商业反渗透
反渗透回收率：产量与结垢的平衡
快速回答
回收率是进水转化为产水的比例，它决定水泵规格、浓水浓度与膜面结垢风险。本文说明计算方法、多数商业系统为何落在 50–75%，以及哪些调整能在不把浓水变成水垢的前提下提高回收率。
什么是回收率，如何计算？
回收率是产水流量除以进水流量，以百分比表示。由于进水等于产水加浓水，也可写成产水除以产水与浓水之和。进水 10 m³/h、产水 7.5 m³/h 的系统，回收率为 75%，排放浓水 2.5 m³/h。
回收率不等于脱盐率。脱盐率描述有多少盐被截留在膜的进水侧，通常为 95–99%；回收率描述有多少水穿过膜进入产水侧。系统即使脱盐率达到 99%，只要回收率把浓水推过碳酸钙或二氧化硅的溶解度，仍然会结垢。
回收率还决定建筑的整体水量平衡。产水 5 m³/h 的机组，在 50% 回收率下要从供水取 10 m³/h、向排水放 5 m³/h；75% 时只需取 6.7 m³/h。这个差别往往决定现场是否需要更大的进水管或排水管。
- 回收率 ＝ 产水 ÷ 进水 × 100
- 浓缩倍数 ＝ 1 ÷（1 − 回收率）
- 回收率 75% 时，浓水 TDS 为进水的四倍
- CK-RO 系统按型号与进水条件标定为 50–75%
为什么多数商业反渗透停在 50–75%？
回收率受残留盐类溶解度限制。水以产水形式离开后，钙、硫酸盐、二氧化硅、钡与锶在浓水中浓缩。碳酸钙结垢由朗格利尔饱和指数预测，硫酸钙由其饱和指数判断，二氧化硅则由溶解度决定，而溶解度随温度下降而降低。膜质保规定了最大浓缩倍数，通常正是这些限值而不是水泵决定设计。
小型单支膜系统通常为 50–60%，较大的多支膜组可达 70–75%。再往上，浓水会变得苛刻：回收率 80% 时浓缩倍数为 5，进水 TDS 500 mg/L 会得到 2,500 mg/L 的浓水。每再提高一个百分点，少排的废水有限，清洗间隔却会缩短。
回收率如何改变浓水浓度？
浓缩倍数等于 1 除以（1 − 回收率），假设膜只透水不透盐，用于设计筛查已足够接近。下表给出进水 TDS 500 mg/L 时的结果。注意从 65% 提高到 75%，浓水倍数从 2.9 升到 4.0，其幅度远大于回收率数字上十个百分点的变化。
| 回收率 | 浓缩倍数 | 进水 500 mg/L 时的浓水 TDS | 浓水占进水比例 |
|---|---|---|---|
| 50% | 2.0 | 1,000 mg/L | 50% |
| 65% | 2.9 | 1,430 mg/L | 35% |
| 75% | 4.0 | 2,000 mg/L | 25% |
| 80% | 5.0 | 2,500 mg/L | 20% |
按 100% 脱盐率进行的筛查计算；实际浓水略低，因为少量盐会进入产水。
温度如何影响回收率？
进水温度大约每升高 1 °C 使通量变化 3%。按 25 °C、1,000 L/h 标定的系统，在相同压力下，15 °C 时约产 700 L/h，30 °C 时约产 1,150 L/h。低温还会提高黏度，增加所需压力，可能在达到设计回收率之前就把水泵推到极限。二氧化硅溶解度随温度下降而降低，因此 25 °C 下可行的 75% 回收率，在 10 °C 时可能超过二氧化硅限值。
这就是回收率必须标注温度的原因。按 25 °C、75% 回收率出售的设备，在寒冷的北方设备间里并不是 75% 的设备，浓水流量会高于样本值。应按最冷月份而不是年平均温度设计。
哪些预处理能支持更高回收率？
提高回收率首先取决于预处理，而不是水泵。每种限制性盐类都有对应措施，设计必须针对最先饱和的那一种，而不是最容易去除的那一种。软化去除钙镁，从而提高碳酸盐与硫酸盐的限值；阻垢剂不去除离子，但同样能扩展这些限值；pH 调整会同时改变碳酸盐与二氧化硅平衡，方向相反。
| 限制性盐类 | 实用限值 | 应对措施 |
|---|---|---|
| 碳酸钙 | 浓水 LSI 高于约 +0.5 | 软化、降低 pH 或投加阻垢剂 |
| 硫酸钙 | 浓水高于约 2,000–2,500 mg/L | 软化或使用针对硫酸盐的阻垢剂 |
| 二氧化硅 | 25 °C 时浓水高于 100–150 mg/L | 降低回收率、提高 pH 或使用硅阻垢剂 |
| 钡与锶 | 浓水接近硫酸盐溶解度 | 用强酸树脂软化 |
| 有机物与胶体 | SDI15 高于 5、TOC 偏高 | 混凝、活性炭或超滤；阻垢剂无效 |
表中为 25 °C 的筛查值，应以膜厂家计算软件与阻垢剂样本为准。
如何在不结垢的前提下提高回收率？
先处理限制性盐类，再调整膜组。软化是最可靠的路径：去除钙镁后，许多进水可做到 75–85% 回收率，代价是消耗盐并产生自身的再生废水。第二条路径是两级膜组：一级浓水作为二级进水，同一股水在离开前经过两组膜。
- 01
1. 确定限制性盐类
按目标回收率对碳酸盐、硫酸盐、二氧化硅与钡做饱和计算。最先饱和的那一项决定上限。
- 02
2. 去除或抑制
硬度高则软化，按盐种选择阻垢剂，或调整 pH。不要用阻垢剂去解决它本身无法处理的污堵问题。
- 03
3. 调整膜组
两级膜组或浓水回流可在不换膜的情况下提高总回收率。回流会抬高进水 TDS，必须建模核算。
- 04
4. 回用浓水
法规允许时，浓水可用于冲厕、冷却或灌溉。这样改善整体水量平衡，而不必继续提高膜回收率。
什么情况下低回收率反而更合适？
低回收率并不等于失败。0.5–2 m³/h 的小型系统通常运行在 50–60%，因为单支膜组再浓缩就会结垢，而两级设计增加的投资难以摊平。高硅或高钡进水常被迫停留在 50–65%。水价低、排放限制严的场所，可能更愿意接受水量更大但 TDS 更低的浓水，因为这种水更容易回用或排放。
正确的问题不是回收率最高能做到多少，而是在计入水价、排放费、预处理药剂、清洗人工与膜更换之后，哪个回收率最经济。一套每月清洗的 75% 系统，总成本可能高于每年清洗两次的 60% 系统。
现场如何测量与核实回收率？
应在产水与浓水（或产水与进水）上安装经校准的流量计，精度约 2%。用两个读数计算回收率，并在相同温度与压力下与设计值比较。若没有进水流量计，用产水除以产水与浓水之和也能得到同样结果，且不必假设进水流量。
每天记录回收率，同时记录压力、温度与电导率。压力不变而回收率下降，通常是污堵或阀门未全开；回收率不变而电导率上升，说明透盐率增加，指向膜损伤或氧化。只看每周一次的孤立读数，这两种趋势都发现不了。
- 产水与浓水流量计：精度约为读数的 2%
- 每天记录回收率、压力、温度与电导率
- 在 25 °C 下比较，或按每 1 °C 3% 进行校正
- 标准化流量下降 10–15% 时应清洗，而不是继续提高回收率
常见问题
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