5.3　膜元件的恒量参数

所谓恒量参数系指恒定产水流量或恒定工作压力条件下的膜压降、透盐率（或脱盐率）及给水压力（或产水流量）等项膜元件性能指标。为了克服不同元件品种标准性能指标不可对比的缺点，恒量参数的重要特点是建立性能指标间的可比关系。

5.3.1　膜元件恒压力参数

膜厂商为标定膜产品而提供膜元件性能参数的同时，还为反渗透膜系统的设计提供了系统设计软件。各膜厂商提供的设计软件主要针对厂商自身提供的各类膜产品。时代沃顿、海德能、陶氏、东丽、东玺科（TCK）等膜厂商的设计软件分别称为VontronRO、IMSDesign、Rosa、To-rayRO、CSM-Pro。各厂商的设计软件不仅设计界面与计算功能不同，模拟系统运行规律的数学模型也不尽一致，因此不同软件的计算参数在严格意义上不具备可比性。

有鉴于相同膜厂商各膜品种性能参数的标准测试压力不同，所造成的不同品种膜元件参数的不可比性，可以利用设计软件为工具，以相同的测试压力即工作压力为计算条件，进行不同品种元件的恒量参数计算，从而使相互比较成为可行。

根据表5.1数据可知各类膜元件的给水盐浓度量级及工作压力量级，但由于测试液浓度及测试压力条件的不统一，无法准确判定哪类膜的脱盐率更高或哪类膜的产水量更大；而表5.3给出了时代沃顿公司膜元件在相同工作压力条件下的不同产水量与透盐率，从而可知：ULP12品种膜元件的产水量最大，LP22的产水量最小；ULP12品种膜元件的透盐率最大，ULP32的透盐率最小。

就膜元件的性能指标而言，产水量与透盐率为其外在性能参数，透水系数与透盐系数为其内在性能参数。外在参数应能分别、直接且独立地反映内在参数。

在膜元件的性能测试过程中，式（5.2）及式（5.3）中的Qp、Pf、Pp、πf、πp、Cf、Cp均为可测参数，且Qs可以根据式（5.10）并通过可测的Qp与Cp求得：Qs=QpCp，即式（5.2）及式（5.3）中只有透过系数A与B为不可测参数。

恒定压力条件下，产水量Qp=AS［（Pf-Pp）-（πf-πp）］，通过产水量Qp可以直接表征透水系数A。透盐率Sp=Cp/Cf=Qs/QpCf=B（Cf-Cp）/A·Cf［（Pf-Pp）-（πf-πp）］，透盐率Sp反映的是透盐系数B与透水系数A的合成作用。如果膜元件的透水系数A较大，在特定工作压力Pf作用之下，不仅元件的产水量Qp指标较大，而且元件的透盐率Sp指标较小。

总之，恒压力参数中，产水量Qp与透盐率Sp可以特定方式反映膜元件内在参数A与B，但未能达到分别、直接且独立反映的要求。

5.3.2　膜元件恒通量参数

恒定通量条件下，膜通量Fp=Qp/S=A［（Pf-Pp）-（πf-πp）］，即工作压力Pf可以直接表征透水系数A；透盐率Sp=Cp/Cf=Qs/QpCf=B·S（Cf-Cp）/（FpCf），即透盐率Sp可以直接表征透盐系数B；做到了外在参数分别、直接且独立地反映了内在参数。而且，采用通量参数而非流量参数避免了因元件面积造成的流量差异。

在恒通量Fp条件下，如元件的测试工作压力Pf较高，则反映元件的透水系数A较小，而与元件的透盐系数B无关；如元件的测试透盐率Sp较高，则反映元件的透盐系数B较大，而与元件的透水系数A无关。总之，采用恒通量的方式进行膜元件的性能测试优于恒压力的方式。加之反渗透系统的运行模式，非泵特性模式即恒流量模式，而绝无恒压力模式，故以膜通量为测试条件与实际运行模式也更为接近。结合4.7节内容可知，超微滤与反渗透膜性能的测试均应以恒定通量为测试条件，而以跨膜压差或工作压力等为性能指标。

表5.4给出了时代沃顿公司膜元件在相同产水通量条件下的不同工作压力与透盐率，从而可知：ULP12品种膜元件的工作压力最低，LP22的工作压力最高；ULP12品种膜元件的透盐率最大，LP22的透盐率最小。

从表5.3与表5.4的膜品种排序可以看到，膜品种恒压力条件下的产水流量大与恒通量条件下的膜品种的工作压力小相互等价；但膜品种恒压力条件下的透盐率高与恒通量条件下的膜品种的透盐率高并非等价。

5.3.3　膜元件膜压降参数

除透盐率及工作压力（或产水流量）之外，膜元件品种的另一重要运行参数是其给水端至浓水端的压力损失或称膜压降。如果认为前两项参数反映了元件中膜片及污染层的透水系数及透盐系数，则后一参数反映了元件中浓水隔网阻力及污染层阻力所决定的流道阻力系数。

膜压降参数测量中存在的敏感问题是元件的产水量与回收率。对于特定膜元件品种，不同的产水量或不同的回收率，将产生不同的膜压降。目前为止，各膜厂商均未给出明确的膜压降测试方法。笔者建议两种膜压降的测试方法：

①在无产水流量（关闭产水流道）条件下，测量特定给浓水流量对应的膜压降。

②在定产水流量（而非产水通量）条件下，测量特定给浓水流量对应的膜压降。

这里不用产水通量而用产水流量，是为防止相同规格不同面积元件造成的测试误差。但是，绝不可以在定元件收率及定工作压力条件下测试膜压降，因为届时的给浓水流量将随产水流量而变化。

5.3.4　膜元件的三项指标

无论膜元件的内部结构如何复杂、内部性能如何多样、膜元件污染程度及污染性质如何，其外部性能主要就是膜压降、脱盐率、工作压力三项参数，且通过此三项参数可分别、直接且独立地反映元件的透水系数、透盐系数及流道阻力系数。对于特定膜元件，三项参数表征的是膜元件的实时参数；新旧膜元件参数的差值表征的是元件性能的衰减程度及污染层的附加影响。正是由于三项参数的特有性质，也将其称为膜元件的三项外特性指标。

5.3.5　膜元件的透水压力

根据5.3.2节所述方法，可以测试得出不同膜元件品种在相同通量条件下的不同工作压力，但由于不同膜元件品种具有不同的透盐率，会影响到膜两侧的含盐量及渗透压，进而影响到测试所得膜元件品种的工作压力。总之，膜品种的透盐率指标影响着工作压力指标。为得到独立于透盐率的膜品种工作压力可以将测试时的给水含盐量降至0mg/L（或1mg/L的极低水平），届时的工作压力称为膜元件品种的“透水压力”。表5.5给出海德能公司部分膜品种的透水压力指标，且依表示数据称ESPA1为低压膜并称SWC5为高压膜。

业界及本书后续部分中所谓高压膜或低压膜，实质上是高透水压力膜与低透水压力膜。膜元件的外部性能也可以是膜压降、脱盐率、透水压力三项参数。