反渗透膜元件排列、β 系数、单支回收率

　　一、什么是膜元件的排列方式

　　RO膜元件的排列方式是反渗透系统结构的基础。众所周知，反渗透系统是由一定数量的膜元件(单支RO膜)通过不同的排列方式(串并联)形成一定的组合，并辅之以压力容器等必要部件，从而使给水可以合理地通过各个膜元件，以期达到预定效果(不一定是最高回收率)。

　　而我们常用A-B-C.../L这样的方式来表述。举例：

　　2-1/6表示系统采用2：1二段式排列，一只膜壳装6支RO膜(元件)

　　4-2-1/5表示系统采用4：2：1三段式排列，一只膜壳装5支RO膜

　　备注：当膜壳长度不统一时(常见于膜元件有限的小型系统)，直接用A+B:C表示;举例：3+2:3,表述为5:3二段式排列方式。

　　二、关于浓差极化、均衡膜通量及末端浓水流

　　①浓差极化

　　RO膜分离过程中，水分子透过以后，膜界面中含盐量增大，形成较高的浓水层，此层与给水水流的浓度形成很大的浓度梯度，这种现象称为膜的浓差极化(Concentration Polarization)。而当系统的浓差极化达到某一特定程度时，系统会表现出明显的透盐率上升。

　　浓差极化指数β=膜表面盐浓度(cm)/本体溶液盐浓度(cs)，大部分厂商要求一级RO的β<1.2(左右)，二级RO的 β<1.4。其实β上限值设定本身就跟单支RO膜回收率的设定相匹配，

　　β=1/(1-Y单支)。β=1.2时，Y单支=16.7%，而当Y单支=18%，相应的β=1.22。

　　备注：浓差极化现象也是造成厂商推荐RO膜元件单支回收率上限15%，最高不超过18%的基础缘由。同理二级RO的β<1.4，也就是单支膜元件回收率上限为1-1/β=0.286≈29%。

　　基本设计原则：短时低压冲洗

　　为了降低浓差极化， 其中一个主要手段是停机时候进行低压冲洗， 确保膜表面的盐浓度与主体浓度一致。有研究表明RO系统在不同β值条件下运行180分钟后，通过冲洗其脱盐率及产水量恢复时间也不同(见下图)。该图表明浓差极化系数保持在1.2以内时，通过1-2分钟的短时冲洗可以得到恢复;而浓差极化系数大于1.2时，用冲洗手段恢复性能所需时间不断增加。

　　②均衡的膜通量

　　膜通量：一定时间内通过膜面积(单支RO膜膜面积跟型号相关)的水流量，膜通量越高则设计产水量越高。所以均衡的膜通量保证的其实是单个膜元件的实际回收率，确保单个膜元件发挥其有效利用率。

　　就同流程而言，单膜壳串联排列相对于多段式排列在最高回收率方面保持一致，但在能耗上高于多段式排列，且在实际回收率会略低于多段式排列，而多段式的排列需要遵循以下基本设计原则。

　　基本设计原则：

　　在相同回收率下，RO系统的一般规律为：长流程系统的浓差极化度较小，短流程系统的浓差极化度较大，但长流程系统也存在着系统功耗高与段通量比大等弊端。

　　受到一级RO系统浓差极化度β<1.2限制，对于75%左右回收率的一级RO系统一般采用二段式5-7(一般选用5/6)支装膜壳。而二级RO系统的浓差极化度限值β放宽至1.4，可以采用二段式4-6(一般选用4/5)支膜壳短流程结构，可有效降低系统功耗与段通量比。

　　③合适的末端浓水流量

　　膜元件中保持浓水流量的主要作用有两个，其一为将浓水外排来防止难溶盐结垢(看似废话，却是实际真正的意义)，其二是可以保持浓水流道中形成有效的湍流降低膜表面的浓差极化度。

　　基本设计原则：反渗透系统设计领域中，还要求各段膜壳的浓水流量(也称段壳浓水流量)不得过低，即壳内末端膜元件的浓水流量不得过低，以使其元件的给浓水径流维持湍流状态。由于系统末段浓水中的污染物浓度更高，为使末段错流比更大以降低污染，则末段的段壳浓水流量应大于首段。