前言

近20年以来，以反渗透技术为核心的分离膜水处理技术得到了高速的发展，广泛应用于化工、冶金、电力、电子、制药、食品、饮品、市政给水处理及市政污水处理等多个工业行业，已经成为海水及苦咸水淡化、纯水及高纯水制备、中水及污废水回用三大水处理领域中的主体工艺技术。目前在国内以反渗透工艺技术为核心，已经构成了相关产品的科研、开发、设计、生产、销售、安装、运行及服务的一个完整产业链条，形成了一个新兴的且高速增长的分离膜水处理行业。

20年前的分离膜水处理工艺，主要还是传统预处理加一级或两级反渗透系统。目前已经发展到了超滤或微滤的预处理工艺、反渗透与纳滤结合的主脱盐工艺、电去离子的淡水深度脱盐工艺以及膜蒸馏等的浓水减排工艺等涉及多项膜技术的综合工艺体系。工程规模也从20年前的每小时几吨或十几吨发展到了目前的每小时几千吨级水平。

近年来，国家及地方的科研立项向膜技术领域倾斜，膜技术原理及工程应用方面的专著大量出版。高等院校中给排水及环境工程专业的本科教学增加了膜技术相关内容，研究生的培养也向膜技术方向转移。这些变化对于反渗透膜技术及相关产业的发展均起到了巨大的推动作用。

但是，由于反渗透技术发展的时间较短，行业发展速度很快，原水水质条件恶化，工程对象要求各异，特别是相关的设计、制造、运行及服务等企业的专业技术水平参差不齐，致使不少工程存在各类设计与运行问题。出现这些问题的主要原因之一是缺乏完整的工艺理论及深入的工艺研究。虽然出版界关于膜技术的原理性著作已经很多，但对于系统设计及系统运行方面的工艺性质论著相对较少。

本书的编著旨在建立一整套较为完整的反渗透系统设计与系统运行的工艺理论，其中讨论的主要内容包括：

（1）各类预处理工艺及膜处理工艺的基本原理、基本工艺与基本参数。

（2）设计通量、设计收率、分段结构、双恒量模式等膜系统设计概念。

（3）反渗透及纳滤系统中膜堆的品种、数量、排列三大基本设计问题。

（4）膜系统中淡水背压、浓水回流、段间加压及淡水回流等特殊工艺。

（5）膜系统中膜壳、水泵、仪表、控制、清洗等辅助部分的典型设计。

（6）系统运行中的安装、调试、检测、诊断、应急、换膜及清洗过程。

（7）元件、膜堆及管路的运行数学模型与元件的透水系数及透盐系数。

（8）不同工作压力、脱盐率、膜压降三指标元件在系统中的优化排列。

（9）系统中给水、浓水及淡水管道或壳腔的结构、规格及流向的优化。

（10）原始系统及污染系统中沿流程的各项运行参数的分布及变化趋势。

（11）双级系统中提高脱盐率的工艺措施及保证脱盐率的最低元件性能。

（12）海水淡化工艺中工作压力、系统收率及膜堆结构等系统设计问题。

（13）纳滤膜系统脱盐及脱除有机物的特点与氧化纳滤膜的制备与应用。

（14）反渗透或纳滤系统运行模拟软件的基本功能、结构框图及其使用。

书中内容强调了：元件三项特性参数，系统两项极限收率，系统四大特殊工艺，系统设计八项指标，设计指标间十大关系，六支段膜堆结构，均衡通量与均衡污染，不同性能元件配置优化，系统管路结构参数优化，系统设计通量优化，双恒量与泵特性两类运行模式等系统工艺领域中的基本概念；明确了“高温度、重污染及浓给水三条件检验系统脱除盐率，低温度、重污染及浓给水三条件检验水泵工作压力”的设计方案检验原则；涵盖了两级、纳滤与海水淡化等系统工艺，从而形成了关于反渗透系统设计与运行的一套较为完整的工艺理论。

对于膜工艺的研究主要包括系统技术指标、系统基本结构、系统设计优化及系统运行优化等项内容。工艺研究的基本手段是系统运行模拟，运行模拟的基本工具是运行模拟软件，而模拟软件的核心部分是元件、膜堆、管路及系统的相关数学模型。目前，各膜厂商均已推出各自的设计软件中自然内涵了相关模型，但欠缺的是软件功能不足与模型不公开透明，因此限制了系统计算的水平提高与系统研究的深入开展。针对目前现状，书中给出了膜元件的理想数学模型，全面介绍了元件、膜壳、膜段、管路、各类污染层、浓差极化度即一个完整系统的离散数学模型，深入讨论了膜元件的透水与透盐的理论与实用模型，示出了与上述模型相应的“系统运行模拟软件”程序框图，从而为深入研究系统运行规律与深度开发系统模拟软件奠定了基础。

本书关于膜元件及膜系统的特性分析及模型分析的内容，一方面旨在揭示膜工艺技术的内在规律，另一方面也是研究模拟软件过程中阶段性成果的展示，同时也希望这些内容能为更多学者及研究人员深入研究提供资料。

书中相关论述主要包括理论基础、数学模型、模拟计算及试验分析等四种模式，各章节力求由浅入深，旨在为不同技术水平的理论研究人员及工程技术人员提供参考。本书也可作为高等院校相关专业本科或研究生膜技术课程的教材，特别希望相关专业的硕士生及博士生将本书中尚未解得的相关数学模型及尚待改进的软件功能加以完善，使反渗透系统及纳滤系统的工艺研究成为一个更加完善且不断发展的研究方向。

在本书相关的研究过程中，天津城建大学环境与市政工程学院的徐腊梅、毕飞、夏罡、王春艳、孟凤鸣、贾丽媛、贾玉婷、罗浩、苏宏、江海、董翠玲、马晓丽、李宝光、、马孟、朱建平、苏卫国、严丹燕、罗美莲、杨小奇、孙浩、李肖清、李菁杨、韩力伟、杨宇星、翟燕、王文凤、王文娜、黄延平、张智超等研究生同学做了大量且有效的试验与研究工作；业界著名专家徐平先生、海德能公司贾世荣先生与仲怀明工程师、天津城建大学程方教授与苑宏英教授在本书编写过程中给予了诸多帮助；多年来《膜科学与技术》《水处理技术》《工业水处理》《供水技术》《天津城市建设学院学报》等国内专业杂志均给予了大力支持，并特请贾世荣先生作了本书的审核工作，这里一并表示衷心的感谢。

本书内容主要源于笔者的工程经验及研究成果，多有不甚成熟部分，不足之处在所难免，敬请相关专家及广大读者予以批评指正。

编著者

2015年3月15日