反渗透膜元件系统故障的诊断和排除（二）

四、膜元件的分析

确认好系统的运行条件和运行记录后，为了使分析更明确，需要对膜元件进行分析。掌握性能下降的现象，把握污染物究竟是何种物质，抓住性能下降的原因寻找对策、确立清洗方法。包含分析的膜元件的确认方法请参照表2。

按照表2列出的测试项目中的分析方法，通过组合分析，可得出较为综合的判断结果，其中又以用膜元件的性能检查、附着物的外观、SEM-XMA / FT-IR的组合分析，可以做出比较准确的判断为多。

需要分析时，将膜元件从设备上取下，须对膜元件的安装位置和压力容器中的膜元件的特定位置进行记录并在返回的样品上标注（希望用户在取下膜元件的同时记录它们的位置）。

对原水的检测要把会对膜性能产生影响的物质尽量分析出来，关于SS或者微粒子、结垢物质（钙、硅、重碳酸盐和硫酸根离子等）包括氧化剂等等项目请事先和设备厂商或者膜元件厂商商量以后决定。

 表2污染物质确认方法

1、外观和重量

可以通过对外观的观察，确认膜元件是否有物理破损或者存在有机物附着。测量重量就可以对污染物的量做出大致判断。但仅仅通过一个重量指标是无法得出结论的。

2、膜元件性能检查

膜元件性能的复查只能在膜元件解体前实施。即使在已经确认有污染成分时，也应该先测试膜元件的性能，然后再解剖膜元件分析污染物的组成，但是复测性能时可能导致污染物发生变化影响分析结果。因此我们希望能确保有两支样品，一支用于性能检查，另一支直接解体。

膜元件的性能测试中包含以下检测项目：

（1）真空保持检查和水密检测，可以确定平膜的破损和破损位置；

（2）用标准测试条件复测膜元件，对比脱盐率、产水量、压差的变化，可以判断膜破损、膜性能劣化、污染、流路堵塞和连接件是否接触不良。

（3）以上的性能检测数据和出厂数据进行对比以确认性能变化状况。在压差的测定中使用压差检测计，测试中要达到0.001 MPa的精度。

3、染色试验

想确定膜的性能是否发生劣化或者想发现膜元件出现破损的位置时，可以进行染色测试。若要同时进行污染物分析的话，建议用另外样品进行，以免染色试验影响污染物分析的准确性。

通常使用染料Direct Blue（分子量约1 000 Daltons）或者 Ultra Violet（分子量约300 Daltons）在膜元件的标准测试条件下加压约10分钟。染色后，对膜元件进行解体就可以确定膜的破损和膜元件密封泄漏等缺陷的位置。

4、膜元件的解体

一般按以下步骤进行：

（1）拍摄膜元件的外观照片（全体和两个端面的特写）；

（2）取下两端的端板，清晰的注明原水流动的方向；

（3）把外层的玻璃钢取下；

（4）把膜组件打开，调查每片膜叶，对膜叶的全体或者必要的部分进行拍照。为了让看照片时就能明白膜叶上何处为原水侧、何处为浓缩侧，请事先标注或作上记号；

（5）有大量的附着物时，需要采集附着物样本。为了分析膜表面的状况并满足FT-IR的分析条件，至少需取40 × 20毫米的平膜样本。

5、FT-IR分析

依据FT-IR分析所提供的信息，可以对以下问题作出判断：

（1）由于化学变化而造成的膜性能劣化情况。根据与新膜之间的差别，若有膜的官能团减少的话，可以判明存在化学反应的影响，但是当有较多的污染物附着在膜表面时则无法进行判定。

（2）膜片上附着物的鉴别。根据和新膜的差谱分析，测定附着物的吸收曲线可以推测出主成分。与标准物质的吸收光谱作比较可以得出污染物大致所含的组分。若附着物可以采集的话，建议直接用FT-IR对这些附着物进行测试，也可以判断出附着物的成分。

（3）可以就附着物的成分进行判断是污染物（金属氧化物、微生物污染和絮凝剂）或结垢物质（碳酸钙、硅和硫酸钡等）。

（4）吸附层一般很薄，由于FT-IR的分析深度是100微米，因此对很薄的吸附层显得精度不足。此时可以用大量的超纯水对这些吸附物进行抽取，然后降压浓缩后再用FT-IR测试。关于吸附物质的判定请咨询仪器分析专家。

（5）仅用FT-IR是无法单独判别详细的成分构成的，要结合XMA等其它测试才能对附着物进行更详细的判断。

6、SEM和XMA射线分析

通过SEM和XMA分析，可以得到以下信息：

（1）用SEM可以观察膜片表面外观，判断膜表面的破损状况，推测附着物的大小和类型。判断附着物是属于结晶性或非结晶性物质。还可以观察膜表面的污染程度。但SEM只能对非常窄小的部分进行观察，因此需要选取多个样品才可以做出判断。

（2）用XMA可以对污染物的无机元素进行推断。附着的元素和用FT-IR所得的化合物吸收对应组合，可以推断附着物。例如通过XMA，看出有Si、Fe的附着，SEM发现藻类物质，用 FT-IR发现有Si、Fe和藻类的吸收光谱，参考标准的频谱，可以判定有Si、Fe和藻类污染的存在。参看图5和6。

图5 FT-IR分析示意图

图6 SEM和XMA射线分析结果示意图 

7、化学清洗测试

为了对污染物质进行推断并判断膜劣化的程度，需要进行化学清洗测试。从化学清洗的效果可以反推出污垢的种类。为了选择恰当的化学药品，可以解体膜元件，取平膜样品进行化学清洗测试。膜解体后的平膜样品可以做成Φ75毫米的样品，用化学试剂在常温下浸泡8小时，再和空白样品（纯水浸泡的膜片）一起进行平膜性能测试来判断化学清洗的效果，确定有效的化学试剂，从而大致推断污染物的种类，进而可以指导被污染膜元件的清洗工作。