海德能Rodesign计算软件说明.doc

美国海德能Rodesign软件使用技术手册程镇虎2002年6月一、启动Rodesign设计软件和输入水质1-1、启动Rodesign设计软件1-2、打开水质文件1-3、输入一个新的水质文件1-4、输入原水TDS或电导率（取代水质全分析）1-5、输入混合水系统水质二、常规系统设计2-1、一级二段系统自动设计2-2、膜元件使用年限的修改2-3、调整反渗透系统进水PH值三、非常规系统设计3-1、浓水回流系统设计3-2、原水、渗透产水勾兑系统设计3-3、需要配置段间增压泵的系统设计3-4、产水背压在系统设计中影响四、二级系统设计4-1、常规使用RO design设计软件4-2、正确使用RO design设计软件设计二级反渗透系统4-3、二级反渗透工艺设计4-3-1、第一级反渗透和第二级反渗透分开设计4-3-2、第一级反渗透和第二级反渗透合成一体设计一、启动Rodesign设计软件和输入水质1-1、启动Rodesign设计软件 在计算机桌面上找到Rodisign图标 ，双击Rodisign图标，将进入Rodisign设计软件设计界面。1-2、打开水质文件移动鼠标到Analysis处左键点击出现下拉菜单，显示Open、New、New TDS/Cond、Blend和Delete，将鼠标移动到Open处左键单击如下图所示：n Open：打开一个水质文件n New ：输入一个新的水质文件n New TDS/Cond：输入原水TDS或电导率n Blend：混合水系统设计n Delete：删除现有水质Rodesign将出现一个文件选择对话框，根据文件存在的位置找到该文件，选择水质文件后按OK按纽即打开该文件。（RO Design图标被激活）1-3、输入一个新的水质文件点击Analysis下拉菜单中的New，将出现一个水质全分析输入界面，根据水质全分析中相应的项填入到水质全分析输入界面中。Project：工程名称（填写）Code：计算机代码（不填写）Feed：水型选择Turb：浊度SDI：污染指数E cond：电导率Autobalance：自动离子平衡水质全分析输入完毕后，如果阴阳离子的不平衡的量超过10%时，软件将提出警告，届时用鼠标点击Autobalance自动离子平衡按纽，软件将根据相差的数量自动用Na+和CL-离子进行平衡。通常在输入水质完成后都点击该平衡按纽，以使阴阳离子平衡。输入完毕并检查无误后，按Save按纽进行水质储存，按照提示要求选择文件名和文件储存位置。将可以和打开一个水质文件一样进行系统设计。1-4、输入原水TDS或电导率（取代水质全分析）当出现一些情况，我们无法确切地知道水质全分析，而只是大体知道一些重要的参数如TDS、Econd或水源时，RO design能提供大体的设计，在输入工程名称（Project），水源类型（Feed）、温度（Temp）和溶解固形物/电导（TDS/Cond）后，RO design被激活，就可以进行系统设计。1-5、输入混合水系统水质当反渗透系统的进水为几口水井混合后的水质，RO design设计系统能将几口水井的水质混合在一起，并根据各个水井水质的不同、混合比例等的不同来进行综合计算得出综合水质（即为反渗透系统的进水水质）。点击Analysis下拉菜单中的Blend，将出现一个对话框，要求打开第一个水质（以太阳纸业1#水井和2#水井混合水为例，总进水量为100m3/h，1#水井占60%，2#水井占40%），根据文件存在的位置打开1#水井水质全分析，如下图所示：在Flow栏目中输入60m3/h，并点击%号左边的空白，Total Flow将显示60m3/h。点击No.1右边的朝上箭头，系统将弹出打开2#水井水质文件对话框，选择太阳纸业2#水井水质文件按打开按纽后将出现如下对话框：在Flow栏目中输入40m3/h，并点击%号左边的空白将显示40%，Total Flow将显示100m3/h。按右上角的OK按纽后，将显示一个混合后的综合性的水质，RO design被激活，就可以进行后续的系统的设计。当然也可以综合3#水井、4#水井的水量，具体的步骤是一样的。二、常规系统设计2-1、一级二段系统自动设计 在输入一个水质分析后（水质全分析、TDS/Cond、混合水质），点击RO design按纽将弹出如下系统设计界面：输入计算者名称：Calculated by膜元件寿命：Membrane age系统回收率：Product recovery%渗透产水量：Permeate flow膜元件型号：Element type压力容器装膜数量Element/vessel压力容器数量：vessel根据系统产水量（以产水量75m3/h，回收率75%为例）在渗透产水量（Permeate flow）栏中填入75m3/h，回收率栏中（Product recovery）填入75%，然后再选择膜元件型号（Membrane age），点击后后会出现膜元件选型对话框：双击所选用的膜元件或按OK按纽后，RO design设计软件将自动根据水质情况、系统情况作出膜排列情况，Run按纽将被激活。在完成以上工作以后，按下Run按纽，RO design设计软件将自动进行计算，包括给水压力、浓水压力、平均膜通量、Beta值、LSI指数、SDSI指数、产水水质在内的所有性能参数：为了更加形象地观察反渗透各段产水情况、压力情况，点击Flow diagram可显示反渗透系统流程图：流量：Flow m3/h压力：Pressure bar含盐量：TDS（ppm）流程图上将反渗透装置的各种运行情况及参数结果都显示的非常详细，点击Close按纽将返回系统设计计算结果界面。在系统设计计算结果界面上可以直观地了解系统的模拟运行参数，根据各个参数的结果可以适当地进行调整如膜的排列方式、膜元件数量，在经过适当地调整后再按下Run按纽使设计软件重新计算，一直达到满意为止。如果需要点击Print打印按纽，计算结果将通过打印机打印出来。2-2、膜元件使用年限的修改一般在一个反渗透系统的设计中，都需要考虑3-5年的膜使用寿命及反渗透装置的运行压力，这样才能有参考地选用扬程相配套的高压泵。如下图所示，将膜元件的使用年限更改为3年或5年，按Run运行按纽即为3年或5年反渗透的运行参数（0年表示刚投入运行）。由计算结果可以看出，在刚投入运行时，系统总进水压力为9.3bar，3年后为11.1bar，产水电导Total TDS也由5.4ppm增加到6.9ppm。2-3、调整反渗透系统进水PH值反渗透装置的一个重要参数为LSI值（朗格里而指数），是表征反渗透浓水侧碳酸盐结垢倾向的，当LSI值大于0时，浓水侧就有结垢的倾向，由于反渗透系统中一般都会设有加阻垢剂装置，所投加的阻垢剂就是为了防止反渗透浓水侧结垢的。但是当原水水质比较差，碳酸盐结垢倾向比较大的时候，如果单纯通过投加阻垢剂来抑制碳酸盐结垢不安全时，就需要降低系统进水的PH值来降低LSI值。经验表明，在LSI值大于2.4时就需要调整PH值。RO design设计软件中可以对系统PH值、LSI值、加酸量进行精确地计算。在调整系统PH值时，首先要选择酸的类型Acid type，其次选择酸的浓度Acid concentration和加酸的单位Acid doing rate（如L/h），再选择需要将PH值调整的数值，选择完成后按Run运行按纽，RO design设计软件将根据调整的情况自动计算出浓水侧LSI值和加酸量，根据LSI值和加酸量来调整进水PH值，一直达到满意的效果为止。根据下面的计算结果可以看出，在PH值为7.6的情况下，LSI值为2.5；在加37%HCL将PH值调整到7.4时，LSI值为2.3，加酸量为3.3L/h；在加37%HCL将PH值调整到7.0时，LSI值为2.0，加酸量为14.4L/h；当然，加酸能调整反渗透系统浓水侧LSI值，降低浓水侧碳酸盐的结垢倾向，但不是PH值调整的越低越好，因为PH值调整的幅度越大，酸的投加量也越大，则系统运行费用也越大，因此在降低系统LSI值时，应尽量降低酸的投加量，如果条件可能的话应该和阻垢剂计算机软件一起来模拟系统的运行情况，在提高系统的安全性的同时，要使投加的阻垢剂量和投加酸的量从费用上最低。如下图所示：注明：酸的投加在某种程度上是可以降低阻垢剂的投加量，虽然加酸增加了系统的运行费用，但因为阻垢剂的价格要比酸贵的多，因此在两者之间存在着一个最佳的PH值点，在这个PH值情况下，即增加了系统的安全又降低了系统总的药剂运行费用。同时根据加酸量可以有根据地选择加酸计量泵。PH=7.6PH=7.4PH=7.2PH=7.037%Hcl投加量（kg/h）阻垢剂（g）运行费用（元）LSI值根据使用的酸和阻垢剂的价格可以找到运行费用的最佳点（在特殊的水质设计中，这个表格中参数的对比是非常重要的）。三、非常规系统设计在一些系统中，由于用户需要的参数不同，使得一些系统的设计不是常规设计的，如系统产水量比较少，但原水水质又比较好，因此用户需要在保证系统产水量的同时，还需要提高系统的回收率以节约原水的消耗量；又如用户对产水水质要求不是很高，原水水质超出这个指标，但反渗透产水水质又大大地低于该项指标，因此用户需要一个比较小的系统生产出一部分的反渗透产水，再利用原水同反渗透产水进行勾兑，这样即可以降低设备的投资费用，又能够降低系统的运行费用；等等。在RO design系统设计软件中，可以充分地考虑一些特殊情况以对一些特殊用户要求的系统做出特殊的设计。3-1、浓水回流系统设计以下举例说明系统的设计：反渗透系统产水量为5m3/h，回收率为70%。根据系统设计可以采用3芯压力容器呈1：1排列。反渗透装置的回收率为41%-57%之间（平均回收率为50%），而系统要求回收率为70%；如果在系统运行时，片面地减少浓水的流量将会超过反渗透装置的回收率，使系统处于一个不稳定的运行状态下，因此在系统设计中，通过浓水循环在满足反渗透装置回收率要求的同时，也可以满足用户对系统回收率的要求。为满足反渗透装置50%的回收率，因此需要反渗透装置进水10m3/h；为满足系统70%回收率的要求，因此需要系统进水7.14m3/h，因此浓水回流量为10-7.14=2.86m3/h。RO design系统设计时，点击浓水回流Concentrate recirce后将弹出浓水回流流量对话框recirculation flow，填入2.8m3/h后点击Run运行按纽，系统将自动根据浓水回流的量进行计算并得出计算结果，如下图所示：点击Flow diagram进入系统流程图，在流程图中可以很直观地了解到反渗透系统各个运行参数，如下图所示：下表给出不同膜元件数量所对应的系统回收率情况（仅供参考）及平均回收率：元件数/压力容器1234567回收率%7-1715-2921-3828-4536-5241-5746-61平均回收率%12223036444953进水极限15m3/h3-2、原水、渗透产水勾兑系统设计以下举例说明该系统的设计：反渗透系统产水量为5m3/h，回收率为70%。系统产水量为7m3/h。产水TDS在400ppm以内。反渗透系统设计参照3-1的设计说明。根据3-1的系统设计，反渗透的产水TDS为15ppm，比产水要求400ppm要低得多，因此可以考虑将原水同反渗透的产水进行混合，根据系统的要求，将2m3/h的原水勾兑到反渗透的产水之中。RO design系统设计时，点击渗透混合Permeate blending后将弹出渗透混合流量对话框Blending flow，填入2.0m3/h后点击Run运行按纽，系统将自动根据原水混合的量进行计算并得出产水混合后的计算结果。点击Flow diagram进入系统流程图，在流程图中可以很直观地了解到反渗透系统各个运行参数，如下图所示： 在系统中，TDS为15ppm的渗透产水经过与原水混合后，TDS为313ppm，满足系统的设计要求，在这个系统设计中可以看出，由于反渗透产水水质大大优于系统水质要求，因此通过这样的设计可以大大降低系统设备的投资费用，这样的系统设计在一些饮用水系统的设计中是比较适宜的。3-3、需要配置段间增加泵的系统设计在一些系统中，由于原水的含盐量比较大，在经过第一段的浓缩后，进入第二段的水含盐量就非常地高，如果仍采用一级二段的常规性设计，就会出现进水压力非常能地高，而且第二段的产水量很小，膜的负荷极不平衡，不利于系统的长期稳定运行，若片面地增加膜元件的数量，不仅会大大地增加系统的投资费用，而且效果也不是很明显，在这种情况下，就需要在第二段的进水口增加一个增压泵来增加第二段的进水压力（同时降低第一段的进水压力和增加二段的产水量）。以下举例说明该系统的设计：反渗透系统产水量为35m3/h，回收率为75%。进水TDS为4000ppm。根据反渗透的系统设计软件可以知道，在6芯压力容器呈4：2排列的情况下，系统产水量为35m3/h，进水压力为17.0bar、段间压力15.5bar、浓水压力14.0bar，第一段渗透产水30.1m3/h、第二段产水量为4.9m3/h。在这样的系统运行中，进水的压力比较高，第一段的产水量比较大而第二段的产水量比较小，因此膜负荷是不平衡的，关键的原因是二段进水含盐量的增加使得渗透压增加，负荷朝着第一段方向上偏移，不利于系统的长期稳定运行。如下图所示：为解决这样的系统不利的一面，RO design系统设计软件可以通过在一段、二段之间增加一增压泵在提高二段进水压力的同时，降低系统进水压力、增加二段产水量，使膜的负荷相对地平衡。在进行设计时，点击段间增加泵booster pump弹出增压泵增加压力booster pressure对话框，在对话框中填入需要增加的压力如2.5bar后按Run运行按纽，系统将自动根据段间增加的压力进行计算并得出系统的计算结果。点击Flow diagram进入系统流程图，在流程图中可以很直观地了解到反渗透系统各个运行参数，如下图所示：在段间增加泵的作用下，系统的运行情况得到了很好的改善，系统产水量为35m3/h，进水压力为15.80bar、第一段浓水压力14.2bar、第二段进水压力16.7bar、第二段浓水压力15.0bar，第一段渗透产水27.7m3/h、第二段产水量为7.3m3/h。总的产水TDS也由原先的92.5ppm降低到86.5ppm，而当增加6支膜元件呈4：3排列时，虽然进水压力有所降低（相对于没有段间增压泵而言为16.1bar），但产水TDS由92.5ppm增加到111.1ppm。虽然这样的系统设计在常规的反渗透系统是很少能碰到的，但在一些工程项目如产品浓缩、污水治理中是可能用到的。3-4、产水背压在系统设计中影响一个反渗透系统的设计，就一些运行参数而言是理想状态下，并不一定同实际运行情况相同，如产水背压的问题就是一个特殊的例子，根据系统设计软件，常规的计算反渗透的产水侧都没有压力，即反渗透产水压力为0.0bar，而工程实际运行过程中，一些工况会或多或少地影响反渗透的产水压力的。在实际的工程中，影响反渗透产水压力的因素主要有：管路直径的大小、管路弯头（弯曲）个数的多少、管路的长短、反渗透产水箱的高度以及除碳器进水口的高度等。因此在实际的RO design设计中要充分地考虑到这样一个因素，才能使得模拟计算书能比较充分地显示着实际工程运行状况。以一个75m3/h的反渗透系统来模拟计算。系统工艺为反渗透+除碳器，中间水箱高度为2.5m，除碳器直径为1500mm，填料高度为2200mm，则进水口高度为3600mm。由于中间水箱及除碳器进水口高度的限制，考虑到管径大小、管路长短等因素的影响，在实际运行过程中，反渗透产水压力在0.6bar左右。常规设计会得出如下数据：由上图可以知道：进水压力9.3bar、段间压力7.7bar、浓水压力6.1bar、产水压力0.0bar如果考虑反渗透产水具有0.6bar的压力情况下，RO design设计可以通过增加反渗透产水侧的压力来进行系统的调整。点击产水背压Permeate throttling弹出渗透背压压力Permeate pressure对话框，在对话框中填入背压值如0.6bar并选择背压的范围All stage后按Run运行按纽，系统将自动根据背压情况进行计算并得出系统的计算结果。点击Flow diagram进入系统流程图，在流程图中可以很直观地了解到反渗透系统各个运行参数。由上图可以知道：进水压力9.6bar、段间压力8.3bar、浓水压力6.7bar、产水压力0.6bar，即在所有没有产水压力的基础上增加了产水压力的值（0.6bar），这样的数据对系统设备如高压泵扬程的的选型、反渗透系统的调试都是十分重要的。因此在反渗透系统的设计中，应该考虑到反渗透产水在一些运行工况的条件下是具有一定的压力的，这种压力的影响最直接的就是反渗透系统在初始运行时的进水压力、段间压力和浓水压力的调整，那么膜计算书就更有指导运行的实际价值。四、二级系统设计随着反渗透应用技术的日益成熟、反渗透系统投资费用的日益降低，特别是反渗透系统的一些优越性能的被挖掘，使得反渗透膜技术在水处理领域的使用也将会越来越广。二级反渗透因其具有高脱盐率的特点正越来越被应用到实际工程当中，而由此带来的二级反渗透系统设计就显得非常地突出。4-1、常规使用RO design设计软件在常规的使用RO design设计软件设计二级反渗透系统时，一般都是采用如下过程：按照二级系统一次完成设计。1. 输入原水水质全分析到RO design中的水质分析Analysis。2. 输入第一级反渗透系统的回收率recovery、产水量。3. 输入第二级反渗透系统的回收率recovery、产水量，系统将自动选择一个系统排列。4. 选择膜元件类型后点击Run运行按纽，系统得出运行数据。5. 调整部分参数点击Run运行按纽，系统得出最终运行数据。6. 完成二级系统的设计或按照一级系统分两次完成设计。1. 输入原水水质全分析到RO design中的水质分析Analysis。2. 输入反渗透系统的回收率recovery、产水量（第一级）。3. 选择膜元件类型后点击Run运行按纽，多次调整后系统得出运行数据。4. 将反渗透的产水作为原水水质第二次输入到RO design中的水质分析Analysis。5. 输入反渗透系统的回收率recovery、产水量（第二级）。6. 选择膜元件类型后点击Run运行按纽，多次调整后系统得出运行数据。无论是采用一次完成设计还是分两次完成设计，将都会面临一个问题就是二级反渗透系统的脱盐率、产水水质都和反渗透计算书中的效果不同。这种情形在一些中小型的水处理工程公司中尤为普遍。如下图所示：原水TDS为708ppm，而二级反渗透的产水TDS为0.2ppm，系统脱盐率为99.97%，这么高的脱盐率，在理论设计中，反渗透的产水就有可能满足系统设计要求。而在实际运行过程中，如果按照这种系统设计的话，就会使所完成的水处理工程中反渗透系统的产水水质同设计水质相差甚远，在一些运行实例中，第二级反渗透的脱盐率连50%都达不到。究其原因，主要由以下两个因素所造成的：1. 第一级反渗透产水中有部分（或大量的）CO2气体。2. 第一级反渗透产水的PH值偏低。根据实际工程运行情况来分析，这两个因素导致了二级反渗透实际产水水质和理论模拟计算中产水水质相差甚远。4-2、正确使用RO design设计软件设计二级反渗透系统二级反渗透系统设计的基本条件（第一级反渗透系统的设计以上已经探讨过）：a. 水质全分析b. 游离CO2气体（现场测试）采用两次一级反渗透设计来完成一个二级反渗透的设计：1. 输入原水水质全分析到RO design中的水质分析Analysis。2. 确定第一级反渗透产水量和第二级反渗透的回收率。3. 输入反渗透系统的回收率recovery、产水量（第一级）。4. 选择膜元件类型后点击Run运行按纽，多次调整后系统得出运行数据。5. RO design软件中反渗透产水化学药品处理Treatment被激活，点击Treament将出现第一级反渗透的产水情况（以NaOH调整产水PH值为