本書為反滲透及納濾水處理系統設計與運行領域的工藝理論專著，共17章，主要介紹了膜元件特性參數、系統極限收回率、多項特殊工藝、膜堆基本結構、均衡通量、均衡污染、元件配置、管路結構及雙恒量控制等系統工藝概念；明確了系統的脫鹽率與工作壓力的設計方案檢驗原則；涵蓋了一級、兩級、海水淡化、脫鹽與分鹽納濾等系統工藝形式。
本次修訂主要增加了內壓與外壓超微濾膜絲及膜組件的數學模型及其運行特性，分鹽納濾膜元件及系統的運行特性，以及分鹽納濾膜負脫鹽現象的工作原理等內容。書中關于反滲透元件、膜殼、膜段、管路及系統數學模型的分析，以及膜元件的透鹽與透水兩系數的討論，為深入研究反滲透系統運行規律及開發系統模擬軟件奠定了基礎。
本書具有較強的先進性、系統性與參考價值，可供水處理膜技術企業工程技術人員及管理人員、各類設計院的設計人員、業內理論研究人員參考，可作為分離膜水處理行業的員工技術培訓教材，也可供高等院校環境科學與工程和市政工程與給排水等專業師生參閱。
靖大為，天津城建大學，教授，1994年至2000年任天津悠久機械有限公司（日資）總經理。 該公司為美國海德能公司反滲透膜的代理。該公司業務范圍包括產品銷售與工程承包。 2001年至2014年任天津城建大學教授進行電氣與環境專業的教學與科研。承擔國家自然科學基金、建設部與市建委科研項目。 在《膜科學與技術》、《水處理技術》、《工業水處理》 等核心期刊及普通期刊發表幾十篇論文。擔任學校膜工藝技術研究生課程教學多年。指導學校13屆碩士研究生30余人。
第1章反滲透與納濾技術概論1
1.1膜工藝技術的定義1
1.2反滲透膜技術應用1
1.3反滲透膜產品市場2
1.4反滲透技術的發展3
1.5納濾膜技術的進步5
1.6反滲透的相關技術6
1.7膜集成水處理工藝8
第2章傳統預處理的系統工藝10
2.1預處理工藝分類10
2.2砂濾與炭濾工藝11
2.2.1混凝砂濾工藝11
2.2.2砂濾工藝過程13
2.2.3活性炭濾工藝14
2.3硬水的軟化工藝15
2.3.1樹脂軟化工作原理15
2.3.2樹脂軟化工藝過程15
2.3.3樹脂再生工藝過程16
2.3.4軟化工藝設計參數18
2.4自動控制多路閥19
2.4.1過濾用多路閥19
2.4.2軟化器多路閥20
2.5除鐵及除錳工藝23
2.6精濾器與換熱器23
2.6.1精密過濾器23
2.6.2板式換熱器24
2.7給水離心加壓泵25
2.7.1多級加壓離心泵25
2.7.2單級加壓離心泵27
2.8預處理系統流程28
2.9系統運行工作點29
2.9.1非控系統的工作點29
2.9.2受控系統的工作點30
2.10系統的常用藥劑32
2.10.1混凝劑與助凝劑32
2.10.2殺菌劑與還原劑32
2.10.3阻垢劑與分散劑32
2.10.4系統的加酸加堿33
第3章分離膜工藝的技術基礎34
3.1膜分離的性能34
3.2膜分離的分類35
3.3膜過程的機理38
3.3.1多孔膜的篩分理論38
3.3.2致密膜的溶擴理論38
3.4全流與錯流運行方式39
3.5濃差極化現象40
3.5.1濃差極化的數學模型40
3.5.2濃差極化的系統影響42
3.6分級工藝處理42
第4章超微濾系統設計與模擬44
4.1超微濾膜工藝技術44
4.2超微濾的系統結構47
4.3超微濾系統前處理48
4.4超微濾的設計導則50
4.5組件的運行與清洗51
4.5.1超微濾膜的跨膜壓差51
4.5.2超微濾膜的清洗方式52
4.6膜絲與組件的特性53
4.7內壓膜絲運行特性53
4.7.1內壓膜絲的特性試驗53
4.7.2內壓膜絲的數學模型54
4.7.3內壓膜絲的純水通量56
4.7.4內壓膜絲的運行特性58
4.8內壓組件與容積率62
4.8.1內壓組件的數學模型62
4.8.2各參數與組件容積率64
4.8.3內壓組件的純水通量66
4.9外壓膜絲運行特性67
4.9.1外壓膜絲的特性試驗67
4.9.2外壓膜絲的運行模型68
4.9.3外壓膜絲的純水通量69
4.9.4外壓膜絲的運行特性71
4.10外壓組件與容積率74
4.10.1外壓組件的數學模型74
4.10.2各參數與組件容積率75
4.10.3外壓組件的純水通量78
4.11浸沒式超濾膜特性78
4.12新型超微濾膜技術80
第5章反滲透膜性能與膜參數82
5.1反滲透膜工藝原理82
5.1.1半透膜與滲透壓強82
5.1.2反滲透膜過程原理83
5.1.3膜片及膜元件結構85
5.2膜元件的主要參數86
5.2.1膜元件的標準性能參數86
5.2.2標準參數與現場測試值88
5.2.3元件給水水質限制參數88
5.2.4膜元件的運行極限參數89
5.3膜元件的運行特性90
5.3.1膜元件給水溫度特性90
5.3.2膜元件產水通量特性91
5.3.3膜元件給水含鹽量特性91
5.3.4膜元件的回收率特性91
5.3.5膜元件壓降影響因素92
5.4膜元件的參數特性93
5.4.1膜元件的透鹽率特性93
5.4.2膜元件產水pH值特性94
5.4.3膜元件濃水pH值特性95
5.4.4膜過程的碳酸鹽平衡96
5.5膜元件濃差極化度97
5.6各類物質的透過率97
5.7恒通量的性能指標98
5.8兩類恒量測試分析100
5.8.1恒壓力膜元件測試100
5.8.2恒通量膜元件測試100
5.8.3兩種元件測試方式101
第6章反滲透系統的典型工藝103
6.1系統結構與技術術語103
6.2設計依據與設計指標104
6.2.1系統設計依據104
6.2.2系統設計指標105
6.3膜品種與系統透鹽率106
6.4設計導則與元件數量107
6.4.1系統設計導則107
6.4.2系統元件數量109
6.4.3元件品種選擇109
6.5膜系統的極限回收率109
6.5.1難溶鹽的極限回收率110
6.5.2濃差極化極限回收率114
6.5.3殼濃流量極限回收率118
6.5.4系統的極限回收率118
6.6膜堆結構與參數分布119
6.6.1元件的串并聯形式119
6.6.2膜系統的分段結構120
6.6.3系統沿程參數分布121
6.7恒量運行與運行余量124
6.7.1給水高壓泵的規格124
6.7.2濃水截流閥門設置125
6.7.3膜系統的單元數量126
6.7.4系統回收率的余量127
6.7.5系統產水量的余量127
6.7.6系統產水質的余量128
6.8系統的能耗與水電費129
6.8.1膜品種與運行能耗129
6.8.2水費與電費的比較130
6.8.3系統優化設計概念130
6.9反滲透系統典型設計130
6.9.1難溶鹽濃度與最高回收率130
6.9.2水體溫度等與最高回收率131
6.9.3膜系統設計的范例分析131
第7章反滲透系統的特殊工藝137
7.1通量均衡工藝137
7.1.1系統通量失衡影響138
7.1.2前段淡水背壓工藝140
7.1.3前后段間加壓工藝141
7.1.4分段元件配置工藝142
7.1.5能量回收段間加壓143
7.1.6均衡通量其他功效144
7.1.7端通量比與膜品種145
7.2濃水回流工藝145
7.2.1泵前濃水回流145
7.2.2泵后濃水回流147
7.2.3后段濃水回流148
7.3分段供水工藝149
7.4淡水回流工藝149
7.4.1系統淡水回流149
7.4.2后段淡水回流150
7.4.3附加三段工藝151
7.5倒向運行工藝151
7.5.1高回收率系統特征152
7.5.2長流程系統特征152
7.5.3膜系統污染分布153
7.5.4倒向工藝153
7.5.5倒向運行的控制154
7.6半級系統與級半系統155
7.6.1半級系統工藝155
7.6.2級半系統工藝156
7.7有機污染系統156
7.8監測控制系統159
7.8.1儀表監控系統159
7.8.2集散監控系統161
7.9特殊工藝范例161
第8章不同規模系統結構設計164
8.1小型規模系統結構164
8.1.1一至六支膜系統164
8.1.2單段的系統結構165
8.1.3兩段的系統結構167
8.1.4三段的系統結構168
8.2混型元件系統結構169
8.3中型規模系統結構170
8.4大型規模系統結構170
8.4.1系統段殼濃水比值170
8.4.2大型規模膜堆結構171
8.4.3大型系統膜堆特征174
8.5主輔設備注意事項175
8.6工程項目中試過程176
8.6.1中試的必要與可行176
8.6.2中試過程注意事項177
第9章反滲透系統的運行分析179
9.1系統的三項平衡關系179
9.1.1流量與鹽量平衡179
9.1.2流量與壓力平衡179
9.1.3壓力與功率平衡181
9.2可調節水泵系統的運行182
9.3無調節水泵系統的運行184
9.4提高產水量的應急措施186
9.5提高脫鹽率的應急措施187
9.6膜殼給水濃水流量越限187
9.7系統的裝卸與啟停過程188
9.7.1元件的裝卸過程188
9.7.2系統的啟動過程189
9.7.3系統的運行過程190
9.7.4系統開停機過程190
9.7.5系統的清洗周期191
9.8系統的運行調節與功耗191
9.8.1運行調節與水泵特性191
9.8.2回流調節與截流調節193
9.8.3變頻調速的運行調節194
9.8.4變換工況的功耗比較196
第10章系統污染、清洗與加藥198
10.1污染的分類與分布198
10.1.1膜系統污染分類198
10.1.2沿流程污染分布199
10.1.3沿高程污染分布200
10.1.4元件內污染分布201
10.2膜系統污染的影響202
10.2.1無機污染的影響203
10.2.2有機污染的影響204
10.2.3生物污染的影響204
10.2.4混合污染的影響204
10.3系統的污染與運行205
10.4污染的發展與對策206
10.4.1膜系統污染的發展206
10.4.2污染膜元件的重排207
10.5污染與故障的甄別207
10.5.1各類系統污染甄別207
10.5.2濃水陷阱現象甄別208
10.6在線與離線的清洗209
10.6.1在線清洗系統209
10.6.2在線水力沖洗209
10.6.3在線化學清洗210
10.6.4元件離線清洗212
10.7運行指標的標準化213
10.7.1參數標準化的概念213
10.7.2海德能標準化模型214
10.7.3陶氏的標準化模型216
10.7.4段壓系統的標準化216
10.8三類泵的加藥系統217
10.8.1機械計量泵系統218
10.8.2電磁計量泵系統219
10.8.3磁力加藥泵系統219
10.8.4加藥系統自動化221
10.9元件性能指標計算221
10.9.1運行條件下計算221
10.9.2衰減程度的計算222
第11章元件及系統的數學模型223
11.1膜元件的理論數學模型223
11.1.1元件理想結構模型223
11.1.2元件理論數學模型224
11.2膜系統的離散數學模型225
11.2.1單一元件離散模型225
11.2.2串聯元件離散模型228
11.2.3并聯膜殼離散模型228
11.2.4單一膜段離散模型229
11.2.5多段系統離散模型229
11.3膜系統的管路數學模型230
11.3.1給濃水管道結構模型230
11.3.2產淡水管道結構模型234
11.3.3給濃水殼聯結構模型235
11.4元件的透水及透鹽系數236
11.4.1透過系數函數與算法236
11.4.2透過系數的特性表征237
11.5元件的阻力與極化系數238
11.5.1給濃水流道阻力系數238
11.5.2膜元件濃差極化系數238
11.6元件的污染層透過系數238
11.6.1有機污染層特性239
11.6.2無機污染層特性240
第12章元件、管路及通量優化242
12.1系統元件的優化配置242
12.1.1元件差異與系統透鹽率242
12.1.2元件差異與兩段通量比244
12.1.3單指標差異元件的配置244
12.1.4優化配置與系統透鹽率245
12.1.5優化配置與兩段通量比248
12.1.6洗后及新舊元件的配置250
12.1.7系統中的元件更換方式250
12.2管道結構參數的優化252
12.2.1系統管道結構的影響252
12.2.2給濃水管道壓差分析253
12.2.3膜段的各項管道壓降254
12.2.4徑流方向的系統影響256
12.2.5管道結構優化的措施259
12.3殼聯結構參數的優化259
12.3.1系統規模與側口規格260
12.3.2徑流模式與運行指標261
12.3.3設計參數與結構優化262
12.4通量優化與通量調整262
12.4.1峰谷性系統流量調整263
12.4.2時變性系統流量調整264
第13章兩級系統與超純水工藝265
13.1兩級系統的工藝結構265
13.2二級系統的工藝特征266
13.2.1設計通量與產水回收率266
13.2.2濃差極化與元件品種266
13.2.3流程長度與段殼數量267
13.3二級系統的給水脫氣269
13.4加堿提高給水的pH值270
13.5兩級系統的試驗分析271
13.5.1透鹽率與給水的pH值271
13.5.2二級系統透鹽率特性271
13.5.3兩級系統元件配置272
13.6兩級系統清洗與換膜273
13.7超純水多級制備工藝274
13.7.1離子交換樹脂工藝274
13.7.2電滲析設備與工藝275
13.7.3樹脂填充電滲析裝置277
13.7.4精混拋光樹脂工藝278
第14章海水淡化與濃鹽水減排279
14.1海水成分與脫硼處理279
14.1.1海水成分與總含鹽量279
14.1.2元件品種與脫硼處理280
14.2工作壓力與最高回收率280
14.2.1海水淡化系統的工作壓力280
14.2.2海水淡化系統所用柱塞泵281
14.2.3設備材質與最高回收率282
14.3溫度調節與能量回收282
14.3.1海水淡化系統的溫度調節282
14.3.2海水淡化系統的能量回收283
14.4海水淡化的系統設計284
14.4.1流程長度與段結構284
14.4.2典型海水淡化系統285
14.4.3亞海水的淡化系統286
14.5濃鹽水體減排與零排288
14.5.1碟管與卷管式膜組件288
14.5.2超級碟管式系列組件289
14.5.3機械蒸汽再壓縮設備291
第15章脫鹽納濾系統特性分析293
15.1納濾膜工藝技術293
15.2納濾脫除有機物294
15.3納濾膜系統應用296
15.4氧化改性納濾膜297
15.4.1廢棄反滲透膜現狀297
15.4.2氧化膜的處理過程297
15.4.3氧化膜的性能穩定298
15.4.4氧化膜的工程應用299
15.5納濾元件運行特性300
15.6納濾元件透過系數302
15.7納濾系統工藝設計303
15.7.1設計通量與系統回收率304
15.7.2工作壓力與通量均衡304
15.7.3濃差極化與流程長度305
15.7.4流程長度與系統成本306
15.7.5元件位置與管路結構306
第16章分鹽納濾工藝性能分析308
16.1納濾膜的單電解質截留308
16.2納濾膜元件的運行特性310
16.3分鹽納濾系統運行特性311
16.4分鹽納濾的負脫鹽現象313
16.5三離子濃度的計算平衡314
16.6分離膜的計算電荷平衡315
16.6.1單電解質的電荷平衡315
16.6.2雙電解質的電荷平衡316
第17章膜系統的運行模擬軟件318
17.1系統設計與運行模擬318
17.2模擬軟件的基本功能319
17.2.1系統基本參數輸入319
17.2.2特殊運行方式設置320
17.2.3運行模擬計算報告321
17.3系統各項參數的設置322
17.3.1元件參數設置322
17.3.2管道參數設置322
17.3.3殼聯參數設置323
17.4系統模擬的程序框圖324
17.4.1系統模擬計算框圖324
17.4.2膜段模擬計算框圖326
17.4.3膜殼模擬計算框圖328
17.4.4元件模擬計算框圖328
17.5模擬軟件的應用實例329
17.6元件參數的影響實例330
17.7管路參數的影響實例332
17.8模擬軟件的開發前景334
參考文獻335
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