反滲透是最精密的膜法液體分離技術。反滲透膜應用在脫鹽工藝已有幾十年。現(xiàn)總結出以下反滲透膜污染的幾點原因及運行分析建議。
一、反滲透膜污染的原因
1、微生物污染
微生物包括細菌、藻類、真菌和病毒等。細菌的顆粒極小，一般球菌直徑為0.5～1.0微米；桿菌寬1微米，長2微米，病毒則更小，目前發(fā)現(xiàn)的最大的是痘病毒直徑約300納米，最小的是圓環(huán)病毒直徑17納米。微生物污染對反滲透膜系統(tǒng)至少造成兩方面的不良后果：第一，微生物的大量繁殖和代謝，產(chǎn)生大量的的膠體物質，致使膜被堵塞造成膜通量急劇下降；第二，將造成產(chǎn)水中的細菌總數(shù)的增加。反滲透膜的微生物污染對整個裝置的長周期運行極為不利，因此要對反滲透膜的微生物污染高度重視。
造成生物污染的原因一般有：
(1)進水中含有較高數(shù)量的微生物；
(2)系統(tǒng)的停用、保護、沖洗等沒有嚴格按照技術手冊要求進行；
(3)沒有對進水進行殺菌或者殺菌劑投加量過??；
(4)進水水質含有容易滋生微生物的營養(yǎng)物質從而導致微生物的大量滋生；
(5)沒有對管路進行定期的殺菌和消毒。受到微生物污染的膜表面會十分滑膩并常有難聞的氣味，對生物膜樣品進行焚燒的氣味同焚燒頭發(fā)一樣。
(例如進水的氨氮指標嚴重超濃度，導致管路中和膜元件內大量微生物滋生，對膜系統(tǒng)進行化學清洗后，由于沒有對管路進行殺菌消毒，系統(tǒng)啟運時，在管路中存留的大部分微生物顆粒隨水流全部進入膜端，導致系統(tǒng)產(chǎn)水率嚴重下降，膜段間壓降急劇上升。系統(tǒng)最終通過離線清洗得以消除污染。)
2、 有機物及礦物油污染
由有機物造成的膜系統(tǒng)故障占全部系統(tǒng)故障的60%—80%。進水中的有機物吸附在膜元件表面，會造成通量的損失，尤其是在第一段，在很多情況下，在膜表面形成的吸附層對水中的溶解鹽就象另一層分離阻擋層，堵塞膜面通道，導致脫鹽率上升，大分子量并且?guī)в惺杷曰鶊F的有機物常常會造成這種效應，例如微量的油滴、大分子量難降解的有機物等，會導致膜系統(tǒng)受到有機物污染。
(例如石化廢水成份復雜，水中有機物濃度較高， 且含有微量油，因此在石化廢水深度處理裝置中使用的反滲透膜系統(tǒng)中，有機物污染是一種最常見的污染類型。對反滲透膜的有機物污染一般通過進水的油和有機污染物濃度分析即可判斷一般的有機污染通過定期的化學清洗即可消除。)
3、絮凝劑引起的污染
在反滲透系統(tǒng)的預處理過程中，如氣浮選或混凝沉淀處理單元，通過加人一定的高純聚合鋁絮凝劑，使水中的膠體、粒雜質及油類物質得以去除。
絮凝劑的使用主要分為無機類和有機類，無機類一般為聚鐵、聚鋁，由于無機類絮凝劑價格便宜而使用較多，為了避免對膜系統(tǒng)的鐵離子污染，一般的膜系統(tǒng)中都選用高純聚鋁作為絮凝劑；有機絮凝劑一般為聚丙烯酞胺、聚丙鹽類的較多。在某些膜系統(tǒng)的預處理單元中，無機類和有機類絮凝劑一起配合使用效果較好，但在實際使用中，要根據(jù)系統(tǒng)工藝的不同，水質的不同，通過實際篩選決定使用絮凝劑的各類和濃度。在實際的運行中，并不是所有的絮凝劑都會被絮凝成粒，無論是哪一類的絮凝劑，都會在水中有一定的殘留，進人后續(xù)處理單元后，正常情況下，殘留的絮凝劑會隨著濃水排掉，但是如果絮凝劑投加濃度過高，膜系統(tǒng)進水中的殘留量過多，會在反滲透膜的表面進行二次絮凝沉淀，引起膜污染，并且因為絮凝劑投加量過高而引起的污染在清洗中一般難以去除，甚至可以會導致在短時間內就需要更換膜。
4、結垢引起的污染
結垢是難溶性的鹽類在膜表面析出固體沉淀，防止結垢的方法是保證難溶解性鹽類不超過飽和界限。在反滲透系統(tǒng)中析出的垢主要是無機成分，以碳酸鈣為主，除碳酸鹽以外，很多其他的無機鹽類同樣具有較低的飽和溶解度，如硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鎂及部分氫氧化物等。為了防止膜面結垢，一般在保安過濾器之前要加入適量的膜用阻垢劑。有時也會出現(xiàn)投加的不同藥劑發(fā)生相互作用導致難溶物質析出，進而污染膜元件的事情。例如當聚合有機阻垢劑與多價陽離子如鋁或殘留的聚合陽離子絮凝劑相遇時，可能會發(fā)生沉淀反應，例如鋁或鐵，所產(chǎn)生的膠狀反應物，非常難以從膜面上去除，因此在投加多種藥劑時，應該注意這些藥劑的成分，根據(jù)水質數(shù)據(jù)、所選擇的膜型號，通過試驗確認它們的兼容性，并獲得恰當?shù)淖韫竸╊愋图巴都觿┝俊?br />
5、膠體污染
膠體是具有1納米(nm)到1微米粒徑，像粘土一樣很難自然降解的微粒子，在水中通常帶負電。污水中的有機膠質類物質、過剩的絮凝劑投加量、污水中的金屬離子水解形成的氫氧化物膠體，是導致膠體污染的常見原因。廢水中的常見膠體污染物有氫氧化鐵、氫氧化鋁、二氧化硅膠體等。
(例如膠體污染可以是由于加藥量過大、管路的腐蝕以及大分子量的有機物進行膜系統(tǒng)所導致的)
二、反滲透系統(tǒng)的長期運行經(jīng)驗
1、保持預處理效果的穩(wěn)定
在預處理階段去除原水中的大部分污染物。良好的預處理效果，能夠有效減少反滲透系統(tǒng)受到各類污染的機率。
(例如定期更換保安過濾器濾芯和檢查保安過濾器，防止過濾器內出現(xiàn)短流現(xiàn)象和滋生生物粘泥而對膜元件造成污染;嚴格控制進水濁度和污染指標(SDI)，控制進水濁度小于0.5NTU，污染指數(shù)小于5；對膜前流程及膜系統(tǒng)進行消毒殺菌，消毒殺菌對控制微生物污染是必不可少的關鍵步驟。對系統(tǒng)的殺菌分為沖擊式殺菌和連續(xù)性殺菌，可根據(jù)系統(tǒng)不同而選用不同的方法)
2、控制較低的運行壓力和回收率
壓力是反滲透脫鹽的推動力，壓力升高，膜組件透水量線性上升，脫鹽率開始時升高，當壓力升至一定值時，脫鹽率趨于平穩(wěn)。因而在實際運行中，壓力無需太高，壓力過高會使膜的衰減加劇，而且有可能損壞膜組件。為延長膜組件的使用壽命，通常在脫鹽率和產(chǎn)水量滿足生產(chǎn)要求時，采用稍低一些的壓力運行，對系統(tǒng)的長周期運行有著極大的好處。
當反滲透系統(tǒng)采用較高的回收率時，濃水含鹽量相應提高，不但容易在濃水側產(chǎn)生濃差極化，而且會導致系統(tǒng)滲透壓的增大，為維持產(chǎn)水量，操作壓力必須提高，產(chǎn)水的比能耗也會增加，產(chǎn)水水質變差，膜污染加重，結垢和微生物污染的危險性變大。根據(jù)運行經(jīng)驗，反滲透系統(tǒng)的回收率控制在75%以下比較合適。
3、對膜進行物理清洗(產(chǎn)品水沖洗)
沖洗是采用低壓大流量的進水沖洗膜元件，沖洗掉附著在膜表面的污染物和堆積物，膜的低壓沖洗可以減少深度差，防止膜脫水現(xiàn)象的發(fā)生。在條件允許的情況下，建議經(jīng)常對系統(tǒng)進行沖洗。增加沖洗次數(shù)比進行一次化學清洗更有效果。
4、規(guī)范系統(tǒng)啟停操作及停運保護措施
系統(tǒng)啟動和停止時，流量和壓力會有波動。過大、過快的流量和壓力波動可能會導致系統(tǒng)發(fā)生極限壓降現(xiàn)象，形成水錘作用，從而導致膜元件破裂，故在進行啟停止操作時需緩慢增加或者降低壓力及流量。
系統(tǒng)的開機前和停運時，應確保壓力容器內沒有真空，否則當再次啟運膜元件的瞬間會出現(xiàn)水錘或者水力沖擊，當已經(jīng)漏掉水分的系統(tǒng)在初始開機或一般運行啟動時，就會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。
系統(tǒng)應保持較低的背壓(產(chǎn)水側壓力)，產(chǎn)水側壓力高于原水側壓力0.05MPa以上時，膜元件會受到物理性損傷。系統(tǒng)啟動和停止運行前，要充分確認閥門的開和關以及壓力的變動，保證運行過程中杜絕背壓現(xiàn)象發(fā)生。如果膜系統(tǒng)需要長時間停運，則需要根據(jù)技術手冊要求，向系統(tǒng)內通入保護液或者定期通水來保證膜元件的正常備用。
5、定期對膜元件進行在線化學清洗
采用了合理的預處理系統(tǒng)和良好的運行管理，它只能使膜元件受污染的程度有所降低，要完全消除膜的污染是不可能的。因此，反滲透膜系統(tǒng)運行一段時間后，將可能受到多種污染物的污染，尤其是使用在污水深度處理裝置的反滲透膜系統(tǒng)，污染更是經(jīng)常發(fā)生一般情況下，經(jīng)過標準化后的產(chǎn)水量下降15%左右，進水和濃水之間的系統(tǒng)壓降升高到初始值的1.5倍，產(chǎn)水水質有明顯下降，就需要對膜元件進行化學清洗。
化學清洗時，首先要判斷污染物種類，然后根據(jù)膜的特性選擇合適的清洗配方和清洗工藝。清洗時要注意控制清洗液的pH值、溫度和清洗液的流量。為了保證沖洗效果，具備條件的可以采用分段清洗的方法進行化學清洗。目前國內及國際已經(jīng)有專業(yè)化生產(chǎn)的膜專用清洗藥劑供選擇使用。清洗效果可以通過比較清洗前后的裝置的脫鹽率、產(chǎn)水量和壓降等性能來確認。
6、對膜元件進行離線化學清洗
當膜系統(tǒng)經(jīng)過多次在線化學清洗后無法恢復性能，或者膜系統(tǒng)受到重度污染后，則需要對膜元件進行離線化學清洗。膜元件的重度污染是指污染后的單段壓差大于系統(tǒng)投運初期單段壓差值的2倍以上、反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水量下降30%以上或者單支反滲透膜元件質量超過正常數(shù)值3kg以上的情況。
根據(jù)用戶原水全分析報告、性能測試結果及所了解的系統(tǒng)信息判斷污染類型及清洗流程；必要時再通過特殊的設備、器具作進一步的驗證，以確定具體污染物類型，確定所需清洗配方。將拆下了待清洗膜元件在專用離線清洗設備上進行清洗，清洗后經(jīng)過檢測合格后回裝投用。
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