反渗透膜的污染及防治.docx

反渗透膜的污染及防治 (华北电力大学，河北 保定 071003) 摘 要：文章介绍了反渗透技术在丰泰发电厂的应用， 分析了反渗透膜元件的污染机理及预防措施，提出了相关 的注意事项。 关键词：反渗透；膜污染；防治措施 中图分类号：TU991.26 文献标识码：B 文章编号： 10076921(XX)11008102 反渗透水处理技术是当代先进的水处理脱盐技术，它 广泛应用于电力、化工、石油、钢铁、市政、环保等行业， 应用于生产锅炉补给水合饮用水，淡化海水，制备电子超 纯水，反渗透相对于传统水处理系统有以下优点：反渗 透水处理技术操作简单和运行经济，易于掌握。它的使 用，延长了传统的交换设备的再生周期，减少了酸碱的排 放量，有利于当地环境保护。可以大大降低运行人员的 劳动强度，可以进一步提高整个水处理工艺的运行水平和 自动化程度。反渗透技术可以用作水质比较差的工艺。 1 反渗透系统介绍 我厂锅炉补给水系统采用反渗透预脱盐加二级除盐系 统，以满足两台 2200MW 机组对合格除盐水的正常使用需 求，系统工艺流程如下： 原水多介质活性炭保安过滤器高压泵反渗透 中间水箱阳床阴床混床除盐水箱。 反渗透安系统设计产品水出力 250m3/h，每列按一级 二段 63 排列，每列共有压力容器 9 个，每个压力容器内 装有 6 根膜元件。采用膜元件为 DOW 公司生产的 BW30-365 涡卷式复合膜，此膜有芳香聚酰胺等高分子有机物合成， 具有稳定性好，脱盐率高，抗有机物污染能力强，不易压 实，对氧化物质和悬浮物要求严格等特点，设计回收率 75%，脱盐率 5 年内97%。 反渗透装置的预处理设备有一级加药 PAC，主要作用是 消除原水中含有的悬浮物、胶体、颗粒及细菌等，在反渗 透入口有阻垢剂加药系统，可以防止溶质的结垢和起到结 垢成分的分散作用。 四台多介质过滤器用于滤除经一级加药后形成的矾花 和原水中的悬浮物、颗粒，以保证反渗透系统给水对 SDI、 浊度的要求。三台活性炭过滤器是吸附多介质过滤器无法 支除的余氯，以防止反渗透膜受其氧化降解，同时还吸附 水中的有机物等污染物，进一步降低 SDI 值。每套反渗透 装置前配备一套保安过滤器，以支除水中 5u 以上的颗粒物， 保证反渗透膜的安全。 2 膜污染 2.1 浓差极化 浓差极化是膜分离过程中不可忽视的影响因素，当膜 表面上被溶质或其他被截留物质形成浓差极化时，膜的传 递性能以至分离性能都将明显下降，大大影响了膜分离的 工作效能并将缩短其使用寿命。浓差极化是由于膜的选择 化透过性，被截留组分在膜料液侧表面积累造成的。当积 累到一定程度，沉积在膜表面或膜孔内，形成滤饼，凝胶 及结垢等附着层或膜孔堵塞等导致了膜性能变化。具体表 现为膜的透过阻力增大，造成膜的透过流速显著减少，截 留率增大。 2.2 反渗透膜污染 反渗透膜污染是使用中必然产生的现象，这一问题也 用膜技术应用中主要问题，影响反渗透安全运行，在压力、 温度、流速和料液浓度保持一定的情况下，膜污染使膜组 件性能随着时间发生变化，使膜分离技术不能充分发挥应 有的效能。膜污染是指由于在膜表面上形成附着层或膜孔 堵塞等外部因素导致了膜性能变化，根据其具体发生原因 等用相应对策可以使膜性能得以恢复。反渗透膜表面污染 物累积到一定程度后，压差逐渐升高，产水量和脱盐率下 降，一般认为反渗透装置出现下列症状之一时则污染严重 需要化学清洗以恢复工作能力。标准化的产水量下降 10%15%；标准化后的脱盐率下降 10%15%；给水温 度校正后的进水压力增加 10%15%；以下分析膜污染的主 要表现形式： 2.2.1 碳酸盐垢、硫酸盐垢 在反渗透系统中，碳酸盐及硫酸盐等盐类的溶解度在 浓缩过程中它的浓度超过了该条件下的溶度积，而针对该 沉积的预处理方法或条件不当，它们会沉积下来，盐类沉 积一般发生在反渗透系统后面的膜元件中，因为该处溶液 浓度较高。盐类沉积表现为脱盐率下降。判断碳酸盐结垢 倾向常用 LSI(朗格利尔指数)来近似判断。 2.2.2 硅在反渗透给水中以颗粒硅、胶体硅或溶解硅 形式存在 颗粒硅通过污堵膜元件水流通道污染反渗透，导致系 统压差增加。胶体硅趋向存在于酸性水体中，它可由反渗 透除去，在给水浓缩的反渗透中胶体硅浓度高，会在膜表 面析出。 溶解性硅的溶解度与水中 pH 和温度有关，且其溶解度 被超过，硅垢将慢慢析出，沉淀在膜表面，溶解硅由 H2SiO4 电离 SiO3-2 离子，会与多价阳离子形成不溶的硅 酸盐。 2.2.3 微生物污染 如果反渗透给水不含杀菌剂，则细菌和其他类型微生 物污染可能发生，由于复合膜要求给水除氯，微生物污染 通常发生在这些反渗透系统中。微生物污染会引起标准压 差增加或标准渗透水流量下降。细菌超过 100 个/L 认为是 过量的。 2.2.4 有机物污染 有机物不仅是微生物的营养物，而且含量高时可溶解 膜材料，使膜性能劣化。目前采用主要方法是加入氧化剂， 或用活性炭吸附有机物，应监测水中总有机碳(TOC)的含量 不超过 2mg/L。 2.2.5 悬浮物 悬浮物主要在反渗透表面沉积形成污堵，回收率下降， 标准压差增高。 3 反渗透膜污染影响因素 3.1 浓差极化对反渗透的影响 浓差极化对反渗透影响包括降低水通量，降低脱盐率， 导致膜上沉淀污染和增加流通阻力。 3.2 阻垢剂对膜污染的影响 阻垢剂的作用：抑制析出功能。在有阻垢剂的系统 中，易结垢成分的阴阳离子浓度积比没有阻垢剂时的临界 析出离子积值大很多。分散功能。在有阻垢剂时，析出 的颗粒的粒径小，难于凝聚，比没有阻垢剂析出的颗粒难 沉降。晶格变形效应。在有阻垢剂的系统中，析出的晶 体有球形、多面体、雪花状等不定形的状态，在晶体生长 过程中，阻垢剂吸附在晶体生长点上，使其表面的生长速 度急剧下降。 3.3 给水温度对反渗透膜的影响 反渗透膜受给水特性、pH 值、温度和溶解固形物等影 响。通过升高温度，渗透水量增加，液透过率加大。 T=q25/qt 为温度校正系数，下图为某聚酰胺膜温度与透水 量的关系，温度每改变 1，透水量约改变 3%，在应用中 通过调整给水压力来改变温度补偿对透水量的影响。 740)this.width=740“ border=undefined 硅的溶解度与温度和 pH 值关系很大，温度升高。SiO2 溶解度增加，减少在反渗透膜表面的沉积。 740)this.width=740“ border=undefined 3.4 回收率对反渗透的影响 水回收率提高有利于减少浓水的排放量，节约用水回 收率的上限由下面两个因素决定：浓水最大浓度；膜 元件的最低浓水流速。当回收率增加，浓缩系数增加很快 (如表 2)。 740)this.width=740“ border=undefined 系统回收率也影响渗透水的质量。回收率越高，系统 最后排水的浓水越高，相应最后膜元件的渗透水浓度越高。 在反渗透中为了保证渗透水质量应限制系统回收率。下表 3 为不同回收率对渗透水质量的影响。 740)this.width=740“ border=undefined K=脱盐率给水浓度 4 反渗透膜污染的预防措施 4.1 降低浓差极化 降低浓差极化的途径有：使膜元件通过流体分部均 匀，促进湍流，一般和反渗透设计有关。适当控制操作 流速，改善流动状态，使膜与深液相界面层的厚度适当减 少，以降低浓差极化度。降低流体黏度和提高溶质的扩 散系数。 4.2 选择系统合适的阻垢剂 现在阻垢剂大部分为复合型阻垢剂，它对溶液中离子 有抑制析出和抑制晶体成长、防止附着作用，阻垢济的分 子与溶液中离子能形成螯合物，增加成垢化合物的溶解度； 我厂阻垢剂的作用使原水 LSI(朗格利尔指数)提高到 26 ，在此范围内钙镁不容易在膜内结垢。阻垢剂能相对 增加水中物质的溶解性，阻止硫酸盐的结垢。阻垢剂对堵 塞膜微孔的胶体及细小颗粒有分散作用。通过计算调整加 药泵的出力，确保以合适的剂量均匀加入到反渗透给水中。 从而达到浓水侧阻垢的目的。 4.3 控制恒定较高的给水温度 温度的影响对混凝剂的影响也非常大，因无机盐混凝 剂水解是吸热反应，水温低时颗粒布朗运动强度减弱，不 利于胶体脱稳和絮凝物的形成，而且温度越低，混凝剂黏 性越高，反应越慢，混凝效果差。所以提高温度可以增加 混凝剂效率，减少污染物进入反渗透膜元件的量。 提高温度可以降低流体