回收率设置为75%

二级RO系统：回收率设为85%+

结论性的观点总是更容易记忆，但是没有限定条件的结论往往也很容易误人子弟！

一、回收率、浓缩因子、浓差极化因子的简单回顾

①回收率计算公式：

R=Fp/Ff×100%

式中：Ff ----反渗透膜（系统）的进水流量（m/h）

Fp ----反渗透膜（系统）的产水流量（m/h）

R ----反渗透膜（系统）的回收率

②浓缩因子计算公式：

CF=1/(1-R)

式中：CF ----浓缩因子

R ----反渗透膜（系统）的回收率

③浓差极化因子

β（一级RO）≤1.2；β（二级RO）≤1.4

备注：传统RO膜的单支膜元件回收率上限为15%，极限回收率上限为15%*1.2=18%。在RO软件设计系统中一般以前者作为设计标准（超过则会报警）。

膜元件总数＜6的小型RO系统，可适当放宽上述最大回收率限制

二、RO系统回收率的影响因素

RO系统回收率的影响因素原则上分为难溶盐结垢、浓差极化、末端元件浓水流、均衡膜通量四部分，其相应的影响因素分别如下：

①难溶盐结构：原水水质、回收比例

②浓差极化：膜元件表面浓水侧含盐量富集

③末端元件浓水流：足够的末端元件浓水流带走高盐分浓水，减少末端浓水侧的结垢风险

④膜通量：均衡膜通量有助于确保前后膜元件较均匀的工作效率，防止单支膜元件回收率或者膜通量过高。

其中①②③叠加作用发生在系统末端膜元件（最后一只膜元件）浓水侧表面，此处的难溶盐结垢风险最大，其相应难溶盐的溶度积Ksp是原水的浓缩因子*浓差极化因子乘积二次方（AB式难溶盐，A2B和AB2为三次方）。以75%系统碳酸钙回收率举例，其浓缩因子=1/（1-0.75）=4，β=1.2，CF*β=4.8，其Ksp为原水（给水）Ksp的23.04倍。

考虑到②可以通过短时低压冲洗，③和④则可以通过合理排列膜元件来适当解决，所以在常规系统中，往往决定RO系统回收率的就是难溶盐的结垢问题。其影响上限为①②③的叠加作用，影响下限为系统浓缩比例的单独影响。同样以上述案例举例，其上限为23.04倍以上，下限为16倍。

所以当我们默认系统膜元件排列处于理想状态时，影响回收比例的最主要因素其实就是原水水质，其中尤以钙盐和硅酸盐沉积为主。前者主要分为碳酸钙和硫酸钙沉积，且硫酸钙沉积一般只在硫酸根离子浓度远大于碱度时起决定作用（多见于矿业、工业废水），反之则一般都以碳酸钙沉积为主，后者则受温度和阻垢剂影响极大，一般不成为影响系统极限回收率的因素（富硅酸水源除外）。以下是本人前期通过纯数学计算（LSI和Ksp）得出的不同原水水质难溶盐结垢造成的回收率上限表格（考虑了浓差极化影响，实际回收率上限回略高于表格数值）

通过上述表格，我们可以发现在绝大部分情况下，限制系统回收率的主要还是碳酸钙结垢，只有在温度较低且硅酸含量较高时，其才会成为决定因素，且受阻垢剂影响较大（效果较好）。所以在预处理阶段不使用软化器时，系统的回收率是很难达到75%的（即使添加阻垢剂），而合理配置软化器时（Ca2+＜0.03mmol/L），钙盐的结垢风险急剧缩小，此时系统的回收率上限往往都是超过75%的。

三、结论及建议（一级RO系统）

A.小型RO系统（膜元件数量＜6，回收率受系统结构限制较大）：

①原水水质较好（自来水等）：建议回收率60-66.7%（浓缩因子为2.5-3），必要时加装软化阻垢。

②原水水质较差（中水/苦咸水等）：建议回收率50-60%；如加装软化结垢装置，可提升回收率至60-66.7%。

B.中小型RO系统（6＜膜元件数量＜20，回收率一定程度上受系统结构限制）：

①原水水质较好（自来水等）：建议回收率66.7-75%（浓缩因子为3-4），必要时加装软化阻垢。

②原水水质较差（中水/苦咸水等）：建议回收率60-75%，同时加装软化阻垢装置。

C.中型以上RO系统（膜元件数量＞20，回收率几乎不受系统结构限制，除非场地受限）

①原水水质较好（自来水等）：建议回收率75%（浓缩因子为4），同时加装软化阻垢装置。

②原水水质较差（中水/苦咸水等）：建议回收率60-75%，同时加装软化阻垢装置。

备注：二级RO系统的给水水质较好，难溶盐结垢风险低，单支膜元件回收率上限为30%，理论上3支膜元件串联就可以设置超过80%以上回收率。

写在最后：上述理论计算及经验结论多少都会跟WAVE和ROSA之类的设计软件存在偏差，精准结论以详细原水水质条件下的软件计算为准，本文结论仅供简单参考，中型以上RO系统请使用软件设计或验证（软件使用说明及下载方式请自行翻阅前文）。