反渗透膜的污染及防治热

[ 作者：赵宇超 | 转贴自：本站原创 | 点击数：306 | 更新时间：2009-3-11 | 文章录入：imste 2008

年 第 11 期 ]

(华北电力大学，河北 保定 071003)

摘 要：文章介绍了反渗透技术在丰泰发电厂的应用，分析了反渗透膜元件的污染机理及预防措施，提出了相关的注意事项。

关键词：反渗透；膜污染；防治措施

中图分类号：TU991.26 文献标识码：B 文章编号：1007—6921(2008)11—0081—02

反渗透水处理技术是当代先进的水处理脱盐技术，它广泛应用于电力、化工、石油、钢铁、市政、环保等行业，应用于生产锅炉补给水合饮用水，淡化海水，制备电子超纯水，反渗透相对于传统水处理系统有以下优点：①反渗透水处理技术操作简单和运行经济，易于掌握。②它的使用，延长了传统的交换设备的再生周期，减少了酸碱的排放量，有利于当地环境保护。③可以大大降低运行人员的劳动强度，可以进一步提高整个水处理工艺的运行水平和自动化程度。④反渗透技术可以用作水质比较差的工艺。 1 反渗透系统介绍

我厂锅炉补给水系统采用反渗透预脱盐加二级除盐系统，以满足两台2×200MW机组对合格除盐水的正常使用需求，系统工艺流程如下：

原水→多介质活性炭→保安过滤器→高压泵→反渗透中间水箱→阳床→阴床→混床→除盐水箱。

反渗透安系统设计产品水出力2×50m/h，每列按一级二段6×3排列，每列共有压力容器9个，每个压力容器内装有6根膜元件。采用膜元件为DOW公司生产的BW30-365涡卷式复合膜，此膜有芳香聚酰胺等高分子有机物合成，具有稳定性好，脱盐率高，抗有机物污染能力强，不易压实，对氧化物质和悬浮物要求严格等特点，设计回收率75%，脱盐率5年内〉97%。

反渗透装置的预处理设备有一级加药PAC，主要作用是消除原水中含有的悬浮物、胶体、颗粒及细菌等，在反渗透入口有阻垢剂加药系统，可以防止溶质的结垢和起到结垢成分的分散作用。

四台多介质过滤器用于滤除经一级加药后形成的矾花和原水中的悬浮物、颗粒，以保证反渗透系统给水对SDI、浊度的要求。三台活性炭过滤器是吸附多介质过滤器无法支除的余氯，以防止反渗透膜受其氧化降解，同时还吸附水中的有机物等污染物，进一步降低SDI值。每套反渗透装置前配备一套保安过滤器，以支除水中5u以上的颗粒物，保证反渗透膜的安全。 2 膜污染 2.1 浓差极化

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浓差极化是膜分离过程中不可忽视的影响因素，当膜表面上被溶质或其他被截留物质形成浓差极化时，膜的传递性能以至分离性能都将明显下降，大大影响了膜分离的工作效能并将缩短其使用寿命。浓差极化是由于膜的选择化透过性，被截留组分在膜料液侧表面积累造成的。当积累到一定程度，沉积在膜表面或膜孔内，形成滤饼，凝胶及结垢等附着层或膜孔堵塞等导致了膜性能变化。具体表现为膜的透过阻力增大，造成膜的透过流速显著减少，截留率增大。 2.2 反渗透膜污染

反渗透膜污染是使用中必然产生的现象，这一问题也用膜技术应用中主要问题，影响反渗透安全运行，在压力、温度、流速和料液浓度保持一定的情况下，膜污染使膜组件性能随着时间发生变化，使膜分离技术不能充分发挥应有的效能。膜污染是指由于在膜表面上形成附着层或膜孔堵塞等外部因素导致了膜性能变化，根据其具体发生原因等用相应对策可以使膜性能得以恢复。反渗透膜表面污染物累积到一定程度后，压差逐渐升高，产水量和脱盐率下降，一般认为反渗透装置出现下列症状之一时则污染严重需要化学清洗以恢复工作能力。①标准化的产水量下降10%～15%；②标准化后的脱盐率下降10%～15%；③给水温度校正后的进水压力增加10%～15%；以下分析膜污染的主要表现形式： 2.2.1 碳酸盐垢、硫酸盐垢

在反渗透系统中，碳酸盐及硫酸盐等盐类的溶解度在浓缩过程中它的浓度超过了该条件下的溶度积，而针对该沉积的预处理方法或条件不当，它们会沉积下来，盐类沉积一般发生在反渗透系统后面的膜元件中，因为该处溶液浓度较高。盐类沉积表现为脱盐率下降。判断碳酸盐结垢倾向常用LSI(朗格利尔指数)来近似判断。 2.2.2 硅在反渗透给水中以颗粒硅、胶体硅或溶解硅形式存在

颗粒硅通过污堵膜元件水流通道污染反渗透，导致系统压差增加。胶体硅趋向存在于酸性水体中，它可由反渗透除去，在给水浓缩的反渗透中胶体硅浓度高，会在膜表面析出。

溶解性硅的溶解度与水中pH和温度有关，且其溶解度被超过，硅垢将慢慢析出，沉淀在膜表面，溶解硅由H2SiO4电离SiO3离子，会与多价阳离子形成不溶的硅酸盐。 2.2.3 微生物污染

如果反渗透给水不含杀菌剂，则细菌和其他类型微生物污染可能发生，由于复合膜要求给水除氯，微生物污染通常发生在这些反渗透系统中。微生物污染会引起标准压差增加或标准渗透水流量下降。细菌超过100个/L认为是过量的。 2.2.4 有机物污染

有机物不仅是微生物的营养物，而且含量高时可溶解膜材料，使膜性能劣化。目前采用主要方法是加入氧化剂，或用活性炭吸附有机物，应监测水中总有机碳(TOC)的含量不超过2mg/L。 2.2.5 悬浮物

悬浮物主要在反渗透表面沉积形成污堵，回收率下降，标准压差增高。 3 反渗透膜污染影响因素 3.1 浓差极化对反渗透的影响

浓差极化对反渗透影响包括降低水通量，降低脱盐率，导致膜上沉淀污染和增加流通阻力。

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3.2 阻垢剂对膜污染的影响

阻垢剂的作用：①抑制析出功能。在有阻垢剂的系统中，易结垢成分的阴阳离子浓度积比没有阻垢剂时的临界析出离子积值大很多。②分散功能。在有阻垢剂时，析出的颗粒的粒径小，难于凝聚，比没有阻垢剂析出的颗粒难沉降。③晶格变形效应。在有阻垢剂的系统中，析出的晶体有球形、多面体、雪花状等不定形的状态，在晶体生长过程中，阻垢剂吸附在晶体生长点上，使其表面的生长速度急剧下降。 3.3 给水温度对反渗透膜的影响

反渗透膜受给水特性、pH值、温度和溶解固形物等影响。通过升高温度，渗透水量增加，液透过率加大。T=q25/qt为温度校正系数，下图为某聚酰胺膜温度与透水量的关系，温度每改变1℃，透水量约改变3%，在应用中通过调整给水压力来改变温度补偿对透水量的影响。

硅的溶解度与温度和pH值关系很大，温度升高。SiO2溶解度增加，减少在反渗透膜表面的沉积。

3.4 回收率对反渗透的影响

水回收率提高有利于减少浓水的排放量，节约用水回收率的上限由下面两个因素决定：①浓水最大浓度；②膜元件的最低浓水流速。当回收率增加，浓缩系数增加很快(如表2)。

系统回收率也影响渗透水的质量。回收率越高，系统最后排水的浓水越高，相应最后膜元件的渗透水浓度越高。在反渗透中为了保证渗透水质量应限制系统回收率。下表3为不同回收率对渗透水质量的影响。

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K=脱盐率×给水浓度 4 反渗透膜污染的预防措施 4.1 降低浓差极化

降低浓差极化的途径有：①使膜元件通过流体分部均匀，促进湍流，一般和反渗透设计有关。②适当控制操作流速，改善流动状态，使膜与深液相界面层的厚度适当减少，以降低浓差极化度。③降低流体黏度和提高溶质的扩散系数。 4.2 选择系统合适的阻垢剂

现在阻垢剂大部分为复合型阻垢剂，它对溶液中离子有抑制析出和抑制晶体成长、防止附着作用，阻垢济的分子与溶液中离子能形成螯合物，增加成垢化合物的溶解度；我厂阻垢剂的作用使原水LSI(朗格利尔指数)提高到26，在此范围内钙镁不容易在膜内结垢。阻垢剂能相对增加水中物质的溶解性，阻止硫酸盐的结垢。阻垢剂对堵塞膜微孔的胶体及细小颗粒有分散作用。通过计算调整加药泵的出力，确保以合适的剂量均匀加入到反渗透给水中。从而达到浓水侧阻垢的目的。

4.3 控制恒定较高的给水温度

温度的影响对混凝剂的影响也非常大，因无机盐混凝剂水解是吸热反应，水温低时颗粒布朗运动强度减弱，不利于胶体脱稳和絮凝物的形成，而且温度越低，混凝剂黏性越高，反应越慢，混凝效果差。所以提高温度可以增加混凝剂效率，减少污染物进入反渗透膜元件的量。

提高温度可以降低流体黏度，减少浓差极化效应。增加溶质在水中的溶解度，提高离子的溶度积，减少膜结垢污染的程度，并且提高温度增加反渗透膜透水率。 4.4 预防性清洗

反渗透膜运行一段时间后，会在膜表面形成一些结垢性物质，但没有达到清洗条件时，膜表面的结垢物质成为晶体生长的晶核，晶体生长速度加快，反渗透的各段压差增长较快。预防性清洗可以保持膜表面的清洁度，并降低浓差极化的影响。