膜分離工藝

【學(xué)員問題】反滲透膜分離技術(shù)及預(yù)處理工藝介紹？

【解答】反滲透膜分離技術(shù)及預(yù)處理工藝介紹

反滲透膜分離技術(shù)實際應(yīng)用中，不可避免產(chǎn)生膜污染現(xiàn)象，且膜污染問題是影響該技術(shù)穩(wěn)定性的決定因素，因此考察膜污染形成機(jī)理、對膜污染進(jìn)行清洗是反滲透系統(tǒng)正常運行、防止其發(fā)生故障的重要保證。

1、膜污染定義

膜污染是指與膜接觸的料液中微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子與膜發(fā)生物理、化學(xué)相互作用或因濃差極化使某些溶質(zhì)在膜表面的濃度超過其溶解度及因機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)的吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性不可逆變化現(xiàn)象。

污染物尤其是蛋白質(zhì)等大分子在膜表面和膜孔內(nèi)的吸附所引起的通量衰減及分離能力的降低，是造成膜通量衰減的主要原因。但膜污染引起的通量衰減又往往和濃差極化現(xiàn)象引起的可逆通量下降混合在一起，使得膜分離效果進(jìn)一步降低。

2、膜污染產(chǎn)生原因

反滲透系統(tǒng)在運行過程中，廢（污）水中的金屬離子、微生物、不易溶解的沉淀、有機(jī)污染物、生物粘泥、膠體、油脂等長時間與膜接觸，會引起膜污染，使膜的通量及分離性能明顯降低、壓降升高。其原因主要包括以下幾方面：

1）濃差極化

在反滲透脫鹽系統(tǒng)中，膜的選擇透過性，使水分子不斷從高壓側(cè)透過膜，而溶質(zhì)分子仍殘留于原溶液中導(dǎo)致膜表面上的料液和進(jìn)口料液之間產(chǎn)生一個濃度差，嚴(yán)重時會產(chǎn)生很高的濃度梯度，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。濃差極化使料液滲透壓增大，有效推動力減小造成透水速度和脫鹽率下降。

2）離子結(jié)垢

CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2及SiO2等溶度積較小的鹽類，在反滲透過程中可能會因濃縮超過其溶度積而析出，產(chǎn)生沉積物停留在膜表面上及進(jìn)水通道內(nèi)形成水垢。例如：CaCO3的溶度積是8.7×10-9（25℃）即[Ca2+]？[CO32-]大于8.7×10-9時，CaCO3就會沉淀下來。J.H.Bruus等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)從污泥中提取Ca2+后，導(dǎo)致小顆粒數(shù)量及過濾阻力增加。

3）金屬氧化物沉積

一般含有低價鐵離子和錳離子苦咸水范圍的某些井水水源具有一定還原性，此類水源造成膜污堵的主要原因就是鐵、鋁、錳等在膜表面產(chǎn)生膠體顆粒污堵。鐵發(fā)生氧化所需的pH值較低，使得反滲透系統(tǒng)發(fā)生鐵污堵現(xiàn)象較頻繁。引起膜面上沉積可溶性二價鐵和三價鐵的相關(guān)污染物可能情況為：氧氣進(jìn)入到含二價鐵的進(jìn)水中；高堿度水源形成FeCO3；鐵與硅反應(yīng)形成難溶性的硅酸鐵；受鐵還原菌氧化作用影響，將會加劇生物膜滋生和鐵垢的沉積；由含鐵絮凝劑轉(zhuǎn)變引起的膠體狀鐵；鐵、鋁、錳等產(chǎn)生金屬污染后的特征表現(xiàn)為產(chǎn)水量降低，壓差上升。

4）生物污泥的生成

當(dāng)膜表面覆蓋生命力旺盛的微生物污泥時，膜所除去的鹽類將陷于黏層中，不易被水沖走，為微生物繁殖提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，同時反滲透進(jìn)水前預(yù)處理時加入的阻垢劑（如聚馬來酸，氨基三甲基磷酸等）、軟水劑等又能促進(jìn)微生物生長。有機(jī)與無機(jī)的溶解性物質(zhì)以及顆粒物，可以通過有效的預(yù)處理被去除，但可繁殖的微生物顆粒，經(jīng)預(yù)處理后即使剩余0.01%，還能利用水中可生物降解的物質(zhì)進(jìn)行自身繁殖，這也是生物污泥在任何系統(tǒng)中都會造成污染的主要原因之一。

5）膠體物污染

地下水及地表水均含有鐵、鋁、硅、有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)，它們和預(yù)處理時加入的混凝劑、助凝劑、阻垢劑等形成膠體沉積在膜表面造成膠體污染。硅酸膠體在水中會

水解生成Si（OH）4，并在一定條件下發(fā)生聚合反應(yīng)：mSi（OH）4-（SiO2）m+2mH2O生成SiO2膠核，并分級電離，放出H+形成呈負(fù)電性的膠體，其結(jié)構(gòu)式為：

[m（SiO2）。nSiO3-2.2（n-x）H+]-2x2xH+

膠體物污染難處理是由于帶有同種電荷，比較穩(wěn)定，不易沉降，易污染膜，導(dǎo)致水通量下降。一般這種趨向用污染指數(shù)（SDI）進(jìn)行評價。通常當(dāng)SDI<3時，膜表面不產(chǎn)生此類污；當(dāng)SDI>3時，會發(fā)生污堵。

6）“水錘”現(xiàn)象

對于反滲透系統(tǒng)，由于設(shè)計不恰當(dāng)及在開始調(diào)試階段，裝填膜的膜殼內(nèi)有大量的空氣，當(dāng)待處理液瞬間進(jìn)入膜殼時，由于空氣具有可壓縮性，且瞬間不可能完全排盡，當(dāng)空氣在膜殼內(nèi)達(dá)到一定壓力時，會突然爆破釋放，引起反滲透在膜殼內(nèi)相互撞擊、擠壓以及竄動，產(chǎn)生“水錘”現(xiàn)象。在反滲透系統(tǒng)中，水錘的危害在于造成無法恢復(fù)的反滲透膜元件損傷。

7）懸浮顆粒物的污染

當(dāng)保安過濾器有“短路”或缺陷造成過濾介質(zhì)、腐蝕碎片及異物（如小芯絨線）等的泄漏或反滲透初次投用沖洗不徹底時，可能使膜元件受到污染，使進(jìn)水通道堵塞和膜面上形成非晶體沉淀。這種情況較少遇到。

8）其他因素造成的污染

碳?xì)浠衔锖凸柰挠图爸芨采w于膜表面，致使膜受到污染；膜的水解、有機(jī)溶劑及氧化性物質(zhì)侵蝕等也會造成膜材料的本質(zhì)改變。

反滲透設(shè)備常用預(yù)處理工藝

為了保證反滲透系統(tǒng)的順利進(jìn)行，需要針對不同的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。

對于反滲透系統(tǒng)，習(xí)慣地把進(jìn)水分為地下水、自來水、地表水、海水、廢水（中水）等，這些水體受各種因素的影響，不同的地理條件，不同的季節(jié)氣候?qū)е滤w的特性及其所含的雜質(zhì)有所不同，因此反滲透預(yù)處理工藝也會有所不同。

合理地預(yù)處理應(yīng)該能滿足如下要求：

1、反滲透預(yù)處理必須能夠去除原水中的絕大多數(shù)雜質(zhì)，達(dá)到進(jìn)水要求；

2、反滲透預(yù)處理必須考慮水質(zhì)的變化，防止原水水質(zhì)波動時影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；

3、反滲透預(yù)處理工藝必須能夠高效、穩(wěn)定的運行，同時盡量簡化流程，降低投資和運行成本；

目前流行的方法主要有以下幾種：

（1）物理法

物理方法包括①沉淀法或氣浮分離法，②砂過濾、預(yù)涂層（助濾劑）過濾、濾筒過濾、精過濾等，③活性炭吸附法，④冷卻或加熱。

（2）化學(xué)法

化學(xué)方法包括①氧化法：利用臭氧、空氣、氧、氯等氧化劑進(jìn)行氧化，②還原法，③pH值調(diào)節(jié)法

（3）光化學(xué)法

光化學(xué)預(yù)處理方法主要指紫外線照射。

采用哪一種預(yù)處理方法，不僅取決于料液的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，而且還要根據(jù)在膜分離過程中所用組件的類型構(gòu)造作出判斷。實際運行中的故障，一方面是由于膜表面上的分離所帶來的直接污染；另一方面與膜組件本身的構(gòu)造有關(guān)。預(yù)處理所需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)所用的膜件的不同也不一致。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。