反滲透（簡稱RO）是膜分離技術的一種，它依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑和溶質(zhì)分離的特性工作。反滲透設備是將原水經(jīng)過多介質(zhì)過濾器、軟化器、保安過濾器等，再通過泵加壓，利用孔徑為1/10000μm的反滲透膜（RO膜），使較高濃度的水變?yōu)榈蜐舛人?，同時將工業(yè)污染物、重金屬、細菌、病毒等大量混入水中的雜質(zhì)全部隔離，從而達到純化凈化目的的一套設備。

 

⑴ 面臨的問題 

 

    與RO工程項目形成的波瀾壯闊的浪潮相比，國內(nèi)RO工程技術的研究相對薄弱與滯后，存在著許多亟待解決的問題。重要問題之一是要有國內(nèi)知識產(chǎn)權的包括預處理在內(nèi)的RO系統(tǒng)設計軟件，從而使關于RO應用技術的分散研究成果形成產(chǎn)品，并直接服務于系統(tǒng)設計。業(yè)內(nèi)人事所關心的另一個重要問題是RO系統(tǒng)的設計與運行優(yōu)化。對這樣一個基本問題的深入分析與討論，并用于工程設計與系統(tǒng)運行實踐，可提高反滲透系統(tǒng)的設計與運行水平，進而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

 

    目前，RO系統(tǒng)的設計大多依賴于國外膜廠商提供的設計軟件，這些軟件對系統(tǒng)設計給予了很大幫助，但實質(zhì)上僅是一種膜系統(tǒng)設計方案的運行模擬環(huán)境，不能夠自動提供可行設計方案，更不具備優(yōu)化設計的能力，也未涉及至關重要的預處理系統(tǒng)。對于廣大中小RO系統(tǒng)的設計人員而言，系統(tǒng)地掌握優(yōu)化設計的思想及其技術的難度很大。一種較為實用的方法是，針對不同的原水水質(zhì)條件、產(chǎn)水流量與產(chǎn)水水質(zhì)等要求，研制出一整套RO系統(tǒng)設計優(yōu)化方案譜系。中小系統(tǒng)設計人員僅需根據(jù)設計要求，在該譜系中查找相應的優(yōu)化方案，并在其基礎上根據(jù)具體情況，用現(xiàn)有的設計軟件進行有限地修正與驗算，則可迅速得到實用的優(yōu)化設計方案。

 

⑵ 系統(tǒng)優(yōu)化設計 

 

    研制這一優(yōu)化設計方案譜系的工作量雖然很大，但通過筆者及合作人員的初期嘗試，證明這一設想是可行的。這里僅給出該設想的基本構架，供有志于此方向者參考。

 

    一個完整的RO純水制備系統(tǒng)可劃分為預處理系統(tǒng)與膜系統(tǒng)兩大部分，每部分又可劃分為設計、運行、清洗三大內(nèi)容。因此完整意義的系統(tǒng)優(yōu)化包括：

 

    預處理工藝結構優(yōu)化。 預處理運行參數(shù)優(yōu)化。 預處理清洗工藝優(yōu)化。

 

    膜系統(tǒng)工藝結構優(yōu)化。 膜系統(tǒng)運行參數(shù)優(yōu)化。 膜系統(tǒng)清洗工藝優(yōu)化。

 

    各部分優(yōu)化模塊的關系見圖1。這里的每一項均是針對特定局部系統(tǒng)的特定內(nèi)容，以特定費用*低為目標的*優(yōu)化問題。

 

 

 

 膜系統(tǒng)運行參數(shù)優(yōu)化與預處理運行參數(shù)優(yōu)化，旨在模擬各種可選的預處理與膜系統(tǒng)工藝結構的運行工況，以求得各工況對應的*低運行費用，其結果應分別是一族對應不同工藝結構的*低運行費用曲線。預處理清洗工藝優(yōu)化與膜系統(tǒng)清洗工藝優(yōu)化，旨在模擬預處理與膜系統(tǒng)中對應膜及各濾材的不同污染或結垢深度的清洗工藝，以求得各工藝對應的膜及各濾材更換與清洗的*低費用，其結果應分別是一族對應不同污染或結垢深度的更換與清洗的*低費用曲線。

 

預處理工藝結構優(yōu)化模型可定性地表示為：

 

    優(yōu)化目標：預處理系統(tǒng)投資、運行費。材料更換費、清洗費、水費之和的總費用*低。

 

    優(yōu)化約束：膜系統(tǒng)給水流量、膜系統(tǒng)給水污染指數(shù)、有機物、微生物含量等水質(zhì)指標。

 

    優(yōu)化求解：預處理系統(tǒng)工藝結構。

 

    水質(zhì)條件：反滲透系統(tǒng)原水的污染指數(shù)、無機鹽、有機物、微生物等水質(zhì)指標。

 

    設定數(shù)值：預處理系統(tǒng)運行費、材料更換及清洗費、原水水價。

 

模型中的預處理系統(tǒng)運行費、材料更換及清洗費分別由預處理運行參數(shù)優(yōu)化和預處理清洗工藝優(yōu)化兩模型給出。該優(yōu)化結果為以膜系統(tǒng)給水流量為自變量的預處理系統(tǒng)*低費用曲線，且附加以膜系統(tǒng)給水水質(zhì)水平為自變量的修正系數(shù)曲線。

 

膜系統(tǒng)工藝結構優(yōu)化模型可定性地表示為：

 

  優(yōu)化目標：膜系統(tǒng)投資、運行費、膜更換費、清洗費、給水水費之和的總費用低。

 

  優(yōu)化約束：系統(tǒng)設計要求的膜系統(tǒng)產(chǎn)水量及產(chǎn)水水質(zhì)指標。

 

  優(yōu)化求解：膜系統(tǒng)工藝結構。膜系統(tǒng)回收率。

 

  水質(zhì)條件：膜系統(tǒng)給水污染指數(shù)、有機物、微生物含量等水質(zhì)指標。

 

  設定數(shù)值：膜系統(tǒng)運行費、膜更換及清洗費、系統(tǒng)給水水價.

 

    模型中的膜系統(tǒng)運行費、膜更換及清洗費分別由膜系統(tǒng)運行參數(shù)優(yōu)化及膜系統(tǒng)清洗工藝優(yōu)化兩模型給出；給水中污染指數(shù)、有機物、微生物含量等指標由預處理工藝結構優(yōu)化模型給出；預處理工藝中如配置軟水器、錳砂濾器等去離子設備，則膜系統(tǒng)給水無機鹽分布還受預處理工藝配置的影響。該優(yōu)化結果為以RO系統(tǒng)產(chǎn)水流量為自變量的膜系統(tǒng)*低費用曲線，且附加以膜系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)水平為自變量的修正系數(shù)曲線。

 

    如以膜系統(tǒng)給水污染指數(shù)（SDI）代表膜系統(tǒng)給水的非無機鹽水質(zhì)指標，則對應特定的RO系統(tǒng)產(chǎn)水流量要求與特定的RO系統(tǒng)原水無機鹽水質(zhì)條件，膜系統(tǒng)總費用是SDI指標的單調(diào)增函數(shù)，預處理系統(tǒng)總費用是SDI指標的單調(diào)減函數(shù)。合成兩個單調(diào)函數(shù)曲線，則形成特定工程的RO系統(tǒng)總費用曲線。合成曲線的*低點對應系統(tǒng)的*低投資、運行、耗材、清洗總費用；該點也同時對應著預處理與膜系統(tǒng)的*優(yōu)工藝結構、*優(yōu)運行參數(shù)、*優(yōu)耗材更換期、*優(yōu)清洗工藝。這就是圖1中反滲透系統(tǒng)總體優(yōu)化部分的實質(zhì)內(nèi)容。