反滲透系統(tǒng)優(yōu)化設計與運行（第二版）

第1章反滲透與納濾技術概論1
1.1膜工藝技術的定義1
1.2反滲透膜技術應用1
1.3反滲透膜產(chǎn)品市場2
1.4反滲透技術的發(fā)展3
1.5納濾膜技術的進步5
1.6反滲透的相關技術6
1.7膜集成水處理工藝8
第2章傳統(tǒng)預處理的系統(tǒng)工藝10
2.1預處理工藝分類10
2.2砂濾與炭濾工藝11
2.2.1混凝砂濾工藝11
2.2.2砂濾工藝過程13
2.2.3活性炭濾工藝14
2.3硬水的軟化工藝15
2.3.1樹脂軟化工作原理15
2.3.2樹脂軟化工藝過程15
2.3.3樹脂再生工藝過程16
2.3.4軟化工藝設計參數(shù)18
2.4自動控制多路閥19
2.4.1過濾用多路閥19
2.4.2軟化器多路閥20
2.5除鐵及除錳工藝23
2.6精濾器與換熱器23
2.6.1精密過濾器23
2.6.2板式換熱器24
2.7給水離心加壓泵25
2.7.1多級加壓離心泵25
2.7.2單級加壓離心泵27
2.8預處理系統(tǒng)流程28
2.9系統(tǒng)運行工作點29
2.9.1非控系統(tǒng)的工作點29
2.9.2受控系統(tǒng)的工作點30
2.10系統(tǒng)的常用藥劑32
2.10.1混凝劑與助凝劑32
2.10.2殺菌劑與還原劑32
2.10.3阻垢劑與分散劑32
2.10.4系統(tǒng)的加酸加堿33
第3章分離膜工藝的技術基礎34
3.1膜分離的性能34
3.2膜分離的分類35
3.3膜過程的機理38
3.3.1多孔膜的篩分理論38
3.3.2致密膜的溶擴理論38
3.4全流與錯流運行方式39
3.5濃差極化現(xiàn)象40
3.5.1濃差極化的數(shù)學模型40
3.5.2濃差極化的系統(tǒng)影響42
3.6分級工藝處理42
第4章超微濾系統(tǒng)設計與模擬44
4.1超微濾膜工藝技術44
4.2超微濾的系統(tǒng)結構47
4.3超微濾系統(tǒng)前處理48
4.4超微濾的設計導則50
4.5組件的運行與清洗51
4.5.1超微濾膜的跨膜壓差51
4.5.2超微濾膜的清洗方式52
4.6膜絲與組件的特性53
4.7內壓膜絲運行特性53
4.7.1內壓膜絲的特性試驗53
4.7.2內壓膜絲的數(shù)學模型54
4.7.3內壓膜絲的純水通量56
4.7.4內壓膜絲的運行特性58
4.8內壓組件與容積率62
4.8.1內壓組件的數(shù)學模型62
4.8.2各參數(shù)與組件容積率64
4.8.3內壓組件的純水通量66
4.9外壓膜絲運行特性67
4.9.1外壓膜絲的特性試驗67
4.9.2外壓膜絲的運行模型68
4.9.3外壓膜絲的純水通量69
4.9.4外壓膜絲的運行特性71
4.10外壓組件與容積率74
4.10.1外壓組件的數(shù)學模型74
4.10.2各參數(shù)與組件容積率75
4.10.3外壓組件的純水通量78
4.11浸沒式超濾膜特性78
4.12新型超微濾膜技術80
第5章反滲透膜性能與膜參數(shù)82
5.1反滲透膜工藝原理82
5.1.1半透膜與滲透壓強82
5.1.2反滲透膜過程原理83
5.1.3膜片及膜元件結構85
5.2膜元件的主要參數(shù)86
5.2.1膜元件的標準性能參數(shù)86
5.2.2標準參數(shù)與現(xiàn)場測試值88
5.2.3元件給水水質限制參數(shù)88
5.2.4膜元件的運行極限參數(shù)89
5.3膜元件的運行特性90
5.3.1膜元件給水溫度特性90
5.3.2膜元件產(chǎn)水通量特性91
5.3.3膜元件給水含鹽量特性91
5.3.4膜元件的回收率特性91
5.3.5膜元件壓降影響因素92
5.4膜元件的參數(shù)特性93
5.4.1膜元件的透鹽率特性93
5.4.2膜元件產(chǎn)水pH值特性94
5.4.3膜元件濃水pH值特性95
5.4.4膜過程的碳酸鹽平衡96
5.5膜元件濃差極化度97
5.6各類物質的透過率97
5.7恒通量的性能指標98
5.8兩類恒量測試分析100
5.8.1恒壓力膜元件測試100
5.8.2恒通量膜元件測試100
5.8.3兩種元件測試方式101
第6章反滲透系統(tǒng)的典型工藝103
6.1系統(tǒng)結構與技術術語103
6.2設計依據(jù)與設計指標104
6.2.1系統(tǒng)設計依據(jù)104
6.2.2系統(tǒng)設計指標105
6.3膜品種與系統(tǒng)透鹽率106
6.4設計導則與元件數(shù)量107
6.4.1系統(tǒng)設計導則107
6.4.2系統(tǒng)元件數(shù)量109
6.4.3元件品種選擇109
6.5膜系統(tǒng)的極限回收率109
6.5.1難溶鹽的極限回收率110
6.5.2濃差極化極限回收率114
6.5.3殼濃流量極限回收率118
6.5.4系統(tǒng)的極限回收率118
6.6膜堆結構與參數(shù)分布119
6.6.1元件的串并聯(lián)形式119
6.6.2膜系統(tǒng)的分段結構120
6.6.3系統(tǒng)沿程參數(shù)分布121
6.7恒量運行與運行余量124
6.7.1給水高壓泵的規(guī)格124
6.7.2濃水截流閥門設置125
6.7.3膜系統(tǒng)的單元數(shù)量126
6.7.4系統(tǒng)回收率的余量127
6.7.5系統(tǒng)產(chǎn)水量的余量127
6.7.6系統(tǒng)產(chǎn)水質的余量128
6.8系統(tǒng)的能耗與水電費129
6.8.1膜品種與運行能耗129
6.8.2水費與電費的比較130
6.8.3系統(tǒng)優(yōu)化設計概念130
6.9反滲透系統(tǒng)典型設計130
6.9.1難溶鹽濃度與最高回收率130
6.9.2水體溫度等與最高回收率131
6.9.3膜系統(tǒng)設計的范例分析131
第7章反滲透系統(tǒng)的特殊工藝137
7.1通量均衡工藝137
7.1.1系統(tǒng)通量失衡影響138
7.1.2前段淡水背壓工藝140
7.1.3前后段間加壓工藝141
7.1.4分段元件配置工藝142
7.1.5能量回收段間加壓143
7.1.6均衡通量其他功效144
7.1.7端通量比與膜品種145
7.2濃水回流工藝145
7.2.1泵前濃水回流145
7.2.2泵后濃水回流147
7.2.3后段濃水回流148
7.3分段供水工藝149
7.4淡水回流工藝149
7.4.1系統(tǒng)淡水回流149
7.4.2后段淡水回流150
7.4.3附加三段工藝151
7.5倒向運行工藝151
7.5.1高回收率系統(tǒng)特征152
7.5.2長流程系統(tǒng)特征152
7.5.3膜系統(tǒng)污染分布153
7.5.4倒向工藝153
7.5.5倒向運行的控制154
7.6半級系統(tǒng)與級半系統(tǒng)155
7.6.1半級系統(tǒng)工藝155
7.6.2級半系統(tǒng)工藝156
7.7有機污染系統(tǒng)156
7.8監(jiān)測控制系統(tǒng)159
7.8.1儀表監(jiān)控系統(tǒng)159
7.8.2集散監(jiān)控系統(tǒng)161
7.9特殊工藝范例161
第8章不同規(guī)模系統(tǒng)結構設計164
8.1小型規(guī)模系統(tǒng)結構164
8.1.1一至六支膜系統(tǒng)164
8.1.2單段的系統(tǒng)結構165
8.1.3兩段的系統(tǒng)結構167
8.1.4三段的系統(tǒng)結構168
8.2混型元件系統(tǒng)結構169
8.3中型規(guī)模系統(tǒng)結構170
8.4大型規(guī)模系統(tǒng)結構170
8.4.1系統(tǒng)段殼濃水比值170
8.4.2大型規(guī)模膜堆結構171
8.4.3大型系統(tǒng)膜堆特征174
8.5主輔設備注意事項175
8.6工程項目中試過程176
8.6.1中試的必要與可行176
8.6.2中試過程注意事項177
第9章反滲透系統(tǒng)的運行分析179
9.1系統(tǒng)的三項平衡關系179
9.1.1流量與鹽量平衡179
9.1.2流量與壓力平衡179
9.1.3壓力與功率平衡181
9.2可調節(jié)水泵系統(tǒng)的運行182
9.3無調節(jié)水泵系統(tǒng)的運行184
9.4提高產(chǎn)水量的應急措施186
9.5提高脫鹽率的應急措施187
9.6膜殼給水濃水流量越限187
9.7系統(tǒng)的裝卸與啟停過程188
9.7.1元件的裝卸過程188
9.7.2系統(tǒng)的啟動過程189
9.7.3系統(tǒng)的運行過程190
9.7.4系統(tǒng)開停機過程190
9.7.5系統(tǒng)的清洗周期191
9.8系統(tǒng)的運行調節(jié)與功耗191
9.8.1運行調節(jié)與水泵特性191
9.8.2回流調節(jié)與截流調節(jié)193
9.8.3變頻調速的運行調節(jié)194
9.8.4變換工況的功耗比較196
第10章系統(tǒng)污染、清洗與加藥198
10.1污染的分類與分布198
10.1.1膜系統(tǒng)污染分類198
10.1.2沿流程污染分布199
10.1.3沿高程污染分布200
10.1.4元件內污染分布201
10.2膜系統(tǒng)污染的影響202
10.2.1無機污染的影響203
10.2.2有機污染的影響204
10.2.3生物污染的影響204
10.2.4混合污染的影響204
10.3系統(tǒng)的污染與運行205
10.4污染的發(fā)展與對策206
10.4.1膜系統(tǒng)污染的發(fā)展206
10.4.2污染膜元件的重排207
10.5污染與故障的甄別207
10.5.1各類系統(tǒng)污染甄別207
10.5.2濃水陷阱現(xiàn)象甄別208
10.6在線與離線的清洗209
10.6.1在線清洗系統(tǒng)209
10.6.2在線水力沖洗209
10.6.3在線化學清洗210
10.6.4元件離線清洗212
10.7運行指標的標準化213
10.7.1參數(shù)標準化的概念213
10.7.2海德能標準化模型214
10.7.3陶氏的標準化模型216
10.7.4段壓系統(tǒng)的標準化216
10.8三類泵的加藥系統(tǒng)217
10.8.1機械計量泵系統(tǒng)218
10.8.2電磁計量泵系統(tǒng)219
10.8.3磁力加藥泵系統(tǒng)219
10.8.4加藥系統(tǒng)自動化221
10.9元件性能指標計算221
10.9.1運行條件下計算221
10.9.2衰減程度的計算222
第11章元件及系統(tǒng)的數(shù)學模型223
11.1膜元件的理論數(shù)學模型223
11.1.1元件理想結構模型223
11.1.2元件理論數(shù)學模型224
11.2膜系統(tǒng)的離散數(shù)學模型225
11.2.1單一元件離散模型225
11.2.2串聯(lián)元件離散模型228
11.2.3并聯(lián)膜殼離散模型228
11.2.4單一膜段離散模型229
11.2.5多段系統(tǒng)離散模型229
11.3膜系統(tǒng)的管路數(shù)學模型230
11.3.1給濃水管道結構模型230
11.3.2產(chǎn)淡水管道結構模型234
11.3.3給濃水殼聯(lián)結構模型235
11.4元件的透水及透鹽系數(shù)236
11.4.1透過系數(shù)函數(shù)與算法236
11.4.2透過系數(shù)的特性表征237
11.5元件的阻力與極化系數(shù)238
11.5.1給濃水流道阻力系數(shù)238
11.5.2膜元件濃差極化系數(shù)238
11.6元件的污染層透過系數(shù)238
11.6.1有機污染層特性239
11.6.2無機污染層特性240
第12章元件、管路及通量優(yōu)化242
12.1系統(tǒng)元件的優(yōu)化配置242
12.1.1元件差異與系統(tǒng)透鹽率242
12.1.2元件差異與兩段通量比244
12.1.3單指標差異元件的配置244
12.1.4優(yōu)化配置與系統(tǒng)透鹽率245
12.1.5優(yōu)化配置與兩段通量比248
12.1.6洗后及新舊元件的配置250
12.1.7系統(tǒng)中的元件更換方式250
12.2管道結構參數(shù)的優(yōu)化252
12.2.1系統(tǒng)管道結構的影響252
12.2.2給濃水管道壓差分析253
12.2.3膜段的各項管道壓降254
12.2.4徑流方向的系統(tǒng)影響256
12.2.5管道結構優(yōu)化的措施259
12.3殼聯(lián)結構參數(shù)的優(yōu)化259
12.3.1系統(tǒng)規(guī)模與側口規(guī)格260
12.3.2徑流模式與運行指標261
12.3.3設計參數(shù)與結構優(yōu)化262
12.4通量優(yōu)化與通量調整262
12.4.1峰谷性系統(tǒng)流量調整263
12.4.2時變性系統(tǒng)流量調整264
第13章兩級系統(tǒng)與超純水工藝265
13.1兩級系統(tǒng)的工藝結構265
13.2二級系統(tǒng)的工藝特征266
13.2.1設計通量與產(chǎn)水回收率266
13.2.2濃差極化與元件品種266
13.2.3流程長度與段殼數(shù)量267
13.3二級系統(tǒng)的給水脫氣269
13.4加堿提高給水的pH值270
13.5兩級系統(tǒng)的試驗分析271
13.5.1透鹽率與給水的pH值271
13.5.2二級系統(tǒng)透鹽率特性271
13.5.3兩級系統(tǒng)元件配置272
13.6兩級系統(tǒng)清洗與換膜273
13.7超純水多級制備工藝274
13.7.1離子交換樹脂工藝274
13.7.2電滲析設備與工藝275
13.7.3樹脂填充電滲析裝置277
13.7.4精混拋光樹脂工藝278
第14章海水淡化與濃鹽水減排279
14.1海水成分與脫硼處理279
14.1.1海水成分與總含鹽量279
14.1.2元件品種與脫硼處理280
14.2工作壓力與最高回收率280
14.2.1海水淡化系統(tǒng)的工作壓力280
14.2.2海水淡化系統(tǒng)所用柱塞泵281
14.2.3設備材質與最高回收率282
14.3溫度調節(jié)與能量回收282
14.3.1海水淡化系統(tǒng)的溫度調節(jié)282
14.3.2海水淡化系統(tǒng)的能量回收283
14.4海水淡化的系統(tǒng)設計284
14.4.1流程長度與段結構284
14.4.2典型海水淡化系統(tǒng)285
14.4.3亞海水的淡化系統(tǒng)286
14.5濃鹽水體減排與零排288
14.5.1碟管與卷管式膜組件288
14.5.2超級碟管式系列組件289
14.5.3機械蒸汽再壓縮設備291
第15章脫鹽納濾系統(tǒng)特性分析293
15.1納濾膜工藝技術293
15.2納濾脫除有機物294
15.3納濾膜系統(tǒng)應用296
15.4氧化改性納濾膜297
15.4.1廢棄反滲透膜現(xiàn)狀297
15.4.2氧化膜的處理過程297
15.4.3氧化膜的性能穩(wěn)定298
15.4.4氧化膜的工程應用299
15.5納濾元件運行特性300
15.6納濾元件透過系數(shù)302
15.7納濾系統(tǒng)工藝設計303
15.7.1設計通量與系統(tǒng)回收率304
15.7.2工作壓力與通量均衡304
15.7.3濃差極化與流程長度305
15.7.4流程長度與系統(tǒng)成本306
15.7.5元件位置與管路結構306
第16章分鹽納濾工藝性能分析308
16.1納濾膜的單電解質截留308
16.2納濾膜元件的運行特性310
16.3分鹽納濾系統(tǒng)運行特性311
16.4分鹽納濾的負脫鹽現(xiàn)象313
16.5三離子濃度的計算平衡314
16.6分離膜的計算電荷平衡315
16.6.1單電解質的電荷平衡315
16.6.2雙電解質的電荷平衡316
第17章膜系統(tǒng)的運行模擬軟件318
17.1系統(tǒng)設計與運行模擬318
17.2模擬軟件的基本功能319
17.2.1系統(tǒng)基本參數(shù)輸入319
17.2.2特殊運行方式設置320
17.2.3運行模擬計算報告321
17.3系統(tǒng)各項參數(shù)的設置322
17.3.1元件參數(shù)設置322
17.3.2管道參數(shù)設置322
17.3.3殼聯(lián)參數(shù)設置323
17.4系統(tǒng)模擬的程序框圖324
17.4.1系統(tǒng)模擬計算框圖324
17.4.2膜段模擬計算框圖326
17.4.3膜殼模擬計算框圖328
17.4.4元件模擬計算框圖328
17.5模擬軟件的應用實例329
17.6元件參數(shù)的影響實例330
17.7管路參數(shù)的影響實例332
17.8模擬軟件的開發(fā)前景334
參考文獻335