我們知道RO(反滲透）系統中難溶鹽結垢，濃差極化現象，末端膜元件濃水流，均衡膜通量四大因素決定了系統極限回收率上限。其中濃差極化，末端濃水流，膜通量三者屬于水利學范疇，可以通過改變膜系統結構予以提高，故膜系統設計需要優化系統結構以提高三者極限回收率。難溶鹽則屬于水化學范疇，只有通過預處理工藝或添加阻垢劑予以提高其極限回收率。一般而言，濃差極化極值狀態下的難溶鹽極限回收率往往成為提高膜系統回收率的最終限制。當然得出這個結論的重要前提是合理設計RO膜的系統結構！

一、什么是RO膜的系統結構？

RO裝置的核心主要是由一定數量的膜元件(單支RO膜）通過不同的排列方式形成一定的組合，從而給水可以合理地通過各個膜元件，達到預期的效果（不一定是最高回收率）。

所以簡單來說，RO膜的系統結構就是RO膜元件在裝置中的排列方式。

我們常用A-B-C.../L這樣的方式來表述。舉例：

2-1/6表示系統采用2：1二段式排列，一只膜殼裝6支RO膜（元件）

4-2-1/5表示系統采用4：2：1三段式排列，一只膜殼裝5支RO膜

二、膜通量和末端濃水流合理設計

RO膜元件排列方式的合理設計主要需要考慮均衡膜通量和合適的末端濃水流量兩方面

2.1均衡的膜通量

膜通量：一定時間內通過膜面積（單支RO膜膜面積跟型號相關）的水流量，膜通量越高則設計產水量越高。

所以均衡的膜通量保證的其實是單個膜元件的實際回收率，確保單個膜元件發揮其有效利用率。

2.2合適的末端濃水流量

濃水流的兩大作用：帶走難溶鹽成分和保持濃水通道有效湍流（紊流）。

要想維持濃水通道湍流狀態，膜殼末端濃水流量就不能過低，其次考慮到多段式設計中后段給水的鹽分比例較前段更高，濃水中鹽分較前段也更高，為使后段錯流比更大以降低膜污染（含結垢）后段膜殼濃水流量大于前段膜殼濃水流量。

三、基本設計思路

①確定膜元件數量

純水設備：按照8040膜單支產水量1T/H，4040膜單支產水量0.25T/H確定

兩者膜通量指標幾乎一致，實際區別主要就是膜面積的大小決定的產水量區別。

中水設備：按照8040膜單支處理量1.5T/H，實際產水量0.7-0.8T/H左右水平設計。

備注：中水鹽濃度過高，結垢風險大，實際回收率50-60%左右。

②根據膜元件數量確定排列方式

膜元件串聯數量限制的最高回收率

膜元件串聯數量最高回收率表

我們套用上一篇文章的問題解答：為什么2T/H的小型設備為什么需要選用小膜(4040膜）？

答：2T/H的RO裝置，可以選擇8支4040膜，采用5:3（串聯）的二段式（分段最高回收率55%和42%）串聯排列，串聯系統最高回收率68%，而5:3的二段式可以有效保證前后段的末端濃水流及均衡膜通量。

不考慮濃差極化及難溶鹽結垢的狀態下，我們大體可以設計RO一段回收比例45%，RO二段回收比例35%。每小時進水量X狀態下一段純水產水量0.45X，一段單支膜殼末端濃水流0.55X/5=0.11X。二段純水產水量0.55X*0.35=0.1925X，二段單支膜殼末端濃水流=（0.55X*0.65）/3=0.12X＞0.11X=一段濃水流，符合預期。系統綜合回收率=（0.45+0.1925X）/X=64.25%＜68%符合基本原則。

反之，當我們選用8040膜，只能選擇2支8040膜，采用1:1的RO膜串聯排列，系統回收率32%，膜通量，濃水流均無法有效保障，不采用濃水回用的狀態下，回收率遠遠低于小膜，造成水資源浪費和額外的經濟成本。

我們發現對于8支膜元件的二段式排列方式，系統采用了5:3(5-3/1)的排列方式其

一段給水流量（平均單支膜元件）=0.2X，二段給水流量=0.18X，維持了基本平衡。

一段濃水流量=0.11X，二段濃水流量=0.12X，符合末段濃水流量大于前段濃水流量要求。

備注：現實設計過程當中為了兼顧膜通量平衡實際采用3+2:3/3的排列方式（見后面表格），這種排列方式在設備體積上也會較5：3串聯排列更為優化，但是在回收率上限方面不如后者（57%＜68%），其主要原因是水流行程由8米縮寫為5/6米，當然實際的組合方式要根據具體需求選擇。

四、表格數據分析

我們設定給水總流量X，一段產水總流量為X1，一段濃水總流量X2，二段給水總流量X2，二段產水總流量X3，二段濃水總流量X4，采用A-B/L（A和B此處不約分）結構，此時

一段給水流量=X/（A*L）,二段給水流量=X2/（A*L）

一段濃水流量=X2/（B*L），二段濃水流量=X4/（B*L）

總的回收率Y=(X1+X3)/X 一段回收率 Y1=X1/X 二段回收率Y2=X3/X2

表格計算中的系統回收率Y和一段回收率Y1主要參考膜元件串聯數量最高回收率表，二段回收率Y2主要通過計算所得，Y1和Y2僅供參考。

結合膜元件串聯回收率表格，當L≥4時，實際設計的Y1接近或者大于50%，考慮到膜通量的平衡，為了維持后段給水流量，常采用2：1（此處已約分）的排列方式。而當膜元件數量有限或者比例無法很好調配時，可采用5：3的排列方式。極限情況下可能存在1：1的排列方式。

考慮到膜元件數量和排列方式組合為非線性狀態，我們通過實際的膜元件數量窮舉法制作成表格以供大家參考。其中Y=Y1+(1-Y1)Y2+(1-Y1)(1-Y2)Y3.... 二段式Y2=(Y-Y1)/(1-Y1)

通過實際的數據要求，我們發現當膜元件數量有限的時候，系統結構設計可選擇性很小。綜合考慮膜通量，回收率甚至是設備大小的時候都不得不做各種取舍（沒得選）。

簡單總結：

①表格中綠色部分是設計時一般情況下可采用的排列方式及其系統單流程回收率。

②整條黃色是對比項，對比同樣膜元件可能不是最優解，但是也有可能實際使用。

③單項回收率黃色，實際的系統回收率小于膜元件串聯最高回收率（膜通量不足），但是相對比之下已經是最優解了。

④整條紅色相對于5支膜元件的另外一種排列方式，此種方式回收率當面差距過大，作為對比項存在。只有在不計較回收率且期望希望體積很小（比如一體機及整合機）的情況下適用）

⑤表格中沒有表現大流量膜殼數無法整除的情況，現實中可能存在，一般采取實際裝填數量＜設計裝填數量（最后一只膜殼不裝滿，一般少1-2支）

⑥當膜元件超過4支時，合理設計的系統回收率可以達到50%以上，客觀上解答了為什么3T/H以下純水設備需要采用小膜的問題（選大膜，回收率無法保證）。

寫在最后：本文可以簡單作為上一篇水處理基本知識 淺談RO裝置的極限回收率的補充，不是很全面，也沒有做互相之間的比較。但是大家也可以看到，在膜元件數量較小的小型設備中，往往單純的膜元件排列就限制了系統的極限回收率，此時，我們過度關注系統結垢問題是不準確的。

結合實際情況具體分析是比較務實的，同時知道如何判斷關鍵限值條件也需要理論結合實際以待更好服務客戶。