反渗透膜的污堵原因及解决方法

     如何进行水处理 ？

    为您介绍一项水处理专业知识——反渗透膜污堵原因及解决方案。

        反渗透膜的污堵是一种复杂的现象，它涉及几个相互关联、但影响不同的因素。有预处理系统的反渗透系统，定期清洗能很大程度地恢复膜的产水量。如果预处理系统不合理，清洗对恢复反渗透组件性能效果不明显，清洗次数也会增加，但频繁的清洗并不能代替合理的反渗透系统预处理。

        反渗透膜的污堵可以从反渗透组件的盐透过量、两段压降、产水量等主要参数的变化及这些参数的综合变化看出。反渗透系统稳定的运行情况下，盐透过量和膜压降基本上不随时间变化，常可鉴别反渗透膜污堵的形成原因。

        反渗透系统能够长期成功运行取决于三个因素：预处理、系统设计和运行及维护。

        这三个因素都很重要，合理选择预处理系统是反渗透设备合理设计和安全运行的基础；如果没有预处理，任何类型进入反渗透的进水都会对反渗透设备产生不利影响，预处理的目的是去除或减少反渗透进水中的污堵颗粒。

        这些污堵物质有些是对反渗透组件内部产生影响的物质，有些是形成在膜表面上的化学沉积物。污堵物对反渗透产生的影响不同，处理方法也不同。有关反渗透系统预处理的相关问题，适用于至少95%的反渗透膜的污染问题。另外还有一些其他类型的污染，比如由H2S氧化形成的沉积，由有机化合物引起的沉淀。

        在反渗透脱盐系统中，膜的选择透过性，使水分子不断从高压侧透过膜，而溶质分子仍残留于原溶液中，导致膜表面上的料液和进口料液之间产生一个浓度差，严重时会产生很高的浓度梯度，这种现象称为浓差级化。浓差级化使料液渗透压加大，有效推动力减小，造成透水速度和脱盐率下降。

        CaCO 3 、CaSO 4 、BaSO 4 、SrSO 4 、CaF 2 及SiO 2 等溶度积较小的盐类，在反渗透过程中可能会因浓缩超过其溶度积而析出，产生沉积物停留在膜表面上或在进水通道内形成水垢。

        属于苦咸水范围的某些井水水源一般含有低价铁离子和锰离子，具有一定还原性，此类水源造成膜污堵的主要原因就是铁、铝、锰等在膜表面产生胶体颗粒污堵。当O 2 进入含Fe 2 +的进水中，高碱度水源形成碳酸铁、硅酸铁，还原菌在掺和进来，铁垢形成越来越快，铁絮凝剂转化引起的胶体状铁。金属污染后的特征表现是产水量下降，压差上升。

        来源于地表水和污水的水源，遇到的问题多半是生物污泥。当膜表面覆盖生命力旺盛的微生物污泥时，膜所除去的盐类将陷于黏层中，不易被水冲走，为微生物繁殖提供了丰富的营养物质，与此同时反渗透进水前预处理时加入的阻垢剂、软水剂等又能促进微生物生长。

        地下水及地表水均含有铁、铝、硅、有机质等物质，它们和预处理时加入的混凝剂、助凝剂 、阻垢剂等形成胶体沉积在膜表面造成胶体污染。胶体物污染难处理是由于带有同种电荷，比较稳定，不易沉降，但在RO膜过滤水时被截留在膜表面，形成水合物，易污染膜，导致水通量下降。一般这种趋向用污染指数（SDI）进行评价。通常当SDI＜3时，膜表面不产生此类污；当SDI＞3时，会发生污堵。

        对于反渗透系统，由于设计的不合理，在开始调试阶段，装填膜的膜壳内有大量的空气，当待处理液瞬间进入膜壳时，由于空气具有可压缩性，且瞬间不可能完全排尽；当空气在膜壳内达到一定压力时，会突然爆破释放，引起反渗透膜在膜壳内相互撞击、挤压以及窜动，产生“水锤”现象。在反渗透系统中，水锤的危害在于造成无法恢复的反渗透膜元件损伤。当然，这种现象也可以通过完善的设计而避免。

        保安过滤器会因“短路”或缺陷造成过滤介质、腐蚀碎片及异物（如小芯绒线）等的泄漏或反渗透初次投用冲洗不完全时，可能使膜元件受到污染，使进水通道堵塞以及膜面上形成非晶体沉淀。但这种情况较少遇到。

        碳氢化合物和硅酮基的油及脂类覆盖于膜表面，致使膜受到污染；膜的水解、有机溶剂及氧化性物质侵蚀等也会造成膜材料的本质改变。

        反渗透膜的结垢是由难溶盐类随着进水浓缩成浓水产生沉积而引起的。在反渗透工艺中，因进水中的盐类浓缩，就可能超过溶解度上限而产生沉淀。在苦咸水中，CaCO 3 需要处理。在海水和苦咸水中，通过计算肯定反渗透浓缩后不会超过溶解度上限的盐类是BaSO 4 、SrSO 4 、CaF 2 、SiO 2 。

        如果难溶盐超过溶解度上限，就需要采取以下一种或几种方法进行处理：

        降低脱盐率；

        用离子交换软化去除Ca2+；

        用加酸除去碳酸根和重碳酸根；

        加反渗透阻垢剂。

        对于每一套膜装置，用户都希望它有效的发挥作用，希望有高的脱盐率，大的透水量和尽可能长的寿命。要达到上述三点，供水水质是至关重要的，因此进入膜装置的原水须有良好的预处理。合理的预处理对反渗透装置长期安全运行是十分重要的。有了满足反渗透进水水质要求的预处理，就可以确保产水流量维持稳定、脱盐率维持在某一值上的时间长、产品水回收率可以不变、运行费用减少、膜使用寿命较长等。

        具体来说，反渗透预处理目的如下：

        （1）防止膜表面上污染，即防止悬浮杂质、微生物、胶体物质等附着在膜表面上或污堵膜元件水流通道。

        （2）防止膜表面上结垢。反渗透装置运行中，由于水的浓缩，有一些难溶盐沉积在膜表面上，因此要防止这些难溶盐的生成。

        （3）确保膜免受机械和化学损伤，以使膜有良好的性能和足够长的使用时间。

        尽管料液经过各种预处理措施，长期使用后膜表面还可能产生沉积和结垢，使膜孔堵塞，产水量下降，因此对污染膜进行定期的清洗是必要的。但反渗透膜系统不能等到污染很严重后才来清洗，这样将会增加清洗难度，也使清洗步骤增多和清洗时间延长。要正确地把握清洗时机，及时清除污垢。

        了解当地水质特征，对污染物进行化学分析，通过结果分析，来选择科学的清洗剂和清洗方法，为特定的给水条件下找出理想方法提供依据。

        A、产品水量比正常时下降5%-10%。

        B、为保正产品水量，修正温度后的供水压力增加10%-15%。

        C、透过水质电导率（含盐量增加）增加5%-10%。

        D、多段RO系统，通过不同段的压降明显增加。

        先进行系统反冲；

        再进行负压清洗；

        有必要的情况下进行机械清洗；

        再进行化学清洗；

        有条件的可以超声清洗；

        在线电场清洗是一种很好的方法，便价格昂贵；

        由于化学清洗效果比较好，其余方法有些不容易实现，而各供应商提供的药剂虽名称及使用方法不尽相同，但其原理大致相同。

        A、配置清洗液；

        B、低流量输入清洗液；

        C、循环；

        D、浸泡；

        E、高流量水泵循环；

        F、冲洗；

        G、重启系统。

        针对特殊污染物清洗：

        清洗硫酸盐垢、清洗碳酸盐垢、清洗铁锰污染、清洗有机物污染等。

      新反渗透膜元件通常浸润1% NaHSO 3 和18%的甘油水溶液后贮存在密封的塑料袋中。在塑料袋不破的情况下，贮存1年左右，不会影响其寿命和性能。当塑料袋开口后，应尽快使用，以免因NaHSO3在空气中氧化，对元件产生不良影响。因此膜应尽量在使用前开封。

        在非生产期内，反渗透系统的保养是一个比较重要的问题，可按以下方法进行。

        停运前先对系统进行低压（0.2-0.4MPa），大流量（约等于系统的产水量）冲洗，时间为14~16分钟。保持平常的自然水流，让水流入浓水道。

        停运前，先对系统进行低压（0.2-0.4MPa），大流量（约等于系统的产水量）冲洗，时间为14~16分钟。按照反渗透系统操作说明书中有关系统化学清洗的方法进行化学清洗。化学清洗完毕后，冲洗干净反渗透膜。配制0.5%的福尔马林溶液，低压输入系统内，循环10分钟。关闭所有系统的阀门，进行封存。

        如系统停运10天以上，则每10天须更换一次福尔马林溶液。

        停运前，先对系统进行低压（0.2-0.4MPa），大流量（约等于系统的产水量）冲洗，时间为14~16分钟。在有条件的地方，可将环境温度升高到5℃以上，然后按照1的方法，进行系统保养。若无条件对环境温度进行升高，则使用低压（0.1MPa）、流量为系统产水量的1/3的水进行长流，以防止反渗透膜被冻坏，并且保证每天使系统运行2小时，对反渗透膜进行清洗后将反渗透膜取出，移至环境温度大于5℃的地方，浸泡在配制好的0.5%的福尔马林溶液中，每两天翻转一次，系统管道中的水应排放干净，以防止因结冰而造成系统的损坏。

        系统在启停时有残余气体存留，使系统在高压状态下运行。系统中过滤器前后的压力表用于监视滤芯的压降，初级及终级压力表则用于监视RO膜组件压降。调节进水阀及浓水阀以保证运行压力及回收率。若运行中产水流量或总流量下降，或初级与中级有压差比运行初期的压差增加较大时（以初始运行新反渗透膜组件数据为标准），则需对系统进行冲洗或清洗，以保证膜组件的性能良好。

        （1）设备排空后，重新运行时，应在系统的压力下将余下的空气排尽后，再逐步升压运行。

        （2）在预处理设备与高压泵之间的接头密封不好或漏水时，在密封不好的地方由于真空会吸进部分空气。应清洗或更换微米过滤器，保证管路不漏。

        （3）检测各运行泵的运转是否正常，流量是否与规定的值相同，并与泵运行曲线比较，以确定运行压力。

       （1）关机时快速降压没有进行冲洗。由于膜浓水侧的无机盐的浓度高于原水，易结垢而污染膜。准备关机时，逐步降压至3bar左右用预处理好的水冲洗14～16分钟。

       （2）在准备关机时，投加化学试剂会使药剂滞留在膜及膜壳中，引起膜污染，影响膜的使用寿命，应停止投加。