純水設(shè)備反滲透濃水回流應(yīng)用與設(shè)計方法
【天津純水設(shè)備http://www.shunhung.com/】反滲透技術(shù)在中水回用、廢水零排放、海水淡化等水處理領(lǐng)域被廣泛使用。提高反滲透系統(tǒng)回收率、降低膜污堵程度是實現(xiàn)反滲透高效節(jié)能運行的基礎(chǔ)，因此，部分水處理項目中反滲透系統(tǒng)設(shè)計了濃水回流。本文從反滲透膜對水流動狀態(tài)的技術(shù)要求出發(fā)，分析反滲透濃水回流的適用場景，給出濃水回流的設(shè)計方法，供大家參考。
一、反滲透水流狀態(tài)要求
皙全純水公司已經(jīng)提到反滲透濃差極化現(xiàn)象與回收率設(shè)計中已提及了濃差極化對反滲透膜的不良影響，其會使膜通量降低、脫鹽率下降、膜污堵結(jié)垢。對于濃差極化的程度，可用下式進(jìn)行描述。
式中：β為濃差極化因子，其表示濃差極化程度，β值越大，濃差極化現(xiàn)象越嚴(yán)重；e為自然常數(shù)，e=2.72；Jw為反滲透膜的水通量，LMH；kc為濃差極化傳質(zhì)系數(shù)，m/s。可見，降低β值有助于減緩膜污染，對于一個反滲透膜系統(tǒng)，膜的水通量是設(shè)計中已經(jīng)固定的，那么降低β值，就要盡量增大濃差極化傳質(zhì)系數(shù)kc，kc可按下式計算。
式中：DL為水中雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；dH為水力半徑，m，對于卷式反滲透膜，水力半徑是膜進(jìn)水通道高度h（0.4~1.2 mm）的2倍；Re是雷諾系數(shù)，Sc是施密特數(shù)，兩個系數(shù)可按下兩式計算。
從以上兩式可見，對于一個純水設(shè)備反滲透系統(tǒng)，水的動力粘度μ、水的密度ρ、水力半徑dH、水中雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)DL均為固定值，只有水的流速v可以改變，則施密特數(shù)Sc是固定值、雷諾系數(shù)Re可以隨著流速v增大而增大。那么，濃差極化傳質(zhì)系數(shù)kc的計算式中，施密特數(shù)Sc、水中雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)DL、水力半徑dH均為固定值，只有雷諾系數(shù)Re可以發(fā)生變化，且隨著流速v增大而增大，所以，想提高濃差極化傳質(zhì)系數(shù)kc，只能通過提高流速v來實現(xiàn)。反而言之，從微觀和數(shù)學(xué)關(guān)系上講，我們提高水在反滲透膜中的流動速度v，使得雷諾系數(shù)Re增大，濃差極化傳質(zhì)系數(shù)kc隨之增大，濃差極化的程度β降低；從宏觀來講，雷諾系數(shù)Re較小時，水不會產(chǎn)生湍流和渦旋，對沉積在膜表面的雜質(zhì)沒有擾動作用，雷諾系數(shù)Re較大時，水流狀態(tài)為湍流，可以擾動附著在膜表面的雜質(zhì)，從而減緩膜污染。
因此，我們設(shè)計反滲透時力求水在膜內(nèi)呈現(xiàn)湍流狀態(tài)。
二、濃水回流適用場景
對于一個純水設(shè)備反滲透系統(tǒng)，第一支膜濃水進(jìn)入第二支膜、第二支膜濃水進(jìn)入第三支膜……依此類推，直到最終濃水從最后一支反滲透膜流出，這說明，水量在反滲透中逐漸減少，而水的流通通道截面積不變，使得水在反滲透中的流速逐漸降低。所以，我們在設(shè)計過程中，應(yīng)該以系統(tǒng)最后一支膜的濃水流量作為設(shè)計依據(jù)，保證水在膜內(nèi)呈現(xiàn)湍流狀態(tài)。對于低壓反滲透膜、高壓反滲透膜、超高壓反滲透膜的最小濃水流量可按下表設(shè)計。
可見，在進(jìn)水量較小、回收率較高時，很難保證系統(tǒng)最后一支膜元件濃水流量達(dá)到上表所列范圍，例如對于一套水源為廢水的反滲透，進(jìn)水量為10 m3/h、回收率為75%，6芯裝膜殼1:1排列，則末端膜濃水流量為2.5 m3/h，此時，末端膜濃水流量低于3.6 m3/h，濃水流量不足，需要設(shè)計濃水回流。
因此，濃水回流適用于進(jìn)水量較小、回收率較高的反滲透系統(tǒng)。
三、濃水回流設(shè)計方法
根據(jù)膜元件最小濃水量的要求，反滲透系統(tǒng)存在以下水量關(guān)系。
式中：Q為反滲透進(jìn)水量，m3/h；Qb為濃水回流量，m3/h；R為反滲透回收率，%；n為膜殼數(shù)量，對于單段反滲透，n為所有膜殼數(shù)量；對于兩段或多段反滲透，n為最后一段的膜殼數(shù)量；Qb為膜元件要求的最小濃水流量，m3/h。
利用上式求出濃水回流量Qb，如下式所示。
對于前文所述案例，Q=10 m3/h、n=1、Qc=3.6 m3/h、R=75%，代入上式，計算得到濃水回流量Qb的最小值應(yīng)為1.1 m3/h，即濃水回流量至少要達(dá)到1.1 m3/h。從該案例還可以看出，此時反滲透膜平均產(chǎn)水通量為16.89 LMH，通量設(shè)計并不高，但是濃水流量卻潛在成為膜污染的主要因素。
值得注意的是，如果計算結(jié)果顯示所需的濃水回流量大于濃水量，那么必須降低系統(tǒng)的回收率。例如對于一套水源為廢水的反滲透，進(jìn)水量為10 m3/h、回收率為85%，6芯裝膜殼1:1排列，根據(jù)回收率可知系統(tǒng)濃水量為1.5 m3/h，而根據(jù)上式計算所需濃水回流量最小應(yīng)為2.1 m3/h，這是無法實現(xiàn)的，因此，必須降低反滲透回收率。
部分EPC單位為了盲目響應(yīng)甲方回收率要求和節(jié)約建設(shè)投資，使得反滲透膜通量雖然i不高、但濃水流量不足，為生產(chǎn)運行埋下隱患。反滲透濃水回流是降低濃差極化程度、減緩膜污染的有效手段，但是由于濃水回流使進(jìn)水雜質(zhì)濃度升高，從而會導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)脫鹽率下降、運行壓力升高，因此在設(shè)計中，應(yīng)綜合考慮各方面因素。純水設(shè)備，天津水處理設(shè)備，天津去離子水設(shè)備。醫(yī)院用純化水設(shè)備 實驗室純水設(shè)備，醫(yī)用GMP純化水設(shè)備。
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