反滲透膜的污染和清洗方法的論述

張燕

摘 要：在反滲透技術(shù)應(yīng)用中，反滲透膜污染是其常見(jiàn)的問(wèn)題，該污染會(huì)造成系統(tǒng)產(chǎn)水量下降，或者段間壓差上升，如果達(dá)到一定的污染程度，則需要對(duì)其進(jìn)行清洗和維護(hù)，恢復(fù)反滲透膜的主要功能。下面本文結(jié)合反滲透污染的相關(guān)類(lèi)型分析，提出有效的清洗措施，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：反滲透;污染;清洗措施

前 言

反滲透膜污染主要是指膜在接觸料液中的微粒和膠體粒子或者溶質(zhì)大分子所發(fā)生的物理變化與化學(xué)變化，或者產(chǎn)生的差極化，導(dǎo)致溶質(zhì)在膜的表面濃度超標(biāo)，結(jié)合一定的機(jī)械作用所引起，最終導(dǎo)致膜的通量和分離率降低，壓降升高。目前在反滲透膜污染中主要包含三種形式，分別為有機(jī)污染、無(wú)機(jī)污染和生物污染。結(jié)合不同的污染類(lèi)型可采取針對(duì)性的處理措施，以此來(lái)將反滲透膜污染問(wèn)題加以控制，而污染達(dá)到一定程度則需要利用清洗措施來(lái)去除膜表面的污染物，最后實(shí)現(xiàn)膜性能的恢復(fù)。

1、反滲透膜污染的類(lèi)型分析

一般在膜污染中，都可以結(jié)合有效的預(yù)處理處理膜表面的附著物，促使污染得到緩解，一般常見(jiàn)的污染物包含微生物、有機(jī)物、膠體和金屬氧化物等形式，具體如下所示。

（1）微生物污染：一般微生物都具有較強(qiáng)的生存能力，其也是在膜分離過(guò)程中常見(jiàn)的危險(xiǎn)因素之一。其中雖然只有極少數(shù)的微生物可以通過(guò)超濾膜，但是一定環(huán)境合適，其會(huì)在反滲透膜系統(tǒng)中大量繁殖，在膜的表面形成生物膜，造成膜通透性下降[1]。

（2）有機(jī)物污染：在超濾膜過(guò)濾期間，其對(duì)于小分子的有機(jī)物所產(chǎn)生的截留效果較差，但是使用高級(jí)氧化或者活性炭去除價(jià)格較為高昂，所以有機(jī)物會(huì)進(jìn)入到反滲透系統(tǒng)中形成有機(jī)物污染。在此過(guò)程中，常見(jiàn)的額高分子絮凝劑主要為聚丙烯酰胺，對(duì)水中懸浮的固體顆粒結(jié)合吸附架橋作用使其成為大尺寸的絮凝體，以此來(lái)提升沉淀池內(nèi)部固液分離的效果。但是需要注意的是，如果加入量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致反滲透膜的再次污染。

（3）膠體污染：對(duì)于原水中的固體顆粒而言，可以結(jié)合超濾預(yù)處理進(jìn)行出處，以此來(lái)將進(jìn)入反滲透系統(tǒng)中水淤泥密度指數(shù)有效降低，但是還會(huì)有一些小顆粒的物質(zhì)進(jìn)入到反滲透系統(tǒng)中。另外一些鐵離子或者氯離子會(huì)通過(guò)超濾膜進(jìn)入到反滲透系統(tǒng)中，在反滲透系統(tǒng)分離期間形成膠體顆粒，阻塞膜系統(tǒng)。

（4）離子結(jié)晶污染：在反滲透系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)原水進(jìn)行不斷的濃縮，導(dǎo)致離子的濃度提升，這樣會(huì)使很多無(wú)機(jī)鹽到達(dá)飽和狀態(tài)后，形成晶體被離析數(shù)來(lái)，在反滲透膜的表面沉積，并且這些離子結(jié)晶的無(wú)機(jī)鹽在一般發(fā)生在系統(tǒng)的末段[2]。另外這些結(jié)垢的無(wú)機(jī)鹽一般都為微溶鹽或者難溶鹽，如氟化鈣或者硫酸鈣等。雖然在反滲透系統(tǒng)中可以結(jié)合系統(tǒng)的回收來(lái)使這些無(wú)機(jī)鹽處于離子狀態(tài)，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于操作或者水質(zhì)發(fā)生波動(dòng)等原因，會(huì)導(dǎo)致這些離子結(jié)晶體再次污染反滲透膜。對(duì)于這種固體顆粒物數(shù)量測(cè)量有兩種方法，第一種為質(zhì)量法，指的是將濾紙過(guò)濾前后的質(zhì)量變化稱(chēng)量，以此來(lái)得到固體顆粒物的質(zhì)量，在此方法中需保證濾紙?jiān)谑褂们昂蟊仨毟稍锊⑶液阒兀瑫r(shí)所測(cè)量的天平也需要高精度類(lèi)型。另外是測(cè)量水樣的SDI值，這也是反滲透膜給水評(píng)價(jià)不溶解物質(zhì)的質(zhì)量測(cè)量方法。

2、反滲透膜清洗措施分析

結(jié)合上述造成反滲透膜污染的主要原因分析，本文提出反滲透膜清洗的主要措施，包含物理清洗和化學(xué)清洗，具體如下所示。

2.1物理清洗方法。物理清洗包括正沖洗與逆向流正沖洗，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，逆向流正沖洗很少用到。

2.1.1正沖洗：這是一種常見(jiàn)的清洗方法，一般是結(jié)合大流量的清水，在膜的表面形成較大流速，在低壓環(huán)境下結(jié)合連續(xù)或者脈沖等模式來(lái)反復(fù)沖洗反滲透膜表面，這樣不僅可以有效緩解其濃差極化現(xiàn)象，同時(shí)也能夠?qū)⒛け砻孑^為疏松的污染物去除[3]。在正沖洗操作期間，由于其流程簡(jiǎn)單，并且對(duì)膜分離層沒(méi)有較大的損傷，對(duì)于膜的通量和分離性能有著較為良好的恢復(fù)作用，所以一般將正沖洗設(shè)置在反滲透系統(tǒng)中，在停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序中設(shè)置。但是需要注意的是在正沖洗中，膜表面的清水流量不能夠超過(guò)其最大的進(jìn)水流量，防止膜表面的聚酰胺皮層被高速水流沖落，影響反滲透膜的性能。

2.1.2逆向流正沖洗，其是將沖洗水從膜元件的濃水端流入，然后從進(jìn)水端流出，這樣可以有效的提升正沖洗的清洗效果。需要注意的是，雖然超濾膜可以將反滲透進(jìn)水的SDI進(jìn)行良好控制，但是依舊會(huì)存在一些小尺寸的污染物進(jìn)入到反滲透系統(tǒng)，并且在進(jìn)水格的周?chē)粩喽逊e，而這些堆積的污染物利用正沖洗很難去除，這時(shí)利用逆流正沖洗會(huì)達(dá)到意想不到的效果。所謂逆向流沖洗則是將沖洗清水從膜的產(chǎn)水端透過(guò)反滲透膜，將膜表面堆積的污染物沖離。并且這種沖洗方式更加柔和，壓力較小，可以有效防止分離皮層脫落。

結(jié)合這兩種物理清洗方式雖然可以恢復(fù)膜性能，但是恢復(fù)的效果有限，一般需要經(jīng)過(guò)化學(xué)清洗才能夠達(dá)到效果。

2.2化學(xué)清洗方法。

2.2.1清洗方式分析。在化學(xué)清洗方式中，主要包含兩種形式，分別為在線和離線清洗。其中在線清洗主要是結(jié)合反滲透系統(tǒng)中所配套的藥洗水箱和水泵以及所配套的管路來(lái)實(shí)現(xiàn)清洗，其循環(huán)清洗和浸泡膜殼中的膜元件。在此過(guò)程中，不需要拆卸膜元件，并且維護(hù)的工作量相對(duì)較小，在清洗結(jié)束之后可以快速的切回生產(chǎn)模式[4]。但是在在線清洗中，其對(duì)于不同形式或者不同位置的污染物難以正確區(qū)分，因此如果污染嚴(yán)重則需要結(jié)合離線清洗。該清洗方法主要是將膜元件拆下，將其放在專(zhuān)門(mén)的離線清洗設(shè)備中進(jìn)行清洗，清洗效果較好。并且離線清洗可以結(jié)合各個(gè)膜件污染程度不同來(lái)選擇不同的清洗方式，以此來(lái)減少無(wú)效清洗對(duì)膜元件造成損傷。

2.2.2清洗劑的使用。在化學(xué)清洗中，所采取的清洗劑主要包含酸性、堿性和生物酶三種形式。在酸洗清洗劑的使用中，主要包含有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸清洗，無(wú)機(jī)酸可以溶解碳酸鹽和金屬氧化物等，如硝酸和鹽酸。有機(jī)酸可以與無(wú)機(jī)鹽結(jié)垢形成有機(jī)金屬化合物，在形成之后脫離膜表面，進(jìn)入到本體的溶液中。如檸檬酸或者草酸等。其中檸檬酸被應(yīng)用較多，其部件可以與無(wú)機(jī)污染物發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，并且對(duì)膜造成的損害較小。

常見(jiàn)堿性清洗劑主要有NaOH、EDTA-4Na、三聚磷酸鈉、表面活性劑等，NaOH用來(lái)調(diào)節(jié)清洗液的pH值，一般會(huì)達(dá)到11-12，結(jié)合其他清洗劑在蛋白質(zhì)和一些油性污染物的清洗中有著明顯的效果。在具體應(yīng)用中，其中的NaOH可以與絡(luò)合劑或者表面活性劑形成一種復(fù)合型藥劑，能夠有效的清洗硫酸鹽污垢或者有機(jī)物和生物膜。

含酶清洗劑主要在于在清洗劑中的生物酶具有較強(qiáng)的催化能力，能夠?qū)⒁恍┐蠓肿佑袡C(jī)物分解為水溶性的小分子有機(jī)物，然后對(duì)其進(jìn)行去除，如蛋白質(zhì)或者多糖等，另外對(duì)生物膜也有著良好的清洗效果，并且對(duì)于膜的損害度也相對(duì)較低。但是在這些所有污垢中，硅垢是一種較難清洗的污垢，難以使用化學(xué)清洗劑去除，因此需要進(jìn)行預(yù)處理后降低SiO2的含量，再實(shí)施化學(xué)處理。

2.2.3清洗劑的選擇。在實(shí)際清洗過(guò)程中，由于膜污染的情況比較復(fù)雜，因此使用單一的清洗劑，并不能達(dá)到理想的清洗效果，結(jié)合本單位多個(gè)膜系統(tǒng)清洗經(jīng)驗(yàn)，確定了先堿洗后酸洗的清洗流程，首先通過(guò)堿洗將有機(jī)物，膠體，一些金屬氧化物去除，然后通過(guò)酸洗將碳酸鹽一類(lèi)的垢去除。通過(guò)多種清洗劑和清洗方式的有效結(jié)合，確保反滲透膜的清洗效果。

結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在反滲透膜運(yùn)行期間，膜污染是不可避免的問(wèn)題，隨著膜污染的加重，造成反滲透系統(tǒng)運(yùn)行工況變差;根據(jù)膜污染的類(lèi)型，選擇合適的清洗劑以及清洗流程，使反滲透系統(tǒng)恢復(fù)到原來(lái)運(yùn)行工況，從而保證反滲透膜的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 何燦，海玉琰，馬瑞，劉兆峰.反滲透膜污染及清洗技術(shù)應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2019，26（09）：93-95+84.