陶氏FILMTEC?8 英寸膜元件系统设计导则

来源:百度文库 编辑:神马文学网 时间:2024/03/29 14:33:33

使用FILMTEC 8 英寸膜元件设计RO/NF 系统时,根据进水类型推荐设计导则如下:
表5-4:8 英寸FILMTEC 元件在水处理应用中的设计导则
废水 海水
(过滤后的市政污水)
给水类型
反渗透产
水作进水 井水 地表水 MF1 传统过滤 沉井/MF1 表面取水
给水SDI SDI<1 SDI<3 SDI<3 SDI<5 SDI<3 SDI<5 SDI<3 SDI<5
平均系gfd 21-25 16-20 13-17 12-16 10-14 8-12 8-12 7-10
统通量 l/m2h 36-43 27-34 22-29 20-27 17-24 14-20 13-20 11-17
元件最大回收率% 30 19 17 15 14 12 15 13
有限膜面积 最大产水流量,gpd(m³/d)
320ft²元件 9,000(34) 7,500(28) 6,500(25) 5,900(22) 5,300(20) 4,700(18) 6,700(25) 6,100(23)
365ft²元件 10000(38) 8,300(31) 7,200(27) 6,500(25) 5,900(22) 5,200(20)
380ft²元件 10,600(40) 8,600(33) 7,500(28) 6,800(26) 5,900(22) 5,200(20) 7,900(30) 7,200(27)
390ft²元件 10,600(40) 8,900(34) 7,700(29) 7,000(26) 6,300(24) 5,500(21)
400ft²元件 11,000(42) 9,100(34) 7,900(30) 7,200(27) 6,400(24) 5,700(22)
440ft²元件 12,000(45) 10,000(38) 8,700(33) 7,900(30) 7,100(27) 6,300(24)
元件类型 最小浓水流量²,gpm(m³/h)
BW(365ft²)元件 10(2.3) 13(3.0) 13(3.0) 15(3.4) 16(3.6) 18(4.1)
BW(400ft²和440ft²) 10(2.3) 13(3.0) 13(3.0) 15(3.4) 18(4.1) 20(4.6)
NF 元件 10(2.3) 13(3.0) 13(3.0) 15(3.4) 18(4.1) 18(4.1)
Full-Fit 元件 25(5.7) 25(5.7) 25(5.7) 25(5.7) 25(5.7) 25(5.7)
SW 元件 10(2.3) 13(3.0) 13(3.0) 15(3.4) 16(3.6) 18(4.1) 13(3.0) 15(3.4)
有效面积
元件类型 ft²(m²) 最大给水流量²,gpm(m³/h)
BW 元件 365(33.9) 65(15) 65(15) 63(14) 58(13) 52(12) 52(12)
BW/NF 元件 400(37.2) 75(17) 75(17) 73(16.6) 67(15) 61(14) 61(14)
BW 元件 440(40.9) 75(17) 75(17) 73(16.6) 67(15) 61(14) 61(14)
Full-Fit 元件 390(36.2) 85(19) 75(17) 73(16.6) 67(15) 61(14) 61(14)
SW 元件 320(29.7) 65(15) 65(15) 63(14) 58(13) 52(12) 52(12) 63(14) 56(13)
SW 元件 380(35.3) 72(16) 72(16) 70(16) 64(15) 58(13) 58(13) 70(16) 62(14)
SW 元件 400(37.2) 72(16) 72(16) 70(16) 64(15) 58(13) 58(13) 70(16) 62(14)
1MF:连续微滤工艺,膜孔径 < 0.5μm。
2 单支元件的最大允许压降为15psi(1bar),含多元件的压力容器的最大允许压降为50psi(3.5bar),这两条限制标准须同时遵守。我们
建议系统中任何元件的压降最好不超过最大压降的80%(12psi)。
注:上述限制值已引入反渗透系统分析设计软件ROSA(Reverse Osmosis System Analysis)中。当系统设计超过导则允许值时,在
ROSA 的计算结果中就 会有报警信息。
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5-9.2 陶氏FILMTEC™中等尺寸膜元件系统设计导则
在轻工业和小型商业水处理系统中,选用2.5 英寸或4 英寸FILMTEC 膜元件时,由于对系统的要求
有所不同。请按照所推荐的相应RO/NF 系统设计导则设计膜系统。
【轻工业和小型海水淡化系统】表5-5 建议的轻工业和小型海水淡化系统的系统设计导则基于这
类系统与大型系 统有着同样的要求,即要求系统性能的稳定性数年以上。在建造大型系统之前通常将
它用作连续中试或小试,并配有CIP 就地清洗设备,不设或很少量的浓水循环。预期膜元件的寿命超
过3 年。轻工业和小型海水淡化系统设计导则推荐如下:
表5-5:FILMTEC 膜元件在轻工业及小型海水淡化系统中的设计导则
废水 海水
(过滤后的市政污水)
给水类型
反渗透产
水作进水 井水
经过软化
后的市政
自来水 地表水 MF1 传统过滤 沉井/MF1 表面取水
给水SDI SDI<1 SDI<3 SDI<3 SDI<5 SDI<3 SDI<5 SDI<3 SDI<5
典型目gfd 22 18 16 14 13 11 13 11
标通量 l/m2h 37 30 27 24 22 19 22 19
元件最大回收率% 30 19 17 15 14 12 15 13
元件直径 最大产水流量,gpd(m³/d)
2.5- 英寸 800(3.0) 700(2.6) 600(2.3) 500(1.9) 500(1.9) 400(1.5) 700(2.6) 600(2.3)
4.0- 英寸 2,300(8.7) 1,900(7.2) 1,700(6.4) 1,500(5.7) 1,400(5.3) 1,200(4.5) 1,800(6.8) 1,500(5.7)
元件类型 最小浓水流量²,gpm(m³/h)
2.5- 英寸 0.7(0.16) 1(0.2) 1(0.2) 1(0.2) 1(0.2) 1(0.2) 1(0.2) 1(0.2)
4.0- 英寸非Full-Fit 2(0.5) 3(0.7) 3(0.7) 3(0.7) 4(0.9) 5(1.1) 3(0.7) 4(0.9)
Full-Fit4.0- 英寸元件 6(1.4) 6(1.4) 6(1.4) 6(1.4) 6(1.4) 6(1.4) 不适用 不适用
有效面积 最大给水流量² 单元件最大允许压降 最高进水压力
元件类型 ft²(m²) gpm(m³/h) psig(bar) psig(bar)
胶带缠绕2540 28(2.6) 6(1.4) 13(0.9) 600(41)
玻璃钢缠绕2540 28(2.6) 6(1.4) 15(1.0) 600(41)
海水2540 元件 29(2.7) 6(1.4) 13(0.9) 1,000(69)
胶带缠绕4040 87(8.1) 14(3.2) 13(0.9) 600(41)
TW30-4040 82(7.6) 14(3.2) 13(0.9) 600(41)
玻璃钢缠绕4040 82(7.6) 16(3.6) 15(1.0) 600(41)
玻璃钢缠绕4040 海水膜 80(7.4) 16(3.6) 15(1.0) 1,000(69)
Full-Fit 元件 85(7.9) 18(4.1) 15(1.0) 600(41)
1MF:连续微滤工艺,膜孔径 < 0.5μm。
2 单支元件的最大允许压降为15psi(1bar),含多元件的压力容器的最大允许压降为50psi(3.5bar),这两条限制标准须同时遵守。我们
建议系统中任何元件的压降最好不超过最大压降的80%(12psi)。
注:上述限制值已引入反渗透系统分析设计软件ROSA(Reverse Osmosis System Analysis)中。当系统设计超过导则允许值时,在
ROSA 的计算结果中就 会有报警信息。
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【小型商用系统】表5-6 建议的典型小型商用系统使用1~6 支中小型膜元件,它们或者定期更
换,或者定期频繁清洗(每半年或一年),或者允许较快的膜元件性能衰减速度。膜元件的预期寿命
小于3 年。常常为间歇运行的系统,这是一个低成本的紧凑型水处理方案,小型商用系统设计导则推
荐如下:
表5-6:FILMTEC 膜元件在小型商业应用系统中的设计导则
给水水源 反渗透产水作进水 软化后的市政自来水 井水 地表水或市政自来水
给水SDI SDI<1 SDI<3 SDI<3 SDI<5
典型目gfd 30 30 25 20
标通量 l/m2h 51 51 42 34
元件最大回收率% 30 30 25 20
元件直径 最大产水流量,gpd(m³/d)
2.5- 英寸 1,100(4.2) 1,100(4.2) 900(3.4) 700(2.7)
4.0- 英寸 3,100(11.7) 3,100(11.7) 2,600(9.8) 2,100(7.9)
元件类型 最小浓水流量1,gpm(m³/h)
2.5- 英寸元件 0.5(0.11) 0.5(0.11) 0.7(0.16) 0.7(0.16)
4.0- 英寸元件 2(0.5) 2(0.5) 3(0.7) 3(0.7)
有效面积 最大给水流量² 单元件最大允许压降 最高进水压力
元件类型 ft²(m²) gpm(m³/h) psig(bar) psig(bar)
胶带缠绕2540 28(2.6) 6(1.4) 13(0.9) 600(41)
玻璃钢缠绕2540 28(2.6) 6(1.4) 15(1.0) 600(41)
海水2540 元件 29(2.7) 6(1.4) 13(0.9) 1,000(69)
胶带缠绕4040 87(8.1) 14(3.2) 13(0.9) 600(41)
TW30-4040 82(7.6) 14(3.2) 13(0.9) 600(41)
玻璃钢缠绕4040 82(7.6) 16(3.6) 15(1.0) 600(41)
玻璃钢缠绕4040 海水膜 80(7.4) 16(3.6) 15(1.0) 1,000(69)
1 单支元件的最大允许压降为15psi(1bar),含多元件的压力容器的最大允许压降为50psi(3.5bar),这两条限制标准须同时遵守。我们
建议系统中任何元件的压降最好不超过最大压降的80%(12psi)。
注:上述限制值已引入反渗透系统分析设计软件ROSA(Reverse Osmosis System Analysis)中。当系统设计超过导则允许值时,在
ROSA 的计算结果中就会有报警信息。
5-10 膜系统的设计步骤
【第1 步】:考虑进水水源、水质,进水和产水流量以及所需的产水水质。
膜系统的设计取决于将要处理的原水和处理后产水用途,因此必须首先按照表5-4 及表5-5 的要求
详细收集系统设计资料及原水分析报告。
【第2 步】:选择系统排列和级数
常规的水处理系统排列结构为进水一次通过式,而在较小的系统中常采用浓水循环排列结构,例
如多数的商用水处理系统;所需元件数量较少的有一定规模的系统,采用进水一次通过式难以达到足
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够的系统回收率时,也采用浓水循环排列结构;在特殊应用领域如工艺物料浓缩和废水处理,通常采
用浓水循环排列系统。
RO/NF 系统通常采用连续运行方式,系统中的每一支膜元件的运行条件不随时间变化,但在某些
应用情况下,如废水处理或工艺物料的浓缩或当供水量小较小且供水不连续时,选用分批处理操作系
统,此时,进水收集在原水箱中,然后进行循环处理,部分批处理操作是分批处理操作的改良,在操
作运行过程期间,不断向原水箱注入原水。
多级处理(两级)系统是两个传统RO/NF 系统的组合工艺,第一级的产水作为第二级的进水,每
一级既可以是单段式或也可以是多段式,既可以是原水一次通过式也可以是浓水再循环式。制药和医
药用水的生产常选用产水多级处理工艺。若想取代第二级膜系统,可以考虑采用离子交换工艺。
【第3 步】:膜元件的选择
根据进水含盐量、进水污染可能、所需系统脱盐率、产水量和能耗要求来选择膜元件,当系统产
水量大于10gpm(2.3m3/h)时,选用直径为8 英寸长度为40 英寸的膜元件,当系统较小时则选用小型
元件。FILMTEC 膜元件的特点和特定领域的选型请参阅本手册有关章节的介绍或与陶氏化学液体分离
部代表联络。当要求极高产水水质时,通常使用离子交换树指对RO/NF 产水进行深度处理。
【第4 步】:膜平均通量的确定
平均通量设计值f (gfd 或L/m2h)的选择可以基于现场试验数据、以往的经验或参照设计导则所推荐
的典型设计 通量值选取。
【第5 步】:计算所需的元件数量
将产水量设计值QP除以设计通量f,再除以所选元件的膜面积SE,就可以得出元件数量NE:
E
P
E f S
N Q. =
【第6 步】:计算所需的压力容器数
将膜元件数量NE 除以每支压力容器可安装的元件数量NEpV,就可以得出圆整到整数的压力容器的
数量NV。对于大型系统,常常选用6~7 芯装的压力容器,目前世界上最长的压力容器为8 芯装,对于
小型或紧凑型的系统,选择较短的压力容器:
EpV
E
V N
N = N
虽然以下部分所描述的方法适用于所有的系统,但最适合于以一定方式排列,使用较多8 英寸膜
元件和压力容器的场合。仅含有一支或几支元件的小型系统,大多设计成串联排列和部分浓水回流,
以确保膜元件进水与盐水流道有最低的流速。
【第7 步】:段数的确定
由多少支压力容器串联在一起就决定了段数,而每一段都有一定数量的压力容器并联组成,段的
数量是系统设计回收率、每一支压力容器所含元件数量和进水水质的函数。系统回收率越高,进水水
质越差,系统就应该越长,即串联的元件就应该越多。例如,第一段使用4 支6 元件外壳,第二段使
用2 支6 元件外壳的系统,就有12 支元件相串联;一个三段系统,每段采用4 元件的压力外壳,以
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4:3:2 排列的话,也是12 支元件串联在一起。一般地,串联元件数量与系统回收率和段数有如下关系:
表5-7 苦咸水淡化膜系统的段数
系统回收率(%) 串联元件的数量 含6 元件压力容器的段数
40~60 6 1
70~80 12 2
85~90 18 3
如果采用浓水循环方式,单段式系统也可以设计成较高的回收率。
在设计海水淡化系统时,其回收率应该比苦咸水系统的回收率低,膜系统的段数取决于系统回收
率,如表5-8 所示:
表5-8 海水淡化膜系统的段数
压力容器的段数
系统回收率(%) 串联元件的数量
6 芯 7芯 8芯
35~40 6 1 1
45 7~12 2 1 1
50 8~12 2 2 1
55~60 12~14 2 2
【第8 步】:确定排列比
相邻段压力容器的数量之比称为排列比,例如第一段为4 支压力容器,第二段为2 支压力容器所
组成的系统,排列比为2:1,而一个三段式的系统,第一段、第二段和第三段分别为4 支、3 支和2 支
压力容器时,其排列比为4:3:2。当采用常规6 元件外壳时,相邻两段之间的排列比通常接近2:1,如果
采用较短的压力容器时,应该减低排比。另一个确定压力容器排列的重要因素是第一段的进水流量和
最后一段每支压力容器的浓水流量,根据产水量和回收率确定进水和浓水流量,第一段配置的压力容
器数量必须为每支8 英寸元件的压力容器提供8~12m3/h 的进水量,同样,最后一段压力容器的数量必
须使得每一支8 英寸元件压力容器的最小浓水流量大于3.6m3/h,详细规定请参阅膜元件设计导则。
【第9 步】:分析和优化膜系统
所确立的膜系统结构可以采用FILMTEC ROSA 计算机系统分析软件进行分析和调整:
举例如下: 假定:
水源为地表水,SDI15<5
要求产水量720m3/d
采用6 芯压力容器(外壳)
第1 步:SDI15<5 的地表苦咸水,总产水量720m3/d(132gpm)
第2 步:选择进水一次通过式结构
第3 步:BW30-365(苦咸水膜元件,有效膜面积365ft2,即33.9m2)
第4 步:建议平均通量15gfd(25LMH),查阅设计导则
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第5 步:元件总数=
35
(33.9 m )/(25 L/m /h)
(720 m /d)(41.67 L/h)/(m /d)
2 2
3 3
= ⇒ 圆整到35 或
35
(15 gfd)/(365 ft )
(132 gpm)(1440 gpd/gpm)
2 = ⇒ 圆整到35
第6 步:压力外壳总数 = 35/6 = 5.83 ⇒ 圆整到36
第7 步:对于6 芯外壳75%回收率 ⇒ 段数选2
第8 步:段排列比2:1,最适宜的排列为 ⇒ 4:2
第9 步:使用FILMTEC 反渗透系统分析软件ROSA 进行系统模拟运算。这个程序可以计算进水压
力、系统产水品质以及每支元件的运行参数,并可十分方便地改变膜元件的数量、品种和排列来优化
系统设计。