反渗透系统优化设计与运行

第1章 概论1
1.1膜工艺技术的定义1
1.2膜工艺技术的历史1
1.3反渗透膜技术应用2
1.4反渗透膜产品市场2
1.5反渗透技术的发展4
1.5.1膜材料与膜结构4
1.5.2元件结构的演化4
1.5.3提高脱盐率水平4
1.5.4降低膜工作压力4
1.5.5提高抗污染能力5
1.5.6提高抗氧化能力5
1.5.7提高耐高压能力6
1.5.8提高耐高温水平6
1.5.9增大膜元件规格6
1.5.10增加膜元件面积7
1.5.11改变隔网的厚度7
1.5.12改进隔网的形状7
1.5.13增加膜袋的数量7
1.5.14改进膜元件端板7
1.6纳滤膜技术的进步8
1.7反渗透的相关技术8
1.7.1能量回收技术8
1.7.2超微滤预处理8
1.7.3膜生物反应器9
1.7.4电去离子技术9
1.7.5浓水利用技术9
1.7.6压力容器技术10
1.7.7膜清洗与保运10
第2章 传统预处理工艺与技术12
2.1预处理工艺分类12
2.2砂滤与炭滤工艺14
2.2.1混凝砂滤工艺14
2.2.2砂滤工艺过程16
2.2.3砂滤工艺特征17
2.2.4活性炭滤工艺17
2.2.5多路阀与容器18
2.3水质的软化工艺20
2.3.1树脂软化工作原理20
2.3.2树脂软化工艺过程21
2.3.3树脂再生工艺过程22
2.3.4树脂的顺逆流再生23
2.3.5软化工艺设计参数24
2.3.6多路阀与软化装置24
2.4除铁及除锰工艺26
2.5精密及保安滤器26
2.6水体的温度调节27
2.7多级离心加压泵28
2.7.1水泵的不同类型29
2.7.2水泵的规格参数29
2.7.3水泵规格与节能31
2.8预处理系统流程32
2.8.1预处理的工艺顺序32
2.8.2预处理的流量梯度34
2.8.3预处理的压力梯度35
2.9预处理系统控制36
2.9.1恒流控制的系统特性36
2.9.2基频向下的调速方式37
2.9.3水泵的回流与
截流控制37
第3章 分离膜工艺的技术基础39
3.1膜分离的性能39
3.2膜分离的分类39
3.3膜过程的机理42
3.3.1多孔膜的筛分理论42
3.3.2致密膜的溶扩理论43
3.4错流运行方式44
3.5浓差极化现象45
3.5.1浓差极化的数学模型45
3.5.2浓差极化的系统影响46
3.6分级工艺处理47
第4章 超微滤预处理工艺技术49
4.1超微滤膜工艺技术49
4.1.1膜材料及结构分类49
4.1.2膜组件结构与安装49
4.1.3压力方向与回收率50
4.1.4膜组件的径流方向51
4.1.5超微滤膜工艺性能51
4.1.6膜组件污染与清洗52
4.2超微滤膜工艺结构53
4.2.1分置式超微滤工艺结构53
4.2.2浸没式超微滤工艺结构54
4.3超微滤膜系统设计54
4.4超微滤膜系统运行56
4.4.1膜组件运行模型56
4.4.2洁净膜组件特性56
4.4.3污染膜组件特性57
4.4.4膜通量清洗特性58
4.5超微滤系统前处理59
4.5.1前处理必要性59
4.5.2叠片式过滤器60
4.6超微滤膜系统模型61
4.6.1膜组件微分方程模型61
4.6.2膜组件离散数学模型64
4.6.3膜系统运行数学模型64
4.7中空膜透水性测试66
第5章 反渗透膜性能与膜参数69
5.1反渗透膜工艺原理69
5.1.1半透膜与渗透压强69
5.1.2反渗透膜过程原理70
5.1.3膜片及膜元件结构71
5.2膜元件的主要参数72
5.2.1膜元件的标准性能参数72
5.2.2膜元件的运行极限参数76
5.2.3膜元件给水水质极限参数78
5.3膜元件的恒量参数79
5.3.1膜元件恒压力参数79
5.3.2膜元件恒通量参数80
5.3.3膜元件膜压降参数81
5.3.4膜元件的三项指标81
5.3.5膜元件的透水压力81
5.4膜元件的运行特性82
5.4.1膜元件给水温度特性82
5.4.2膜元件产水通量特性82
5.4.3膜元件给水含盐量特性83
5.4.4膜元件的回收率特性83
5.4.5膜元件压降影响因素84
5.5元件各项水质特性84
5.5.1膜元件的透盐率特性85
5.5.2膜元件产水pH值特性86
5.5.3膜元件浓水pH值特性87
5.5.4膜过程的碳酸盐平衡88
5.6膜元件浓差极化度89
5.7各类物质的透过率89
第6章 反渗透膜系统典型工艺 91
6.1系统结构与技术术语91
6.1.1系统典型结构91
6.1.2膜堆结构术语92
6.2设计依据与设计指标92
6.2.1系统设计依据92
6.2.2系统工艺设计94
6.3膜品种与系统透盐率94
6.4设计导则与元件数量95
6.4.1系统设计导则95
6.4.2系统元件数量97
6.5膜系统的极限回收率97
6.5.1难溶盐的极限收率97
6.5.2浓差极化极限收率104
6.5.3壳浓流量极限收率107
6.5.4系统的极限回收率107
6.5.5软件中的极限收率108
6.6系统结构与参数分布108
6.6.1系统的串并联结构108
6.6.2膜系统的分段结构109
6.6.3沿流程的参数分布111
6.7系统的运行能耗分析113
6.8恒量运行的设备保证113
6.8.1高压水泵规格114
6.8.2浓水截流阀门114
6.9阻垢剂的功能与使用115
第7章 反渗透膜系统特殊工艺117
7.1浓水回流工艺117
7.2通量均衡工艺119
7.2.1通量失衡相关问题119
7.2.2首段淡水背压工艺121
7.2.3首末段间加压工艺122
7.2.4元件品种优配工艺123
7.2.5均衡通量附加功效124
7.2.6端通量比与膜品种125
7.3分段供水工艺125
7.4淡水回流工艺126
7.5一级半脱盐工艺127
7.6监测控制系统128
7.6.1仪表监测手动控制128
7.6.2仪表监测自动控制129
7.7在线清洗系统129
第8章 膜系统典型设计与分析 131
8.1小型规模系统设计131
8.1.1单段结构系统131
8.1.2两段结构系统134
8.1.3三段结构系统135
8.1.4小型系统总结136
8.2混型元件系统设计136
8.3中型规模系统设计137
8.4大型规模系统设计138
8.4.1系统的段壳浓水比值138
8.4.2大型规模的系统结构139
8.4.3大型系统的膜堆特征141
8.5系统的规模与成本142
8.6系统设计基本要务143
8.7设计软件计算误差143
第9章 反渗透膜系统运行分析 144
9.1膜系统中各项平衡关系144
9.1.1系统的流量压力平衡144
9.1.2系统功耗与功率平衡145
9.2可调节水泵系统的运行146
9.2.1收率变化的影响146
9.2.2温度变化的影响147
9.2.3污染加重的影响148
9.2.4恒流量与恒压力149
9.3无调节水泵系统的运行149
9.3.1收率变化的影响149
9.3.2温度变化的影响151
9.3.3污染加重的影响151
9.3.4回收率与产水质152
9.4提高产水量的应急措施152
9.4.1有调节水泵条件153
9.4.2无调节水泵条件153
9.4.3可调节水温条件153
9.5提高脱盐率的应急措施153
9.5.1改变工艺或参数153
9.5.2改变膜堆的结构154
9.6系统的装卸与启停过程155
9.6.1系统的安装过程155
9.6.2元件的装载过程156
9.6.3系统的启动过程156
9.6.4系统的运行过程157
9.6.5系统开停机过程157
9.6.6系统的停运保护158
9.6.7元件的卸载过程158
9.6.8系统的清洗周期158
9.7膜工艺系统的中型试验159
9.7.1中试的必要与可行159
9.7.2中试过程注意事项159
第10章 系统污染、故障与清洗161
10.1污染的分类与分布161
10.1.1膜系统的污染分类161
10.1.2沿流程的污染分布162
10.1.3沿高程的污染分布163
10.1.4元件内的污染分布164
10.2膜系统污染的影响166
10.2.1无机污染的影响167
10.2.2有机污染的影响168
10.2.3生物污染的影响169
10.2.4混合污染的影响169
10.3系统的污染与运行170
10.4污染的发展与对策171
10.4.1膜系统污染的发展171
10.4.2污染与通量的均衡171
10.4.3污染膜元件的重排172
10.5污染与故障的甄别173
10.6在线与离线的清洗174
10.6.1在线水力冲洗174
10.6.2在线化学清洗175
10.6.3元件离线清洗176
10.7系统性能的标准化177
10.7.1参数标准化基本概念177
10.7.2海德能的标准化模型178
10.7.3陶氏化学标准化模型179
10.8元件性能指标测试180
10.8.1运行条件下的测试180
10.8.2标准条件下的测试181
10.8.3衰减条件下的测试181
第11章 元件及系统的数学模型 183
11.1膜元件的理论数学模型183
11.1.1元件理想结构模型183
11.1.2元件理论数学模型184
11.2膜系统的离散数学模型186
11.2.1单一元件离散模型186
11.2.2串联元件离散模型189
11.2.3并联膜壳离散模型189
11.2.4单一膜段离散模型190
11.2.5多段系统离散模型190
11.3膜系统的管路数学模型191
11.3.1给浓水管道结构模型191
11.3.2产淡水管道结构模型194
11.3.3给浓水壳联结构模型195
11.4膜元件的透水及透盐系数196
11.4.1多元函数的回归分析196
11.4.2透过系数的理论模型197
11.4.3透过系数的实用模型202
11.5膜元件的阻力与极化系数204
11.5.1给浓水流道阻力系数204
11.5.2膜元件浓差极化系数205
11.6元件污染层的透过系数205
11.6.1有机污染层的透过系数206
11.6.2无机污染层的透过系数206
11.7浓差极化层的透过系数209
第12章 元件、管路及通量优化210
12.1系统元件的优化配置210
12.1.1元件指标与系统透盐率210
12.1.2元件指标与系统通量比212
12.1.3单指标差异元件的配置212
12.1.4三指标差异元件的配置212
12.1.5离线洗后元件优化配置215
12.1.6新旧各半元件优化配置215
12.1.7系统中的元件更换方式216
12.2管路结构参数的优化218
12.2.1系统径流方向的优化218
12.2.2给浓管道参数的优化218
12.2.3产水径流方向的优化219
12.2.4膜元件的产水含盐量220
12.2.5壳联结构与膜壳接口220
12.2.6元件与管路混合优化221
12.3通量优化与通量调整222
12.3.1最低费用的通量优化222
12.3.2季节性系统通量调整224
12.3.3峰谷性系统通量调整227
12.3.4时变性系统通量调整228
第13章 两级系统的工艺与优化 229
13.1两级系统的工艺结构229
13.2二级系统的工艺特征230
13.2.1二级系统设计通量230
13.2.2二级系统的回收率230
13.2.3二级系统浓差极化230
13.2.4二级系统元件品种231
13.2.5二级系统流程长度231
13.2.6二级系统段壳数量232
13.2.7二级系统元件数量233
13.3二级系统的给水脱气233
13.3.1脱气塔工艺233
13.3.2脱气膜工艺234
13.4调整系统给水pH值234
13.5两级系统的试验分析235
13.5.1一级透盐率的影响因素235
13.5.2透盐率与给水的pH值236
13.5.3二级系统的透盐率特性237
13.5.4两级系统的透盐率特性238
13.5.5不同透盐水平系统配置240
13.6两级系统清洗与换膜241
13.6.1两级系统的清洗241
13.6.2两级元件的配置241
第14章 纳滤系统的设计与运行 243
14.1纳滤膜工艺技术243
14.2纳滤膜系统应用243
14.3纳滤膜系统工艺244
14.4纳滤脱除有机物247
14.5氧化改性纳滤膜249
14.5.1废弃反渗透膜现状249
14.5.2氧化纳滤膜的制备250
14.5.3氧化纳滤膜的稳定251
14.5.4氧化纳滤膜的应用252
14.6纳滤元件运行特性252
14.6.1纳滤元件运行特性模型253
14.6.2纳滤元件运行特性曲线254
14.7纳滤元件透过系数255
14.7.1纳滤元件系数特性模型256
14.7.2纳滤元件系数特性曲线257
第15章 海水及亚海水淡化系统 259
15.1海水成分及总含盐量259
15.2海淡工艺的脱硼处理260
15.3海淡系统的工作压力260
15.4海淡系统的最高收率261
15.5海淡系统的温度调节261
15.6海淡系统的能量回收263
15.7海水淡化的系统设计264
15.7.1给水含盐量35g/L系统264
15.7.2给水含盐量30g/L系统265
15.8亚海水淡化系统设计266
15.8.1给水含盐量20000mg/L系统266
15.8.2给水含盐量15000mg/L系统267
15.8.3给水含盐量10000mg/L系统267
15.8.4给水含盐量5000mg/L系统267
第16章 膜系统的运行模拟软件269
16.1系统设计与运行模拟269
16.2模拟软件的基本功能270
16.2.1系统基本参数输入270
16.2.2系统运行方式设置272
16.2.3运行模拟计算报告273
16.3系统参数的各项修改274
16.3.1元件参数修改274
16.3.2元件特性修改274
16.3.3配管参数修改275
16.3.4联壳参数修改276
16.4系统模拟的程序框图276
16.4.1系统模拟计算框图277
16.4.2膜段内部计算框图278
16.4.3膜壳内部计算框图280
16.4.4单支元件计算框图280
16.4.5模拟软件计算分析281
16.5模拟软件的应用范例282
16.6模拟软件的开发前景283
索引284
参考文献286