反渗透膜的污染及其控制

反渗透膜的污染及其控制

张炜

中国电子系统工程第二建设有限公司 江苏 无锡 214000

摘要：本文主要结合生产实际运行经验对反渗透膜污染的特点和控制措施、清洗等几个方面进行了介绍，并提出了为预防污染在反渗透设计时的几个注意点。
关键字：污染 反渗透 控制措施

0 引言

反渗透膜的污染是纯水工艺运行过程中正常发生的现象，根据不同的原水特点及工艺前处理设计反渗透膜的污染情况不尽相同，本文根据多年的生产运行经验对反渗透膜污染的特点及控制措施、清洗方法等几个方面提出最合适的解决方法，同时从预防的角度提出反渗透工艺设计的几个建议，具有较广泛的实践应用意义。

1 反渗透（RO）系统介绍

1.1 反渗透工艺流程

该项目纯水工艺关键设备由反渗透脱盐系统和离子交换系统组成，供应半导体集成电路

及分立器件生产使用纯水需求，系统工艺流程简图如上。

该反渗透系统设计产品水出力为27m3/h×3组，每组按二段4：2排列设计，每组共有膜压力容器6支，每支膜压力容器内装有6根膜元件。采用的膜元件为美国陶氏公司生产的型号为FILMTEC BW30-365FR的卷式复合膜，此膜具有稳定性好、脱盐率高、抗污染能力强、不易压实、对进水氧化性物质和悬浮物要求严格等特点。该反渗透装置的系统回收率设计值为75 %，系统运行时反渗透装置第一段的浓水进入第二段，进一步利用之后浓水排放，两段的产品水汇合后进人纯水箱。

2 损坏反渗透膜的形式

一般膜的主要损坏形式有三种：

一是膜本身的化学变化，包括膜的水解、游离氯氧化以及强酸强碱的作用；

二是膜本身的物理变化，包括压密、背压作用使膜结构被破坏；

三是膜受污染，这主要包括结垢物、微生物、胶体、悬浮物、有机物等在膜面及内部污染堵塞膜通道。

以上情况都可使反渗透膜性能下降，并造成进水压力升高、产水量下降、脱盐率下降。其中前两种损坏形式可以通过设计反渗透工艺时来避免，但第三种损坏方式只能延缓而无法彻底消除。

3 反渗透膜污染的特点和控制措施

反渗透膜在运行过程中易受水中悬浮物、胶体、微生物、结垢物以及有机物等杂质的污染，造成膜性能下降从而影响系统产水能力。一般情况下，水中污染物有悬浮物、胶体、铁(氧化铁和亚铁)、微生物、不易溶解的沉淀、结垢物(如碳酸钙垢、硫酸钙垢、SiO2等)、有机污染物(腐植酸和富里酸)等都易造成反渗透膜表面及内部的污染堵塞。

3.1结垢污染

盐类的浓缩是反渗透膜结垢的主要原因，即浓水中它的浓度积超过了该条件下的溶度积，而又没有采取合适的防垢措施则可能结垢，因此控制合适的进水条件(温度、pH等)、降低系统的回收率和使用合适的阻垢剂可防止结垢物质的生成。

3.2 胶体和微生物的污染

地表水含有的胶体和微生物较多，预处理絮凝剂过量添加而反应生成粘胶状沉淀,造成膜的不可逆污染。另一方面，系统内细菌大量繁殖，造成反渗透装置运行压差很高，水通量严重降低。

防止微生物污染的方法通常有：

（1）尽量选取抗污染复合膜，可以有效降低微生物污染的发生。比如该项目采用的美国陶氏公司生产的型号为FILMTEC BW30-365FR抗污染膜，经实践运行抗污染效果良好。

（2）采取有效的杀菌处理措施。比如采用氯及NaClO、KMnO₄、H₂0₂、0₃、紫外线照射等，控制重点是选取合适的杀菌剂，足够长的接触时间，根据不同的反渗透膜控制合适的残余氯量。

3.3有机物污染

反渗透给水中有机物不仅是微生物的营养物质，而且其含量高时可溶解膜材料，使膜性能劣化，造成膜污染。地表水中有机物种类繁多，目前常采用活性炭吸附有机物，从而保持水中总有机碳(TOC)不超过2mg/l。

4 反渗透膜污染的清洗

4.1 清洗的必要性

即使反渗透进水水质符合要求，运行控制正常，反渗透膜也会逐渐被浓水中的无机物、微生物、金属氢氧化物、胶体和不溶性有机物等所污染，当膜表面污染物累积到一定程度后，压差逐渐升高，产水量和脱盐率即会下降。反渗透装置出现下列症状之一时，则需要考虑对其进行清洗，以恢复其正常工作能力：标准化后的产水量及脱盐率下降10 %～15%；为了维持正常的产品水流量，经温度校正后的进水压力增加了10％～15％；

4.2 清洗时的注意事项

在反渗透膜清洗过程中有几点应引起高度重视：

（1）清洗时的水温最好不超过35℃；控制好清洗液浓度和pH值(在2～12之间)；

（2）确保清洗液不含游离氯和其它氧化性物质；

（3）清洗方向必须和运行方向相同，决不允许反向清洗，否则会损坏膜元件，反渗透装置只允许并联清洗，每一段最好分段清洗；

（4）清洗液一般可使用盐酸或氢氧化钠，或者采用膜厂家推荐的专用清洗配方；可用阴离子型或非离子型表面活性剂，禁用阳离子型表面活性剂，因可能发生不可逆转的污堵；

5 结语

反渗透系统的污染从长期而言是不可避免的，但我们可以通过合理的前处理设计及运行控制来延长反渗透装置处于良好运行状态，防止各种膜污染的发生，一旦污染，应及时进行有效的化学清洗。

在反渗透系统设计时要注意以下问题，可以有效防止膜污染或损坏：

（1）反渗透停运后需有低压水冲洗设计，最好采用反渗透产品水，利用流体的紊流作用使污物自膜面剥离而被冲走。

（2）为防止反渗透装置发生望远镜现象，启动时缓慢提升压力和水量，在高压泵出口应装设电动慢开门，并保证开启时间在规定值，防止膜元件的损坏压实；

（3）产品水管上应装爆破膜或压力保护开关，防止产品水侧压力过大而产生背压从而损坏反渗透膜。

（4）反渗透运行时要确保阻垢剂已正常加入，否则很容易结垢。

参考文献：

1. 美国陶氏化学FilmTec产品与技术手册

2.《工业水处理技术问答及常用数据》金熙等编 化学工业出版社，2001