摘要：低压、高脱盐率ESPA膜的推出使反渗透（RO）技术商业化的目标之一得以实现：即可以在极低给水压力下运行RO系统，该压力等于浓水的渗透压加上沿系统的压力损失。但是在给水温度高，含盐量高或系统回收率高的条件下，由于ESPA的特征通——单位净驱动压力NDP趋于零。这种操作条件会导致产水含盐量较高，并可能增加污染速度。校正措施包括增加段间加压泵或设计采用不同膜元件的系统。在这种混合设计时前段（第1段）使用特征水通量低的膜元件，后段采用特征水通量高的膜元件。这种混合设计没有完全利用ESPA膜的节能性，但是提供更为均匀的通量分布，且改善产水质量。
关键词：膜 反渗透 RO系统设计
介 绍
商业复合膜的评定指标为盐透过率及特征水通量。苦咸水脱盐用的发展方向为降低盐的透过率及提高特征水通量。在1995年初，一种新的用于处理苦咸水的芳香聚酰胺复合膜投入商业使用[1]，膜的性能取得了显著的提高。这种新的膜材料被命为ESPA，该膜具有非常高的特征水通量（0.24gfd/psi-nct）,大约是前一代芳香聚酰胺复合膜的两倍，同时保持低的盐透过率。这种新膜的标称脱盐率与传统的苦咸水用芳香聚酰胺复合膜相似，为99%。较高的特征水通量使RO系统要求的给水压力更低，同时能耗也更低，但是为了完全发挥新技术的节能潜力，在某些进水含盐量、温度操作参数条件下，与使用传统膜元件的RO系统相比，必须对装有新型膜元件的RO系统设计作一些修改。
RO工艺对给水压力的要求
为了达到RO系统设计流量所需的给水压力与许多工艺参数有关，其中有一些是相互关联的。这些参数可分为3种基本类别。头两类分别为特定参数类和系统设计参数类。特定参数类包括给水含量和给水温度。系统设计参数类包括平均水通量，回收率和系统压降。膜的特征水通量属于另一类别，是RO膜材料的内在特性。特征水通量常以单位压力下的产水量来表示，其定义为在RO系统中生产出给定的平均水通量所要求的净驱动压力（NDP）。在给定的设计条件和运行条件下，给水压力由设计平均水通量所要求的NDP决定。NDP与RO系统的平均水通量（APF）设计值和所选膜型的特征水通量（SPF）有下列关系式：
NDF=APF/SPF (1)
设计给水压力（Pf）等于设计平均水通量所需要的NDP、给水/浓水平均渗透压（P0）、RO系统的平均压降（Pd）和产水压力（Pp）之和：
Pf=NDP P0 Pd Pp (2)
在公式（2）中，假设产品水渗透压可以忽略不计。因为对于目前的高脱盐率膜元件来说其产水含盐量大约是给水/浓水平均含盐量的1-2%；因此产品水渗透压可以忽略。根据公式（1）和（2）可以看出，NDP值和所要求的给水压力值直接与RO系统的设计平均水通量成正比，与所选膜类型的特征水通量成反比。在传统的RO系统中，随着给水/浓水侧渗透压增加和给水压力降低，NDP沿系统下降。给水压力下降主要是由于在膜元件给水通道中产生摩擦损失（压力降）所致。在这种涡卷式膜元件中压力降是平均给水流量（Qfb）的函数，并与功率因子（b）和给定组件的特征常数（A）有关。
Pd=A*（Qfb）b
图1二段RO系统中的压力与膜元件位置的关系
[操作条件]给水含盐量：1500ppm;25℃；回收率：85%
为了有效地利用系统中的膜面积，RO系统的给水压力应该足够高，从而保证在系统后部的膜元件（该部位渗透压最高）仍有足够的NDP。图1给出了一个二段RO系统的压力与膜元件位置的关系，该系统中每个压力容器装有7根膜元件，整个流程为14根膜元件。用于计算给水-浓水侧渗透压的参数是给水含盐量1500ppm、给水温度25℃、系统回率85%、平均水通量为15gfd(24.8m2/hr)。传统膜（CPA2）和新型号膜（ESPA）所需的给水压力根据公式（1）-（3）计算，并以压力1277Kpa(185psi)和996Kpa（140psi）的两条平行的水平直线表示。使用ESPA膜元件的RO系统所要求的给水压力比用CPA2膜元件的RO系统所需要的给水压力低22%。但是如图1所示在装ESPA膜的系统中如按这些系数运行时，系统尾部位置的膜元件的NDP非常低且产水量也极低。图2和图3给出了沿RO系统流程中单个膜组件的平均水通量。图2为使用CPA2膜元件的RO系统中水通量分布数据。水通量分布斜率随给水温度变化，温度越高曲线变得越陡。即使按照35℃的最高给水温度计算时，CPA2系统中的尾部膜元件仍有足够的产水量。对于使用ESPA膜元件的RO系统，在同样的设计条件下，产水通量的分布与使用CPA2膜元件的RO系统有明显不同，由于有较高的特
