系统设计导则
系统设计的重要内容是设定系统中各膜元件的平均产水通量指标。设计通量受到膜系统经济指标与技术指标的双重制约。从经济观点出发,过低的膜通量将使膜系统的设计利用率降低、设备规模增大、投资成本增高;过高的膜通量将加重膜污染、增加膜清洗与摸更换的运行成本。从技术观点出发,过低的膜通量将使系统透盐率上升,不能充分发挥膜工艺的脱盐效果,过高的膜通量将加速膜性能的衰减、无法保证膜合成的系统总费用较低。
各膜厂商给出膜元件标准性能参数时,对应的测试通量是在纯水及短时间测试条件下的运行参数,并不构成确定长期运行通量的依据。反渗透膜自身对通量并无严格的限制,而限制系统平均通量的实质是限制系统的稳定运行期间。一般而言,膜厂商总是保证:在系统给水的允许水质条件下,且在膜性能正常衰减速度基础上,膜系统可以稳定运行3~5年。
当预处理工艺保证了系统给水的水质要求,且系统收率及阻垢剂加保证了系统末端膜表面不存在明显难溶盐沉淀的条件下,膜系统污染及膜性能衰减的主要因素就是系统的邮寄污染。系统有机污染的外因是给水中的有机物种类与浓度,其内因是系统运行负荷即系统平均通量,故系统有机污染的原因可统归为有机物“污染负荷”即有机物浓度与平均通量的乘积。因此,预保证系统稳定运行3~5年,则给水污染物浓度越高,则要求平均通量越低,反之亦然。
尽管反渗透系统工艺前端总有预处理系统存在,但因原水类型及预处理工业各异,系统给水的污染指数不尽相同,且相同污染指数条件对应的0.45微米以下粒径污染物浓度也不相同。为此,各膜厂商制定了以原水类型与预处理工艺为双重背景,对应不同给水有机物种类与浓度的系统平均通量标准即系统设计导则。
因此,预处理系统的投资及运行费用的提高,可以换来膜处理系统投资及运行费用的降低,两者的平衡与优化是膜工艺水处理领域中的典型问题。例如,地表水系统采用低成本传统预处理工艺时的设计通量为17.0~23.8L/(m2.h),而采用高成本超滤预处理工艺时的设计通量为18.7~28.9L/(m2).
从经济层面上讲,设计通量的高低对于投资成本与运行成本形成一对矛盾;从技术层面上讲,设计通量达到高低对于运行稳定一产水水质也成一对矛盾。产水通量的降低会导致产水含量的上升,故对不易达到产水水质要求的系统,适度提高设计通量不失为解决问题的有效方法之一。