反渗透系统优化设计与运行

第1章 概论11.1膜工艺技术的定义11.2膜工艺技术的历史11.3反渗透膜技术应用21.4反渗透膜产品市场21.5反渗透技术的发展41.5.1膜材料与膜结构41.5.2元件结构的演化41.5.3提高脱盐率水平41.5.4降低膜工作压力41.5.5提高抗污染能力51.5.6提高抗氧化能力51.5.7提高耐高压能力61.5.8提高耐高温水平61.5.9增大膜元件规格61.5.10增加膜元件面积71.5.11改变隔网的厚度71.5.12改进隔网的形状71.5.13增加膜袋的数量71.5.14改进膜元件端板71.6纳滤膜技术的进步81.7反渗透的相关技术81.7.1能量回收技术81.7.2超微滤预处理81.7.3膜生物反应器91.7.4电去离子技术91.7.5浓水利用技术91.7.6压力容器技术101.7.7膜清洗与保运10第2章 传统预处理工艺与技术122.1预处理工艺分类122.2砂滤与炭滤工艺142.2.1混凝砂滤工艺142.2.2砂滤工艺过程162.2.3砂滤工艺特征172.2.4活性炭滤工艺172.2.5多路阀与容器182.3水质的软化工艺202.3.1树脂软化工作原理202.3.2树脂软化工艺过程212.3.3树脂再生工艺过程222.3.4树脂的顺逆流再生232.3.5软化工艺设计参数242.3.6多路阀与软化装置242.4除铁及除锰工艺262.5精密及保安滤器262.6水体的温度调节272.7多级离心加压泵282.7.1水泵的不同类型292.7.2水泵的规格参数292.7.3水泵规格与节能312.8预处理系统流程322.8.1预处理的工艺顺序322.8.2预处理的流量梯度342.8.3预处理的压力梯度352.9预处理系统控制362.9.1恒流控制的系统特性362.9.2基频向下的调速方式372.9.3水泵的回流与截流控制37第3章 分离膜工艺的技术基础393.1膜分离的性能393.2膜分离的分类393.3膜过程的机理423.3.1多孔膜的筛分理论423.3.2致密膜的溶扩理论433.4错流运行方式443.5浓差极化现象453.5.1浓差极化的数学模型453.5.2浓差极化的系统影响463.6分级工艺处理47第4章 超微滤预处理工艺技术494.1超微滤膜工艺技术494.1.1膜材料及结构分类494.1.2膜组件结构与安装494.1.3压力方向与回收率504.1.4膜组件的径流方向514.1.5超微滤膜工艺性能514.1.6膜组件污染与清洗524.2超微滤膜工艺结构534.2.1分置式超微滤工艺结构534.2.2浸没式超微滤工艺结构544.3超微滤膜系统设计544.4超微滤膜系统运行564.4.1膜组件运行模型564.4.2洁净膜组件特性564.4.3污染膜组件特性574.4.4膜通量清洗特性584.5超微滤系统前处理594.5.1前处理必要性594.5.2叠片式过滤器604.6超微滤膜系统模型614.6.1膜组件微分方程模型614.6.2膜组件离散数学模型644.6.3膜系统运行数学模型644.7中空膜透水性测试66第5章 反渗透膜性能与膜参数695.1反渗透膜工艺原理695.1.1半透膜与渗透压强695.1.2反渗透膜过程原理705.1.3膜片及膜元件结构715.2膜元件的主要参数725.2.1膜元件的标准性能参数725.2.2膜元件的运行极限参数765.2.3膜元件给水水质极限参数785.3膜元件的恒量参数795.3.1膜元件恒压力参数795.3.2膜元件恒通量参数805.3.3膜元件膜压降参数815.3.4膜元件的三项指标815.3.5膜元件的透水压力815.4膜元件的运行特性825.4.1膜元件给水温度特性825.4.2膜元件产水通量特性825.4.3膜元件给水含盐量特性835.4.4膜元件的回收率特性835.4.5膜元件压降影响因素845.5元件各项水质特性845.5.1膜元件的透盐率特性855.5.2膜元件产水ph值特性865.5.3膜元件浓水ph值特性875.5.4膜过程的碳酸盐平衡885.6膜元件浓差极化度895.7各类物质的透过率89第6章 反渗透膜系统典型工艺 916.1系统结构与技术术语916.1.1系统典型结构916.1.2膜堆结构术语926.2设计依据与设计指标926.2.1系统设计依据926.2.2系统工艺设计946.3膜品种与系统透盐率946.4设计导则与元件数量956.4.1系统设计导则956.4.2系统元件数量976.5膜系统的极限回收率976.5.1难溶盐的极限收率976.5.2浓差极化极限收率1046.5.3壳浓流量极限收率1076.5.4系统的极限回收率1076.5.5软件中的极限收率1086.6系统结构与参数分布1086.6.1系统的串并联结构1086.6.2膜系统的分段结构1096.6.3沿流程的参数分布1116.7系统的运行能耗分析1136.8恒量运行的设备保证1136.8.1高压水泵规格1146.8.2浓水截流阀门1146.9阻垢剂的功能与使用115第7章 反渗透膜系统特殊工艺1177.1浓水回流工艺1177.2通量均衡工艺1197.2.1通量失衡相关问题1197.2.2首段淡水背压工艺1217.2.3首末段间加压工艺1227.2.4元件品种优配工艺1237.2.5均衡通量附加功效1247.2.6端通量比与膜品种1257.3分段供水工艺1257.4淡水回流工艺1267.5一级半脱盐工艺1277.6监测控制系统1287.6.1仪表监测手动控制1287.6.2仪表监测自动控制1297.7在线清洗系统129第8章 膜系统典型设计与分析 1318.1小型规模系统设计1318.1.1单段结构系统1318.1.2两段结构系统1348.1.3三段结构系统1358.1.4小型系统总结1368.2混型元件系统设计1368.3中型规模系统设计1378.4大型规模系统设计1388.4.1系统的段壳浓水比值1388.4.2大型规模的系统结构1398.4.3大型系统的膜堆特征1418.5系统的规模与成本1428.6系统设计基本要务1438.7设计软件计算误差143第9章 反渗透膜系统运行分析 1449.1膜系统中各项平衡关系1449.1.1系统的流量压力平衡1449.1.2系统功耗与功率平衡1459.2可调节水泵系统的运行1469.2.1收率变化的影响1469.2.2温度变化的影响1479.2.3污染加重的影响1489.2.4恒流量与恒压力1499.3无调节水泵系统的运行1499.3.1收率变化的影响1499.3.2温度变化的影响1519.3.3污染加重的影响1519.3.4回收率与产水质1529.4提高产水量的应急措施1529.4.1有调节水泵条件1539.4.2无调节水泵条件1539.4.3可调节水温条件1539.5提高脱盐率的应急措施1539.5.1改变工艺或参数1539.5.2改变膜堆的结构1549.6系统的装卸与启停过程1559.6.1系统的安装过程1559.6.2元件的装载过程1569.6.3系统的启动过程1569.6.4系统的运行过程1579.6.5系统开停机过程1579.6.6系统的停运保护1589.6.7元件的卸载过程1589.6.8系统的清洗周期1589.7膜工艺系统的中型试验1599.7.1中试的必要与可行1599.7.2中试过程注意事项159第10章 系统污染、故障与清洗16110.1污染的分类与分布16110.1.1膜系统的污染分类16110.1.2沿流程的污染分布16210.1.3沿高程的污染分布16310.1.4元件内的污染分布16410.2膜系统污染的影响16610.2.1无机污染的影响16710.2.2有机污染的影响16810.2.3生物污染的影响16910.2.4混合污染的影响16910.3系统的污染与运行17010.4污染的发展与对策17110.4.1膜系统污染的发展17110.4.2污染与通量的均衡17110.4.3污染膜元件的重排17210.5污染与故障的甄别17310.6在线与离线的清洗17410.6.1在线水力冲洗17410.6.2在线化学清洗17510.6.3元件离线清洗17610.7系统性能的标准化17710.7.1参数标准化基本概念17710.7.2海德能的标准化模型17810.7.3陶氏化学标准化模型17910.8元件性能指标测试18010.8.1运行条件下的测试18010.8.2标准条件下的测试18110.8.3衰减条件下的测试181第11章 元件及系统的数学模型 18311.1膜元件的理论数学模型18311.1.1元件理想结构模型18311.1.2元件理论数学模型18411.2膜系统的离散数学模型18611.2.1单一元件离散模型18611.2.2串联元件离散模型18911.2.3并联膜壳离散模型18911.2.4单一膜段离散模型19011.2.5多段系统离散模型19011.3膜系统的管路数学模型19111.3.1给浓水管道结构模型19111.3.2产淡水管道结构模型19411.3.3给浓水壳联结构模型19511.4膜元件的透水及透盐系数19611.4.1多元函数的回归分析19611.4.2透过系数的理论模型19711.4.3透过系数的实用模型20211.5膜元件的阻力与极化系数20411.5.1给浓水流道阻力系数20411.5.2膜元件浓差极化系数20511.6元件污染层的透过系数20511.6.1有机污染层的透过系数20611.6.2无机污染层的透过系数20611.7浓差极化层的透过系数209第12章 元件、管路及通量优化21012.1系统元件的优化配置21012.1.1元件指标与系统透盐率21012.1.2元件指标与系统通量比21212.1.3单指标差异元件的配置21212.1.4三指标差异元件的配置21212.1.5离线洗后元件优化配置21512.1.6新旧各半元件优化配置21512.1.7系统中的元件更换方式21612.2管路结构参数的优化21812.2.1系统径流方向的优化21812.2.2给浓管道参数的优化21812.2.3产水径流方向的优化21912.2.4膜元件的产水含盐量22012.2.5壳联结构与膜壳接口22012.2.6元件与管路混合优化22112.3通量优化与通量调整22212.3.1**费用的通量优化22212.3.2季节性系统通量调整22412.3.3峰谷性系统通量调整22712.3.4时变性系统通量调整228第13章 两级系统的工艺与优化 22913.1两级系统的工艺结构22913.2二级系统的工艺特征23013.2.1二级系统设计通量23013.2.2二级系统的回收率23013.2.3二级系统浓差极化23013.2.4二级系统元件品种23113.2.5二级系统流程长度23113.2.6二级系统段壳数量23213.2.7二级系统元件数量23313.3二级系统的给水脱气23313.3.1脱气塔工艺23313.3.2脱气膜工艺23413.4调整系统给水ph值23413.5两级系统的试验分析23513.5.1一级透盐率的影响因素23513.5.2透盐率与给水的ph值23613.5.3二级系统的透盐率特性23713.5.4两级系统的透盐率特性23813.5.5不同透盐水平系统配置24013.6两级系统清洗与换膜24113.6.1两级系统的清洗24113.6.2两级元件的配置241第14章 纳滤系统的设计与运行 24314.1纳滤膜工艺技术24314.2纳滤膜系统应用24314.3纳滤膜系统工艺24414.4纳滤脱除有机物24714.5氧化改性纳滤膜24914.5.1废弃反渗透膜现状24914.5.2氧化纳滤膜的制备25014.5.3氧化纳滤膜的稳定25114.5.4氧化纳滤膜的应用25214.6纳滤元件运行特性25214.6.1纳滤元件运行特性模型25314.6.2纳滤元件运行特性曲线25414.7纳滤元件透过系数25514.7.1纳滤元件系数特性模型25614.7.2纳滤元件系数特性曲线257第15章 海水及亚海水淡化系统 25915.1海水成分及总含盐量25915.2海淡工艺的脱硼处理26015.3海淡系统的工作压力26015.4海淡系统的**收率26115.5海淡系统的温度调节26115.6海淡系统的能量回收26315.7海水淡化的系统设计26415.7.1给水含盐量35g/l系统26415.7.2给水含盐量30g/l系统26515.8亚海水淡化系统设计26615.8.1给水含盐量20000mg/l系统26615.8.2给水含盐量15000mg/l系统26715.8.3给水含盐量10000mg/l系统26715.8.4给水含盐量5000mg/l系统267第16章 膜系统的运行模拟软件26916.1系统设计与运行模拟26916.2模拟软件的基本功能27016.2.1系统基本参数输入27016.2.2系统运行方式设置27216.2.3运行模拟计算报告27316.3系统参数的各项修改27416.3.1元件参数修改27416.3.2元件特性修改27416.3.3配管参数修改27516.3.4联壳参数修改27616.4系统模拟的程序框图27616.4.1系统模拟计算框图27716.4.2膜段内部计算框图27816.4.3膜壳内部计算框图28016.4.4单支元件计算框图28016.4.5模拟软件计算分析28116.5模拟软件的应用范例28216.6模拟软件的开发前景283索引284参考文献286