反渗透和纳滤的的工艺过程设计
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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
图所示。
边界层
膜
Jw
c2 c1
c2
D dc dx
c1
c3
主体溶液
产水
δ
浓差极化理论模型
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工艺过程设计－系统设计要求
1 系统设计要求 1.1 进水水质
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（预处理、产水量、回收率、 脱除性能、压力、流速……），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。
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工艺过程设计－系统设计要求
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工艺过程设计－系统设计要求
常规水源的水质特点： ➢ 市政供水为了防止管网的腐蚀，一般pH偏高，含有 游离氯和Fe离子等 ➢ 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 ➢ 地下水成份一般相对稳定，多数具有高硬度和碱度的 特征 ➢ 海水要考虑悬浮固体、微生物和细菌，进水pH 值和 水温，金属氧化物和微溶盐的沉淀（不同海域水质差异 较大） ➢ 其他特殊场合，如化工、生物行业物料的浓缩、分离 等
通过下式可计算出反渗透和纳滤膜的产水量下降斜
率。
m
lg
Qt Q0
lg t
式中，m为产水量下降斜率；t为运行时间，h；Q0和Qt
分别为运行初期和运行t小时后的产水量。
通常CA类膜m＝-0.03～-0.05，复合膜的m=-
0.01～-0.02。即CA类膜产水量年均下降10％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。
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工艺过程设计－系统设计要求
1.6 截留率的衰减 随着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， 导致膜的截留率衰减。
通常CA类膜的年透盐增长率为20％左右，复 合膜约为10％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。
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工艺过程设计－系统设计要求
温度/℃
5 10 15 20 25 30 35 40
校正因子
CA膜
TFC膜
0.590
0.534
0.685
0.630
0.786
0.739
0.890
0.861
1.000
1.000
1.115
1.155
1.235
1.328
1.366
1.520
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（进出水换 热等）减少温度对系统产水效率的的影响。
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工艺过程设计－系统设计要求
采样要求： 取样时要有代表性，要有足够的量，选点要正确，容
器要合适，水样的采集要严格按照《水和废水监测分析 方法》中的要求进行详细的记录。 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CO2、 pH、O2、Cl、SO2-3、离子浓度、硬度、碱度、溶解性 固体、细菌数等，常见参数的要求见下页的水样分析报 告。
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工艺过程设计－系统设计要求
1.3 膜和膜组件的选择 醋酸纤维素最早用于反渗透水处理工艺，具有价廉、耐游
离氯、耐污染的特点，多用于饮用水净化和污染密度指数 （SDI）较高的地方。
芳香族聚酰胺复合膜，通量高，脱盐率高，操作压力低， 耐生物降解，操作pH范围宽（2～11）不易水解，脱SiO2和 NO-3及有机物都较好，但不耐游离氯，易受到Fe、Al和阳离 子絮凝剂的污染，污染速度较快。
1.4 回收率 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。 一般海水淡化回收率在30～45％，纯水制备在 70～85％；而实际设计过程中应根据预处理、 进水水质等的条件确定。
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工艺过程设计－系统设计要求
1.5 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，膜的
膜法水处理技术
反渗透和纳滤工艺过程设计
天津工业大学 环境与化学工程学院
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反渗透和纳滤工艺过程设计
➢ 系统设计要求 ➢ 浓差极化对反渗透和纳滤过程的影响 ➢ 反渗透和纳滤过程的基本方程 ➢ 反渗透和纳滤工艺流程及其特征方程 ➢ 反渗透和纳滤装置的组件配置和性能 ➢ 反渗透和纳滤基本设计内容和过程 ➢ 反渗透和纳滤系统预处理及运行
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工艺过程设计－系统设计要求
1.2 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
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
这些要求决定了系统的规模和所用工艺过程 的选择，如单位时间的产水量，膜组件种类、数 量和排列方式，回收率以及具体的工艺流程等。
产水量会发生衰减。这主要是由于膜长时间在高温高压 下运行，在温度和压力的协同作用下，会出现膜的压密 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，复合膜比醋酸 纤维素膜更耐压密化。
膜污染也是造成膜产水通量的衰减的主要原因。
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工艺过程设计－系统设计要求
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工艺过程设计－浓差极化
2 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
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 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 态平衡时，膜表面处的浓度c2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 率c2/c1称为浓差极化度。
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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 件形式主要是卷式和中空纤维式。
选用膜组件时应综合考虑组器的制备难易、 流动状态、堆砌密度、清洗难易等诸方面，卷式 元件用得最普遍。据进水和出水水质，可初步选 定膜元件，由产水量可初步确定元件得个数。
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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 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较
大的变化。通常根据下式进行计算：
QQ01.0T 325
T为温度，单位℃，即每一度变化使产水量变化3％左右。 也可用温度校正因子（TCF）表示。
TCF exK pt(2713T2198 Kt为与膜材料有关的常数。
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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
图所示。
边界层
膜
Jw
c2 c1
c2
D dc dx
c1
c3
主体溶液
产水
δ
浓差极化理论模型
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工艺过程设计－系统设计要求
1 系统设计要求 1.1 进水水质
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（预处理、产水量、回收率、 脱除性能、压力、流速……），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。
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工艺过程设计－系统设计要求
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工艺过程设计－系统设计要求
常规水源的水质特点： ➢ 市政供水为了防止管网的腐蚀，一般pH偏高，含有 游离氯和Fe离子等 ➢ 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 ➢ 地下水成份一般相对稳定，多数具有高硬度和碱度的 特征 ➢ 海水要考虑悬浮固体、微生物和细菌，进水pH 值和 水温，金属氧化物和微溶盐的沉淀（不同海域水质差异 较大） ➢ 其他特殊场合，如化工、生物行业物料的浓缩、分离 等
通过下式可计算出反渗透和纳滤膜的产水量下降斜
率。
m
lg
Qt Q0
lg t
式中，m为产水量下降斜率；t为运行时间，h；Q0和Qt
分别为运行初期和运行t小时后的产水量。
通常CA类膜m＝-0.03～-0.05，复合膜的m=-
0.01～-0.02。即CA类膜产水量年均下降10％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。
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工艺过程设计－系统设计要求
1.6 截留率的衰减 随着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， 导致膜的截留率衰减。
通常CA类膜的年透盐增长率为20％左右，复 合膜约为10％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。
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工艺过程设计－系统设计要求
温度/℃
5 10 15 20 25 30 35 40
校正因子
CA膜
TFC膜
0.590
0.534
0.685
0.630
0.786
0.739
0.890
0.861
1.000
1.000
1.115
1.155
1.235
1.328
1.366
1.520
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（进出水换 热等）减少温度对系统产水效率的的影响。
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工艺过程设计－系统设计要求
采样要求： 取样时要有代表性，要有足够的量，选点要正确，容
器要合适，水样的采集要严格按照《水和废水监测分析 方法》中的要求进行详细的记录。 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CO2、 pH、O2、Cl、SO2-3、离子浓度、硬度、碱度、溶解性 固体、细菌数等，常见参数的要求见下页的水样分析报 告。
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工艺过程设计－系统设计要求
1.3 膜和膜组件的选择 醋酸纤维素最早用于反渗透水处理工艺，具有价廉、耐游
离氯、耐污染的特点，多用于饮用水净化和污染密度指数 （SDI）较高的地方。
芳香族聚酰胺复合膜，通量高，脱盐率高，操作压力低， 耐生物降解，操作pH范围宽（2～11）不易水解，脱SiO2和 NO-3及有机物都较好，但不耐游离氯，易受到Fe、Al和阳离 子絮凝剂的污染，污染速度较快。
1.4 回收率 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。 一般海水淡化回收率在30～45％，纯水制备在 70～85％；而实际设计过程中应根据预处理、 进水水质等的条件确定。
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1.5 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，膜的
膜法水处理技术
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➢ 系统设计要求 ➢ 浓差极化对反渗透和纳滤过程的影响 ➢ 反渗透和纳滤过程的基本方程 ➢ 反渗透和纳滤工艺流程及其特征方程 ➢ 反渗透和纳滤装置的组件配置和性能 ➢ 反渗透和纳滤基本设计内容和过程 ➢ 反渗透和纳滤系统预处理及运行
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工艺过程设计－系统设计要求
1.2 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
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
这些要求决定了系统的规模和所用工艺过程 的选择，如单位时间的产水量，膜组件种类、数 量和排列方式，回收率以及具体的工艺流程等。
产水量会发生衰减。这主要是由于膜长时间在高温高压 下运行，在温度和压力的协同作用下，会出现膜的压密 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，复合膜比醋酸 纤维素膜更耐压密化。
膜污染也是造成膜产水通量的衰减的主要原因。
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工艺过程设计－浓差极化
2 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
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 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 态平衡时，膜表面处的浓度c2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 率c2/c1称为浓差极化度。
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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 件形式主要是卷式和中空纤维式。
选用膜组件时应综合考虑组器的制备难易、 流动状态、堆砌密度、清洗难易等诸方面，卷式 元件用得最普遍。据进水和出水水质，可初步选 定膜元件，由产水量可初步确定元件得个数。
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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 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较
大的变化。通常根据下式进行计算：
QQ01.0T 325
T为温度，单位℃，即每一度变化使产水量变化3％左右。 也可用温度校正因子（TCF）表示。
TCF exK pt(2713T2198 Kt为与膜材料有关的常数。