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水处理基本知识 多段及多级反渗透系统

水处理基本知识 多段及多级反渗透系统

反渗透系统是水处理设备的重要组成部分，在纯水制备，海水淡化，中水回用等领域有广泛的运用，有其运行费用低（初期设备成本高于离子交换技术）、经济、操作方便、运行可靠等特点。

反渗透系统主要是围绕着核心反渗透膜组件（单膜和多级或多段）运行和配置。其基本的工作原理是：通过高压泵，将原水压力加大到一定的程度7-55KG压力，原水在压力的作用下渗透过反渗透膜（0.0001微米），只允许小于0.0001微米的水分子和溶剂通过，而绝大部分化学离子和细菌，真菌，病毒体等不能通过，称为浓水再利用或者成为废水。反渗透膜的工作效率跟温度和工作压力成正比。过高的压力会损坏膜组件，过低的压力达不到预期的出水量。

反渗透系统因为有一定的进水水质要求，所以前段一般有预处理设备保护（纯水工艺）。

pH 值：4-11 余氯值：<0.1mg/L SDI （淤泥密度指数）< 5

浊度<1 NTU 温度< 45℃ Fe, Mn <0.1mg/L

根据工作压力不同，反渗透膜有以下几种类型：

超低压膜：工作压力7-10KG，常用于淡水纯化，原水含盐量不是很高，能耗低。

低压膜：工作压力10-15KG，常用于中水回用，循环水使用等，多用抗污染膜。

高压膜：工作压力-55KG，常用于海水淡化，苦咸水，原水一般含盐量高。

市场上有2-3KG工作压力的反渗透设备，一般用于家庭用水净化，出水效率较低。

本文重点介绍以市政自来水为原水的反渗透系统。单膜以陶氏8040为基础，单膜脱盐率99%，系统脱盐率97-99%。工作压力10KG，工作温度25℃，单膜的回收率约为50-60%。

多段式和多级反渗透设备：

反渗透纯水设备段：指原水的渗透次数，即产水透过反渗透膜元件的次数。采用多段系统可以提高系统回收率，但产水水质较差。段数的多少直接影响系统的回收率，段数越多，回收率越高，因此普通以脱盐为目的的反渗透系统采用二段或三段工艺居多，可以实现的回收率约为75%；以浓缩为目的的反渗透系统，可以采用三段以上的排列方式，实现85%以上的系统回收率。

简单原理：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一上段的膜元件数量少，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%。

单膜（核心，产品质量决定系统整体运行效率）

一级一段单膜

一级一段式（单膜并联，脱盐率不变，产水量叠加）

一级一段

一级多段式（单膜并联+多段式，脱盐率提高，纯水比例提高）

一级三段

一级纯水的制备一般采用一级二段的方式，最高回收率可达75%。

一级二段浓水的含盐量明显升高，视情况作为废水排放，或者部分回流到1级反渗透设备前，再次利用。

浓水含盐量计算：反渗透单膜一段回收率是55%，二段回收率为40%，假设进水100t/h，则一段产水55t/h，一段浓水45t/h，二段产水18t/h，二段浓水27t/h。为取反渗透的平均脱盐率为一级98%，二级97%，在进水含盐量为X，一段浓水含盐量为Y,二段浓水含盐量为Z。综合回收率为（55+18）/100=73%。

备注：产水量不完全受脱盐率影响，产水量的大小受多种因素的影响。并不能简单的以含盐量计算产水量和脱盐率。

100X=55（1-98%）X + 45Y

Y/X=989/450=2.2

同理

45Y=18（1-97%）Y+ 27Z

Z/Y=4446/2700=1.65

Z/X=2.2*1.65=3.63

综上，二段浓水含盐量约是进水的3.63倍明显的高于原水进水的含盐量。三段及以上时，末端浓水的含盐量更高，当然整个系统的回收率也会更高，能耗会变高，综合性价比不高。

反渗透纯水设备级：指原水流经压力容器（高压泵）的次数，即浓缩水流经不同压力容器的次数。一级反渗透的脱盐率可达98%～99%，因而多级反渗透是把上一级纯化过的水再次脱盐，可实现99.5%以上的脱盐率。常用于高纯水和超纯水的制备。

二级（多级）多段跟一级多段的原理是一样，但是由于二级（多级）进水的水质含盐量已经很低，所以综合回收率会较高（75-90%），且二级一段的纯水/浓水比较高，如果采用2：1的膜元件组合，可能导致二级二段的进水量不足而影响二段的回收率，从而降低综合回收率，可以考虑3:1或者5：2的模式。小型设备受限于膜组件有限，不需要考虑这么多。

二级多段式（多及多段，脱盐率提高，纯水比例提高）

一级二段+二级一段

二级纯水的制备一般采用二级多段（一级二段+二级一段/二段）的方式，综合收率为60-65%。二级（二级一段/二段）浓水的含盐量虽然较于二级进水明显升高，但是因为二级进水的含盐量已经很低，所以二级浓水一般直接回流到一级前段的原水箱二次利用，可以提高整个系统的水利用率。

工业废水和海水淡化运用中，因为含盐量高，污染严重等原因，需要选择不同种类的反渗透膜，脱盐率和产水量也会有很大的下降，情况相对复杂，需要结合项目实际情况和经验单独分析，设计方案。

综上所诉，反渗透的多段和多级应用，主要有提高利用率，提高脱盐率等作用，具体需要参考实际进水的水质和综合成本，合理选择。