影響反滲透制備脫離子水的運(yùn)行因素

陳 華，趙世偉，夏 鑫，呂 冰

（沈陽(yáng)化工股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110026）

沈陽(yáng)化工股份有限公司聚氯乙烯分廠是亞洲最大的微懸浮法生產(chǎn)糊樹(shù)脂廠家，在生產(chǎn)糊樹(shù)脂的原料中必不可少脫離子水，每年需要生產(chǎn)脫離子水平均達(dá)到18萬(wàn)t，而且，對(duì)脫離子水有很高要求。該公司自2006年使用反滲透裝置制備脫離子水至今，生產(chǎn)狀況平穩(wěn)，合格率98%，現(xiàn)將在生產(chǎn)過(guò)程中影響反滲透制備脫離子水穩(wěn)定運(yùn)行因素歸納總結(jié)。

1 工藝概況

該廠反滲透制備脫離子水生產(chǎn)裝置工藝流程框圖見(jiàn)圖1。

2 影響反滲透制備脫離子水的運(yùn)行因素

2.1 pH值

該公司使用的反滲透膜為美國(guó)陶氏聚酰胺復(fù)合膜，可在pH值為2～11之間穩(wěn)定運(yùn)行，抗生物侵蝕能力強(qiáng)，芳香族聚酰胺復(fù)合膜不易水解，在反滲透系統(tǒng)中加阻垢劑來(lái)阻止CaCO3的結(jié)垢。但復(fù)合膜易受Cl2等氧化劑侵蝕。由于這種膜帶負(fù)電，陽(yáng)離子型分散劑有時(shí)會(huì)引起膜元件不可逆轉(zhuǎn)的流量損失，該公司選用陰離子型高效分散劑作為阻垢劑。

pH值與產(chǎn)水通量的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2顯示，在恒定工作壓力、恒定溫度下，pH值對(duì)反滲透膜的水通量基本無(wú)影響。

2.2 溫度

聚酰胺復(fù)合膜對(duì)溫度有使用限制，運(yùn)行溫度應(yīng)≤45℃，適當(dāng)提高進(jìn)水溫度可以降低水的黏度，提高膜的水通量。在冬季時(shí)，對(duì)給水進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜崾潜匾?。在溫度高?0℃下運(yùn)行，溫度升高1℃，水通量約增加30%。但當(dāng)水溫較高時(shí)，會(huì)增加微生物在系統(tǒng)內(nèi)的活性，滯留在系統(tǒng)內(nèi)繁殖較快，給水溫度較高時(shí)，會(huì)加大碳酸鹽和硫酸鹽的結(jié)垢，加快對(duì)膜的污染速度。

運(yùn)行溫度與產(chǎn)水通量的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3顯示，膜對(duì)進(jìn)水溫度的變化非常敏感，在進(jìn)水水溫恒定、工作壓力恒定的情況下，隨著水溫的提高，水通量幾乎線性增大，這主要因?yàn)榇┻^(guò)膜的水分子的擴(kuò)散能力加大。

溫度對(duì)脫鹽率的影響見(jiàn)圖4。

圖4顯示，增加水溫會(huì)導(dǎo)致脫鹽率的緩慢降低或透鹽率的增加，這主要是因?yàn)辂}分透過(guò)膜的擴(kuò)散速率會(huì)因溫度的提高而加快。

2.3 運(yùn)行壓力

運(yùn)行壓力由溶液滲透壓，凈推動(dòng)力和管路等壓降組成。滲透壓與原水中的含鹽量、水溫成正比，與膜性能無(wú)關(guān)，凈推動(dòng)力是為了膜元件產(chǎn)生足夠量的產(chǎn)品水而需要的壓力。滲透膜的水通量的增加與進(jìn)水壓力成正比。但脫鹽率并不隨運(yùn)行壓力的增大而增加。

運(yùn)行壓力對(duì)產(chǎn)水通量的影響見(jiàn)圖5。

圖5顯示，透過(guò)膜的水通量增加與進(jìn)水壓力的增加有直線關(guān)系。

由于反滲透膜對(duì)水中的溶解性鹽類(lèi)不可能絕對(duì)截留，總有一定量會(huì)透過(guò)，因?yàn)槟ね杆畟鬟f鹽分的速率快，這種透鹽率的增加得到迅速克服，但是通過(guò)增加進(jìn)水壓力提高鹽分的排出有上限限制，超過(guò)一定壓力值，脫鹽率不再增加，某些鹽分還會(huì)與水耦合，一同透過(guò)膜。

2.4 濃差極化

在反滲透裝置運(yùn)行中，膜表面濃縮水和給水之間往往會(huì)產(chǎn)生濃度差，嚴(yán)重時(shí)，形成很高的濃度梯度，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。濃差極化將引起滲透壓增加，使水通量減少，透鹽量增加，加大膜表面上難溶鹽的形成幾率。因此，有必要維持適當(dāng)?shù)慕o水流速，防止發(fā)生濃差極化。

2.5 膜的污堵

膜的污堵包括膜表面結(jié)垢，金屬氧化物的污染，膠體污染和微生物污染等。膜的污堵將導(dǎo)致水通量下降，壓降和透鹽率提高。

2.5.1 膜表面結(jié)垢

膜表面結(jié)垢是由于給水中一些難溶鹽的沉淀引起的。給水中的鹽在反滲透工藝中得到濃縮。水的回收率為50%時(shí)，鹽的濃縮增加2倍；水的回收率為75%時(shí)，鹽的濃縮是4倍。這引起一些鹽的離子濃度積超過(guò)溶度積而沉淀。濃差極化和膜組件排列的不均勻分布在一些地方會(huì)產(chǎn)生更大的濃度。濃水流量必須維持難溶鹽不析出狀態(tài)，并保持合適的水回收率。

2.5.2 金屬氧化物污染

給水中的鐵、錳可能沉淀在膜表面上，鐵和錳的氧化反應(yīng)如下：

由于鐵的氧化在很小的pH值就能發(fā)生，出現(xiàn)鐵污染的情況要比錳污染的情況多。既使SDI值小于5，進(jìn)水鐵含量低于0.1 mg/L，仍會(huì)產(chǎn)生鐵污染問(wèn)題。處理這些問(wèn)題的方法是，防止在整個(gè)制水過(guò)程中與空氣和任何氧化劑如氯的接觸，低pH值有利于延緩Fe2+的氧化，當(dāng)pH值＜6，氧含量＜0.5 mg/L時(shí)，鐵的氧化程度最慢。

2.5.3 污堵

由于機(jī)械過(guò)濾器中雜質(zhì)顆粒較大，造成雜質(zhì)不能通過(guò)膜元件的濃水通道，而保留在膜表面上，通過(guò)在裝置前加裝5μm保安過(guò)濾器或更換濾芯得以解決。

2.5.4 膠體污染

在反滲透制水中膠體微粒隨水的流動(dòng)方向有一定的附著力，這個(gè)附著力將膠體拉到膜面而吸附其上，成為污堵物，無(wú)論采用地表水還是地下水，都有膠體存在，只是狀態(tài)和量不同。膠體污染是反滲透最普遍的污染。為此，不僅采用了陰離子表面活性劑，而且定期進(jìn)行低壓沖洗。

2.5.5 微生物污染

在反滲透運(yùn)行中，普遍存在微生物污染，微生物污染是由于微生物、細(xì)菌在膜上繁殖引起的，一旦膜面發(fā)生微生物污染要徹底清洗很困難，該公司采取了重復(fù)清系，逐層剝離的方式，并適當(dāng)提高清洗液的溫度和濃度。

上述因素在反滲透制備脫離制水的運(yùn)行時(shí)相互應(yīng)影響，要出現(xiàn)一種情況就會(huì)影響系統(tǒng)的水通量及脫鹽率。

總之，反滲透系統(tǒng)是一個(gè)相互聯(lián)系的整體，前一個(gè)處理工藝效果可能影響下一個(gè)處理工藝甚至整個(gè)處理工藝的最終水質(zhì)。整個(gè)處理系統(tǒng)可根據(jù)水處理流程中所承擔(dān)的功能進(jìn)行分組，明確每個(gè)單元處理工藝的水質(zhì)目標(biāo)，從而使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最終水質(zhì)要求。