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反渗透系统运行时,进水被分成两股水流:一股是透过膜的产水(淡水),另一股是含有截留溶质的浓水(废水)。这两股流量的比例不是固定值,而是取决于系统设计、原水水质和膜类型。很多用户问“正常比例”是多少,实际上这个比例由“回收率”决定。洵润环保基于膜技术手册和工程实践,解释浓水流量与产水流量的典型范围及其依据。

一、回收率的概念及计算公式
回收率是产水流量与进水流量的比值,用百分数表示。公式为:回收率 = (产水流量 / 进水流量) × 100%。而进水流量 = 产水流量 + 浓水流量。因此,产水流量与浓水流量的比值可以通过回收率换算。例如,回收率75%时,产水占进水的75%,浓水占25%,那么产水流量是浓水流量的3倍。另一种表达方式是浓水流量与产水流量的比例。这个比例 = (1 - 回收率)/回收率。所以,“正常比例”首先取决于设计回收率。
二、不同原水类型下的典型比例
膜制造商(如杜邦、海德能、东丽等)提供设计导则。根据原水含盐量,回收率有不同推荐值。
1. 低含盐量苦咸水(总溶解固体小于2000毫克/升)
这类水常见于河流、浅层地下水。回收率通常设定在75%—85%。对应的产水:浓水比例大约为3:1到5.7:1。也就是说,浓水流量是产水流量的17%到33%。例如,回收率为80%时,产水流量为4倍浓水流量。很多工业用反渗透系统选择这个范围,以减少浓水排放量(Hydranautics, 2018)。
2. 中等含盐量苦咸水(总溶解固体2000—10000毫克/升)
这类水需要降低回收率以防止结垢。典型回收率为60%—75%。此时产水流量是浓水流量的1.5倍到3倍。浓水流量与产水流量的比例为0.33—0.67。举个例子,回收率70%时,产水流量约2.33倍浓水流量。
3. 高含盐量苦咸水至海水(总溶解固体10000—35000毫克/升)
海水反渗透的回收率较低,一般为40%—50%。这是因为海水渗透压高,结垢风险大。回收率50%时,产水流量等于浓水流量,比例1:1。回收率40%时,产水流量是浓水流量的0.67倍,即浓水流量大于产水流量。对于海水淡化,浓水流量通常接近或大于产水流量,以维持膜表面足够的冲刷流速(Dow Water & Process Solutions, 2021)。
4. 微咸水与废水回用
在废水回用中,为了减少浓水处置成本,有人尝试高回收率(如90%)。但此时需要加阻垢剂并严格控制结垢离子。90%回收率对应产水流量是浓水流量的9倍,浓水流量仅为产水的11%。这种比例仅在经过充分软化预处理后才可行。不是所有系统都能达到。
三、浓水流量不能过低的原因
虽然高回收率节省水资源,但浓水流量有一个下限。浓水在膜组件内的流速必须足够高,以防止浓差极化和污染。通常,单支膜元件的最低浓水流量为2.5—3.5立方米/小时对于8英寸膜元件(FilmTec Corporation, 2019)。换算到整个系统,如果产水流量很大而浓水流量太小,末端膜元件的流速会低于临界值,导致膜很快结垢。因此,工程上不会无限提高回收率。有时为了满足最低浓水流量,甚至需要降低回收率。所以,“正常比例”还必须考虑膜元件的水力条件。
四、实际运行中比例偏离的常见情况
实际运行时,产水流量和浓水流量会随温度、压力、污染程度而变。例如,膜被污染后,产水流量下降,而浓水流量可能相应增加(如果进水流量不变)。但更多时候,系统用变频泵维持进水恒定,那么产水降低时浓水自然会升高,比例偏离设计值。另一种偏离情况是浓水阀门调节不当。如果浓水阀开度过小,浓水流量降低,回收率升高,但可能超过允许值。正常的做法是按照设计回收率设定浓水阀开度,并定期检查流量计读数。行业标准规定,每周至少记录一次产水和浓水流量,计算回收率,若偏离设计值±5%则应排查原因(American Water Works Association, 2017)。

五、记住几个典型数值
对于没有特殊要求的用户,记住以下几个典型比例:
苦咸水反渗透:产水:浓水 ≈ 3:1(回收率75%),浓水流量约为产水的1/3。
海水反渗透:产水:浓水 ≈ 1:1(回收率50%),两者相等。
废水回用高回收系统:产水:浓水可达5:1(回收率83%)以上,但需谨慎。
如果您不确定自己的系统应设置多少比例,请查阅膜制造商的设计软件或技术支持文件。不要随意调小浓水流量来增加产水,这会缩短膜寿命。
反渗透浓水流量和产水流量的正常比例没有统一值,它由设计回收率决定。低盐度水源下,产水流量可为浓水流量3—5倍;高盐度海水下,两者接近1:1。实际操作中,必须同时满足最低浓水流速和防止结垢的要求。定期核算回收率并保持在设计范围内,是稳定运行的关键。