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(shí)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(duì)膜污染進(jìn)行清洗是反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)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(yùn)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(shí)間與膜接觸，會(huì)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(gè)濃度差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(dòng)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(huì)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(shí)，CaCO3就會(huì)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(jià)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(jià)鐵和三價(jià)鐵的相關(guān)污染物可能情況為：氧氣進(jìn)入到含二價(jià)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(huì)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(shí)，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(shí)反滲透進(jìn)水前預(yù)處理時(shí)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(huì)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(shí)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(huì)

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(jí)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(píng)價(jià)。通常當(dāng)SDI<3時(shí)，膜表面不產(chǎn)生此類污;當(dāng)SDI>3時(shí)，會(huì)發(fā)生污堵。

6）“水錘”現(xiàn)象

對(duì)于反滲透系統(tǒng)，由于設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)，會(huì)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(dòng)，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(shí)，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�合物和硅酮基的油及脂能覆蓋于膜表面，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(huì)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(duì)不同的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。

對(duì)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?xiàng)l件，不同的季節(jié)氣候?qū)е滤�體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(huì)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(dòng)時(shí)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行;

3、反滲透預(yù)處理工藝必須能夠高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)盡量簡化流程，降低投資和運(yùn)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(shí)際運(yùn)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。