表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 经过软化后 地表的市政自水 来水 给水SDI 典型目标通量gfd l/m2h 元件最大回收率% 元件直径 2.5- 英寸 30 19 17 15 14 12 15 13 SDI<1 SDI<3 SDI<3 SDI<5 SDI<3 SDI<5 SDI<3 SDI<5 （过滤后的市政污水） 反渗透产 水作进水 海水 给水类型 井水 MF1 传统过滤 沉井/MF1 表面取水 22 37 18 30 16 27 14 24 13 22 11 19 13 22 11 19 最大产水流量，gpd(m3/d) 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- 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) 英寸 元件直径 2.5- 英寸 4.0-英寸非Full-Fit Full-Fit4.0-英寸元件 0.7(0.16) 2(0.5) 6(1.4) 最小产水流量，gpd(m3/d) 1(0.2) 1(0.2) 3(0.7) 3(0.7) 6(1.4) 6(1.4) 最大给水流量2gpm(m3/h) 6(1.4) 6(1.4) 6(1.4) 14(3.2) 14(3.2) 16(3.6) 1(0.2) 1(0.2) 1(0.2) 1(0.2) 1(0.2) 3(0.7) 4(0.9) 5(1.1) 3(0.7) 4(0.9) 6(1.4) 6(1.4) 6(1.4) 不适用 不适用 最高进水压力psig(bar) 600(41) 600(41) 1000(69) 600(41) 600(41) 600(41) 元件类型 有效面积ft2(m2) 胶带缠绕2540 玻璃钢缠绕2540 海水2540 元件 胶带缠绕4040 TW30-4040 玻璃钢缠绕28(2.6) 28(2.6) 29(2.7) 87(8.1) 82(7.6) 82(7.6) 单元件最大允许压降psig(bar) 13(0.9) 15(1.0) 13(0.9) 13(0.9) 13(0.9) 15(1.0) 4040 玻璃钢缠绕4040 海水膜 80(7.4) 16(3.6) 15(1.0) 1000(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。 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4及表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：
【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：
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7 苦咸水淡化膜系统的段数
系统回收率（%） 40-60 70~80 85~90 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8 所示：
表8 海水淡化膜系统的段数
压力容器的段数 6芯 1 2 2 2 7芯 1 1 2 2 8芯 1 1 串联元件的数量 6 12 18 含6元件压力容器的段数 1 2 3 系统回收率（%） 串联元件的数量 30-40 45 50 55-60 6 7-12 8-12 12-14 【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 第5步：元件总数=
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。
11 系统性能预测
11.1 系统操作特性
在预测某一系统性能之前，需先熟悉系统的操作特性，这里举列说明，图5-10为含3支6芯压力容器并按2:1排列的系统。含6芯压力容器的两段式系统前后有12支元件串联在一起，可有效地达到55~75%的系统回收率，每一支元件的平均回收率为7~12%，若两段系统回收率高于75%，单支元件的回收率将超过设计导则规定的最高回收率极限，此时需在系统中再添加一段，选择18 支元件串联以降低单支元件的平均回收率。
图10 卷式RO/NF 膜系统典型的两段式排列
若两段系统的回收率太低（如<55%），进入第一段的流量会太高，就会使得进水与浓水之间的压降过高，导致膜元件的水力剪切损伤，根据水质而定，一般情况下，FILMTEC8英寸元件的最高进水流量为11~16m3/h。因此，回收率小于55%的系统应采用单段式排列，最大进水流量同时也限制了压力容器的排列比，一般不会采用超过3:1排列比的结构。当操作单支RO/NF元件系统时，所有的操作参数可随时测出，因而性能也可很快地推算出来。当大量的元件以很复杂的排列方式组合在一个系统中，而且只知道进口的操作参数时，预测系统的性能就相当困难。串联的每一支元件的进水压力及含盐量都在随时变化，这些变化的速度和程度不仅取决于进口条件和总回收率，而且也和系统排列如排列比例有关。
图11总结了给定系统内膜元件总体性能动态变化趋势，系统性能为就是系统内每一支元件性能的综合表现，该图说明了在含6芯元件压力外壳的2:1排列系统中，5种不同的元件性能参数是如何随元件在系列中的位置而发生变化的。此系统的操作情况：回收率75%，水温25℃，进水渗透压1.4bar（20psi，含盐量约相当于2,000mg/L）。
图11 8 英寸BW30 元件在2:1排列系统中每支元件性能变化趋势