RO膜的生物污染及清洗

林義生

（銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽銅陵244000）

RO膜的生物污染及清洗

林義生

（銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽銅陵244000）

對RO系統(tǒng)產(chǎn)生生物污染的機(jī)理及其危害進(jìn)行了綜述；以此為理論基礎(chǔ)，研究了在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上添加特定的化學(xué)藥劑，從而加強(qiáng)清洗的效果。某電子廠反滲透膜的清洗結(jié)果表明，在添加了特定的化學(xué)藥劑后，對膜表面致密污垢層有更好的剝離效果。

反滲透；生物污染；化學(xué)清洗

目前反滲透系統(tǒng)由于其使用方便、占地面積小、產(chǎn)水質(zhì)量好、運行費用降低等因素，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水處理的各個方面，如電子、食品、冶金、海水淡化、中水回用等。而污垢是影響反滲透系統(tǒng)正常運行的最重要的原因之一。

污垢主要有兩方面，一是生物黏泥污染，二是硬度離子隨著濃水的濃縮而析出結(jié)垢。隨著阻垢劑技術(shù)的不斷發(fā)展，在反滲透膜故障中，結(jié)垢問題的比例在不斷下降；而生物污染問題卻沒有得到應(yīng)有的重視，特別是在一些200t/h以下的小系統(tǒng)中更為突出，由其引起的膜故障的比例在上升。Steven Coker等經(jīng)過四年實驗研究得出結(jié)論：生物黏泥污染是威脅反滲透系統(tǒng)正常運行的最大障礙。相關(guān)資料表明，膜表面的污染物上層疏松而下層密實，傳統(tǒng)的沖洗和化學(xué)清洗工藝可以把疏松的上層污染物去除，但對密實的下層去除效果不理想。在多次清洗后，會在膜表面形成難清洗的多層次的污垢，又會造成反滲透系統(tǒng)的運行壓力增加，進(jìn)一步把污垢壓地更加致密，更加難以清洗，使系統(tǒng)的運行壓力升高，產(chǎn)水量下降，并且這種故障是難以恢復(fù)的。因此，每次徹底的清洗就變的尤為重要。

圖-1

1.生物污染機(jī)理及其危害

1.1 營養(yǎng)源

由于原水的復(fù)雜化，反滲透進(jìn)水一般都會經(jīng)過各種物理和化學(xué)的方法進(jìn)行預(yù)處理，達(dá)到一個比較干凈的程度。但其中仍含有少量的懸浮物、膠體、可溶性有機(jī)物、金屬氧化物等，這些物質(zhì)中含有一定量的有機(jī)物、氨氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，從而滋生了細(xì)菌和藻類，造成反滲透系統(tǒng)的生物污染。

1.2 污染過程

給水提供了營養(yǎng)源，就給細(xì)菌和藻類等大量滋生提供了條件，特別是會在膜表面形成菌群危害最大。菌藻類的大量滋生和死亡，再加上混合部分給水中的懸浮物和膠體，就形成了危害極大的生物黏泥。生物污染故障一般會發(fā)生在反滲透系統(tǒng)一段或一級的前面，但如果給水水質(zhì)很差的話，全系統(tǒng)都可以發(fā)生。

1.3 生物污染的危害

反滲透系統(tǒng)發(fā)生生物污染故障，會引發(fā)一系列的后果，影響系統(tǒng)的正常運行。

1.3.1 壓差升高

發(fā)生故障后膜表面變的粗糙，膜與膜之間的空隙變小，造成系統(tǒng)的壓差不段上升，如圖-1：

反滲透膜濃水隔網(wǎng)反滲透膜壓差升高，首先就會增加高壓泵出口壓力，使能耗增加；如果壓差過高，還有可能使膜間發(fā)生移位，損壞膜元件；極端的情況是膜殼或者系統(tǒng)管道爆裂，發(fā)生安全事故。

1.3.2 脫鹽率下降

當(dāng)膜表面有黏泥存在時，會進(jìn)一步加強(qiáng)濃差極化現(xiàn)象，在膜的脫鹽率不變的情況下使產(chǎn)水的含鹽量上升，表現(xiàn)出系統(tǒng)的脫鹽率下降，其原理如圖-2：

圖-2

反滲透系統(tǒng)在設(shè)計時會計算硬度成分的飽和濃度，保證系統(tǒng)在使用或不使用阻垢劑的情況下不會飽和析出。但由于生物污染加強(qiáng)了濃差極化現(xiàn)象，系統(tǒng)個別位置的濃度大幅度上升，就有可能超出硬度成分的飽和濃度而大量析出，引起無機(jī)水垢故障。系統(tǒng)結(jié)垢又進(jìn)一步加強(qiáng)濃差極化現(xiàn)象，如此形成一個惡性循環(huán)，使系統(tǒng)在很短的時間內(nèi)就無法正常運行。

2.某電子廠生物污染清洗

2.1 工藝流程及參數(shù)

安徽省銅陵市某電子廠年產(chǎn)一萬噸高檔電子銅箔，其反滲透工藝用于含鉻廢水的零排放回收處理，如果添加商業(yè)化的殺菌劑，就會影響到裝置的正常運行。在反滲透系統(tǒng)發(fā)生了生物污染故障后，處理水量不斷減少，已經(jīng)影響到正常生產(chǎn)，工藝見圖3。

圖-3

分析污染生物的營養(yǎng)源，發(fā)現(xiàn)主要來自兩個方面：一是原水池有其他污水進(jìn)入，污水中含有COD及氨氮等營養(yǎng)源；二是原水池和沉淀池沒有密封，雨水和飛塵進(jìn)入水體，也給生物污染提供了營養(yǎng)源。反滲透系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)見表-1。

表-1

反滲透系統(tǒng)處理水量下降，如果不進(jìn)行清洗，將影響到生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)，系統(tǒng)參數(shù)見表-2。污染主要發(fā)生在一段。

表-2

2.2 污染物確認(rèn)及清洗工藝

2.2.1 污染物確認(rèn)

為了確保清洗效果，必須在清洗前對造成故障的成分進(jìn)行精確分析，然后根據(jù)分析結(jié)果制定對應(yīng)的清洗方案。我們切開換下的RO膜進(jìn)行垢樣分析，分析數(shù)據(jù)見表-3?？梢耘袛?，系統(tǒng)主要故障是有機(jī)黏泥混和部分不溶性顆粒和鐵氧化物。

表-3

2.2.2 清洗工藝確認(rèn)

污垢的主要成分是有機(jī)物黏泥和金屬氧化物，因此需要對系統(tǒng)進(jìn)行酸洗和堿洗。酸洗和堿洗的先后順序不同，最后的清洗效果也不相同。取換下的RO膜進(jìn)行單支膜清洗實驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確認(rèn)清洗步驟。實驗數(shù)據(jù)見表-4和表-5。根據(jù)實驗結(jié)果，判斷先堿洗后酸洗的效果更好。酸洗時添加2%濃度商業(yè)酸洗劑M-2130，堿洗時添加2%濃度商業(yè)堿洗劑K-1100.

表-4

表-5

2.2.3 改進(jìn)工藝與傳統(tǒng)工藝比較

采用先堿洗后酸洗的清洗步驟，使用傳統(tǒng)清洗工藝進(jìn)行單支膜清洗，使用片堿進(jìn)行堿洗，使用2%檸檬酸進(jìn)行酸洗。數(shù)據(jù)見表-6。分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，效果比改進(jìn)工藝有差距，特別是酸洗效果非常差。原因在于清洗的膜中含有鐵類氧化物，清洗過程中生成的檸檬酸鐵溶解度非常小，沉積在膜表面后比鐵氧化物更難去除。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，檸檬酸不可以清洗含鐵類氧化物故障的系統(tǒng)，草酸不可以清洗鈣結(jié)垢嚴(yán)重的系統(tǒng)。在選擇正確的清洗用酸的情況下，系統(tǒng)的恢復(fù)程度遠(yuǎn)低于使用商業(yè)藥劑。

表-6

2.2.4 清洗效果及監(jiān)測

確認(rèn)了清洗步驟后，對全系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗，系統(tǒng)恢復(fù)的很理想，數(shù)據(jù)見表-7。對清洗前后的系統(tǒng)產(chǎn)水量進(jìn)行記錄，詳細(xì)見圖-4。我們發(fā)現(xiàn)，在清洗的比較徹底的情況下，可以非常有效的延長系統(tǒng)的清洗周期。膜的污染造成的系統(tǒng)性能下降是個逐漸加速的過程，前期比較緩慢，后期會急劇上升。新膜表面比較光滑干凈，污染物黏附的很慢，這個過程比較長。污染物黏附到一定程度，起到一個生長基的作用，就會大量吸附污染物，也促進(jìn)微生物的滋生，污染的速度就會急速提升。如果清洗不徹底，膜表面殘留了部分污染物，等于縮短了早期的污染物黏附周期。數(shù)據(jù)研究表明，清洗比較徹底的情況下，可以有效延長清洗周期。

表-7

圖-4

3．結(jié)語

(1)反滲透RO膜徹底清洗可以降低污垢黏附速度，從而延長清洗周期；

(2)使用商業(yè)清洗劑比傳統(tǒng)清洗工藝有更好的效果，系統(tǒng)的恢復(fù)更理想；

(3)清洗比較徹底的情況下，可以去除膜表面致密層，從而延長RO膜的使用壽命。

（責(zé)任編輯：劉忠義）

TQ 028.8

A

1671-752X（2013）03-0065-03

2013-07-17

林義生（1974-），男，安徽樅陽人，銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站環(huán)境工程類工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測，環(huán)境科學(xué)研究。