全膜法水处理技术分析（五）

如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍一种先进、实用的水处理技术——全膜法水处理技术。 

三、反渗透膜组件的几种形式 

1、板框式反渗透装置

有系紧螺栓式和耐压容器式反渗透器，系紧螺栓式由几块或几十块承压板组成。承压板两侧覆盖微孔支撑板和反渗透膜。将这些贴有膜的板多层间隔迭合，用长螺栓固定后，装入密封耐压容器中。高压盐水以湍流状态通过反渗透膜表面，淡化水由承压板中流出。

板框式反渗透器的优点为：装置牢固，能承受高压，占地面积不太大。其缺点是液流状态差，容易造成浓差极化，设备费用较大。

耐压容器式是将多层脱盐板堆积组装放入耐压容器中而成。

2、管式

管式反渗透器有内压式、外压式、单管式和管束式等几种。

在管式膜渗透过程：在压力下料液通过具有内壁膜的管子，穿过半透膜的产水从支撑管上的小孔流出，管内浓缩的盐水从管子的另一端流出。

3、螺旋卷式（简称卷式）

螺旋卷式反渗透膜的组成是在二层反渗透膜中间夹入一层多孔支撑材料，并密封膜的二面边缘（使盐水与透过膜的淡化水隔开），再在膜的下面铺上一层隔网，然后沿着钻有孔的中心管卷绕这一依次选好的多层材料（膜／多孔支撑材料／膜／进料液隔网），就形成一个卷式反渗透膜组件。

4、中空纤维式

美国杜邦公司和道斯化学公司提出用纯中空纤维素作为反渗透膜，制造出一种中空纤维式反渗透装置。

这种装置类似于一端封死的热交换器，其中含有外径50μm、内径25μm；装成一种圆柱形中空纤维管束，一端敞开，另一端用环氧树脂封死，放入一种圆筒形耐压容器中，或者将中空纤维弯曲成U形装入耐压容器中，由于这种中空纤维极细，通常可以装填几百万根。高压溶液从容器旁的打进去。经过中空纤维膜的外壁，从中空纤维管束的另一端把渗透液收集起来，浓缩后的料液从另一端连续排掉。

中空纤维式的优点是单位体积内的膜装载面积大，无须承压材料，装备紧凑。缺点是容易堵塞、清洗困难。因此对原液的预处理要求很严。

四、反渗透膜污染因素及其防止

1、反渗透膜的污染

导致膜性能降低的膜污染因素：

（1）膜本身发生化学变化，包括芳香聚酰胺膜的胺基受氯和其他氧化性因素的作用而破坏；醋酸纤维素膜的酯基受温度和pH值影响而水解；膜受强酸、强碱的溶解等。

（2）颗粒物的沉积（胶体污染）：由于进水中常含有大量的硅酸胶体，前端的过滤处理无法脱除，增加了溶质的传质阻力，且有形成硅酸盐垢的不利因素。

（3）无机物的沉积（结垢）：膜表面盐浓度升高（浓差极化现象），当成垢盐的浓度超过其饱和浓度时就会发生结垢，使得消耗的能量增大。

（4）微生物的粘附及生长（生物污染）：进水中含有微生物和膜的较大的表面积。

（5）有机分子的吸附（有机污染）：水中有机大分子如油和烃类对膜的污堵或小分子有机物对膜的吸附污染。

2、膜的悬浮物和胶体颗粒污染

（1）膜受悬浮物和胶体颗粒污染的表现：表现在产品水流量降低，有时也影响脱盐率，初期标志是反渗透系统的给水/浓水压差增大.

（2）给水中淤泥胶体的来源

细菌、黏土、大分子有机物、胶体硅、不溶解的金属铁的腐蚀产物；

给水预处理使用的混凝剂，如铝盐、铁盐或带正电荷的聚电解质在澄清和过滤中未能有效地除去的物质；

预处理所加入的带正电荷聚合物的凝聚剂与加入的带负电荷的阻垢剂产生的沉淀颗粒。

（3）污染因素的表征

水中胶体和悬浮颗粒的污染因素以淤泥密度指数SDI量度表征，对于卷式反渗透膜，进水要求小于5，中空纤维膜小于3。

SDI作为反渗透给水重要的指标，在反渗透运行中应每天测3次。

用直径为47mm，孔径为0.45微米的过滤膜，保持2.1MPa压力，开始记录过滤500mL水样所用时间t0，在同样压力下连续过滤15min，15min后再测量过滤500mL水样所用时间t15，

      则：     SDI＝（1－t0/t15）×100/15。

              测定方法详见ASTM   D189－82。

（4）去除天然水中悬浮颗粒及胶体的方法:

混凝澄清、直接凝聚过滤、介质过滤、滤芯过滤、氧化（除铁、锰）过滤的深度过滤。

近年来，微滤、超滤的膜分离方法引入了反渗透给水预处理领域，并可望成为代替常规处理方法的新技术。

3、膜的有机物污染

反渗透给水中有机物的允许值，就目前所掌握的信息认为有机物污染尚难于预测。

从SDI的测定可知，大于0.45微米的有机物大分子会引起污染威胁，可能包括腐殖质、腐殖质与黏土及金属离子相结合的复合物、具有胶体性质的有机物蛋白质、病毒、细菌、纤维素等多糖类化合物。不能被0.45微米膜阻留的有机物是否会对膜造成污染尚难以简单地确定，只能靠试验来检验。

（1）溶解性有机物的去除

原水中的有机物呈悬浮、胶体和溶解三种形态，悬浮、胶体形态的有机物可通过前述的方法除去或降低，这里仅指溶解性有机物。

有机物不仅是微生物的养料，而且当其浓缩到一定程度后，还可以溶解膜材料，使膜件能劣化；有机物的种类较多，有些低分子有机物如乙醇等可透过膜，因此对膜无影响；腐殖酸分子量大，不透过膜，对膜的污染也较少；而丹宁酸易吸附在膜上，是强污染物：

（2）除去溶解性有机物的方法有：

   A、用阳离子混凝剂除去负电性大分子有机物；

   B、投加氧化剂如Cl2、Cl02等氧化、分解有机物；

   C、采用活性炭吸附；

   D、用超滤除去一定分子量的有机物等。

4、膜的微生物污染

微生物主要是随着原水进入系统的。进入反渗透系统的微生物会在膜元件及管道内繁殖生长，形成生物粘泥，造成膜的生物污染，从而严重影响膜的性能。

（1）微生物污染的表现特征

   A、水通量逐渐下降，运行压差逐渐增加；

   B、对于CA膜，微生物（如细菌）的侵蚀会使醋酸纤维素高分子中的乙酰基破坏，引起膜脱盐率的下降；

   C、对于复合膜，虽然不会被细菌侵蚀，但细菌粘泥会造成膜元件的污堵。

   D、由于生物粘泥的附着力较大，具有保护微生物不受水流剪切力的作用。一旦发生生物污染就较难进行清洗。

   E、微生物黏膜也不怕化学消毒药物的影响，由于总是不能彻底清除因而加速黏膜的再生。

（2）生物黏膜的预测

水通量下降、脱盐率下降、进水/浓水压力差增加并非生物污染的防止指标。

A、测定原水入水口－预处理各环节－反渗透给水、浓水以及产品水细菌总数（TBC），观察细菌变化数值。当发现浓水中的TBC明显增加，说明反渗透膜尚可能有粘泥形成。

B、给水中的有机物含量除可造成膜的污染外，还可作为细菌生存的营养，故应对有机物（以总有机碳表示，TOC）的含量进行监测。2mg/LTOC大致相当于5mg/L的总有机生物量，TOC和TBC之间有一定的相应关系，可以间接地监视生物膜的发展。

C、定期检查反渗透前的滤芯过滤器及给水管、浓水管内部的清洁程度，当发现有黏状物或臭味即为产生生物粘泥的征兆。

D、为反渗透系统装上有代表性的模拟膜元件的监控系统。

（3）生物黏膜的控制

A、采取冲击式消毒或清洗，使反渗透膜上的生物污染物受到控制，维持在一个可以承受的水平。

B、如果膜的污染超过允许值时，膜的阻力上升，产水量下降，必须果断停止运行，进行清洗，如有延误，则清洗将更困难。实践证明，当产水量下降至原产水量的50％时，则清洗难以奏效。

C、反渗透膜的消毒杀菌方式

a、氯化

加氯、次氯酸钠或二氧化氯均可以，但应注意，对于聚酰胺膜给水必须脱氯，可采用活性炭吸附脱氯或加入亚硫酸钠或焦亚硫酸钠化学脱氯。

b、异噻唑啉酮杀菌

c、紫外线杀菌，常用于小型反渗透系统

d、臭氧消毒灭菌

2、膜的防垢技术措施

按照结垢的顺序有：碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅络合物、硫酸钡、硫酸锶、氟化钙。而铝、铁或锰的氢氧化物一般应在预处理时沉淀析出，因而不会在膜上结晶。

（1）钠离子软化

采用钠离子交换树脂软化，可有效除去钙离子、锶离子、钡离子，可有效防止碳酸盐垢和硫酸盐垢，这种处理方法不改变水的pH值，适于中小型苦咸水反渗透处理。

（2）弱酸性阳离子交换树脂脱碱

只能除去钙离子、锶离子、钡离子的碳酸氢盐（暂时硬度），因此只是部分软化，同时水的pH值降至4～5，适于含高碳酸盐的水。

应注意：此种方法处理后的水的pH值变化范围为3.5～6.5，pH值的变化使脱盐率难以控制，当pH小于4.2时，无机酸的透过量会增大，产品水TDS（总溶解固体物）变高。为避免产品水pH值过低，可在脱二氧化碳后加入氢氧化钠。

（3）石灰软化法

此法可除去钙、镁的碳酸盐硬度，但并不彻底，水中的非碳酸盐硬度可用碳酸钠进一步除去。

石灰－苏打处理也可降低二氧化硅浓度约60～70％，同时可大量减少钡、锶及有机物。

石灰软化法处理的给水在进入反渗透前需经凝聚过滤与pH调整。

（4）加酸

加酸可防止碳酸钙垢的析出。加酸根据LSI指数进行：多数天然水的LSI为正值，如果不使用阻垢剂，浓水的LSI必须调为负值，如果采用阻垢剂则允许LSI稍高，加酸量可降低；若采用高效阻垢剂，则往往使加酸量降到很低，甚至不需加酸，如现在有的阻垢剂允许LSI到2.8。

由于反渗透对硫酸根离子的脱除率高于氯离子，且硫酸更经济，因此因首选硫酸。

加酸以后可防止碳酸钙垢，但是否需加阻垢剂还要看硫酸钙、锶、钡等的离子积是否超过其溶度积。

（5）加入阻垢剂

阻垢剂具有溶限效应，加入较少的量即可达到较好的阻垢效果。如，SHMP（六偏磷酸钠）是一种常用的阻垢剂，但使用时要防止水解，加入到给水中的剂量一般为5mg/L，浓水中可达20mg/L。

现在多使用有机阻垢剂，可在LSI超过2时使用。但应注意有机阻垢剂可能与预处理所使用的用于凝聚的阳离子聚电解质或多价阳离子产生沉淀，一旦产生这种沉淀，则较难从膜上除去，因此应避免超剂量使用。

（6）硅垢的防止

原水中的二氧化硅由于条件不同会以不同的形态存在，即可能以溶解态和胶态存在，甚至形成无定形或石英晶体沉淀。

在反渗透给水预处理中，为了防止膜的硅垢污染，常采用下列方式：

加镁剂澄清过滤；

加硅垢的阻垢剂及超滤膜分离法（常用）。

3、反渗透膜的清洗

（1）需要进行清洗的标志和污垢的判别

A、需要进行清洗的标志：

  a、产品水流量减小

  b 、膜的脱盐率下降

  c、给水/浓水的压力差增加

B、污垢的判别

  根据下列分析结果判别污垢：

a、给水成分分析

b、以前清洗的检验结果

c、SDI测定的过滤膜上的污物分析

d、5μm过滤器滤芯上沉积物的分析

e、检查给水管道内表面，打开压力容器端部观察在膜元件的进水端污垢的外观（如红棕色可能是铁污垢，生物污垢或有机物通常为黏性胶状物）

（2）常用清洗剂

A、盐酸：盐酸可清除碳酸钙水垢和多数金属氧化物。常用浓度为0.2％，清洗温度不超过45度。

B、磷酸：对碳酸钙和金属氧化物有效，常用浓度0.5％。

C、氨基磺酸：有机强酸，60度以下使用。

D、柠檬酸：清洗pH值一般控制在2.5～4.5，温度尽可能高一些，但不可超过45度。

E、EDTA：主要是络和清洗，在清洗二氧化硅和微生物黏膜时，清洗液中常加入EDTA，并在碱液条件下配合剥离微生物黏膜。

F、碱液（氢氧化钠或磷酸钠）：碱液主要是为了去除微生物膜、有机物和二氧化硅，其使用浓度一般0.1％。

G、硫代硫酸钠：硫代硫酸钠清洗对于金属氧化物来说属于还原性溶解，如将高价铁还原成低价铁，增加其溶解性去除。

H、表面活性剂：应使用阴离子表面活性剂，避免使用阳离子表面活性剂，因其可能发生不可逆转的污堵。

（3）清洗用化学品

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