反渗透膜性能测试及膜性能分析

反渗透膜性能测试及膜性能分析

1总结2014年，一家污水处理厂的建成和投资，共有两个炼油厂。单套设计产水量75m2抗渗透膜性能试验为准确评估该反渗透膜组件的各项性能指标，通过膜组件性能测试装置以评估反渗透膜组件的脱盐率、产水量、水通量、回收率等指标。2.1系统预压试验反渗透膜组件性能测试装置工艺流程图如图1所示，按照表1所示氯化钠溶液浓度配置测试溶液；测试过程为：(1)开启水泵2，低压状态下运行3～5分钟，排出系统管路中空气；(2)开启冷却装置及换热器4阀门，通过换热器调节水温；(3)启动高压泵5，调节浓水阀，按表1要求调节至满足测试条件的要求，并连续运行30分钟以达到预压效果；(4)进行测试，每10分钟取一次样，并记录测试数据。2.2反渗透膜组件测试结果在反渗透膜组件性能测试条件下运行，反渗透新膜组件、在役反渗透膜组件的脱盐率、产水量和水通量的测试结果见表2。反渗透新膜组件回收率为21.61%下，脱盐率为99.84%，产水量为29.04m3sem电镜膜微观分析为了进一步了解膜性能下降的原因，通过测试膜接触角、SEM电镜膜表面形貌、红外光谱分析、原子光谱化学分析等手段，从微观角度来观察和分析。3.1新膜的润湿性接触角(contactangle)是润湿程度的量度，若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。一般新膜表面涂覆清水层，接触角在30°左右，表面亲水性能更好。亲水性能可以提高膜的渗透通量。通过选取A列1段第一支、A列2段最末一支、B列1段第一支、B列2段最末一支等4支反渗透膜，检测4支反渗透膜表面接触角，其接触角基本在50°～60°之间，呈现亲水性下降趋势，接触角的变化如图3所示。3.2sem电镜观察聚酰胺反渗透膜的表面形貌直接关系到膜的分离性能和使用寿命。表面粗糙度越大，膜的表面积也越大，其渗透液水分子与膜表面接触面积越大，膜的水通量也越大，但膜的耐污染性会下降。SEM电镜显示在低倍(100倍和300倍)放大的电镜图中，在役反渗透膜表面的物理损伤非常明显。对该损伤区域进一步放大(10000倍和20000倍)观察，在役聚酰胺反渗透膜典型的“峰-谷”结构已明显削弱。其原因可能是在氯离子的氧化作用下，对聚酰胺分子链逐渐降解，或者是由于氯化处理后，造成聚砜底膜与分离层发生剥离，并导致聚酰胺的机械性能恶化。上述结果表明，在役反渗透膜由于氯化作用后，致使致密分离层中产生缺陷，聚酰胺分子链产生降解或分离层产生剥离，导致反渗透膜离子选择性下降，也即脱盐率下降。3.3ftir-atr光谱反渗透膜属于聚酰胺膜，主要亲水性成份为聚酰胺，FTIR-ATR光谱2支在役反渗透膜(使用5年)，FTIR-ATR光谱如图2显示，聚酰胺膜在1540cm3.4检测结果分析ESCA用于分析膜表面的元素比例及化学官能团组成结构，主要用于鉴别膜材料是否被氧化，并且可以定量分析氧化物的量。如膜组件未经污染或氧化，反渗透膜片应该仅由C、O、N三种元素组成，没有其它元素。而对于使用过的膜片，其表面元素种类和含量会有所增加，故通过分析膜材料中的增量元素，可以确定膜片污染及被氧化情况。根据检测结果，被测膜片的氯含量分别达到1.91%和1.24%，表明膜片脱盐层破坏受到了一定程度的氯氧化。膜片氯氧化会导致反渗透膜脱盐层聚酰胺结构的破坏，从而影响脱盐率。4抗渗透膜性能评估和运行管理建议4.1反渗透膜表面氧化通过接触角、红外光谱、原子光谱分析结果表明该电厂反渗透膜接触角上升，吸收峰减弱，同时膜表面侧得1%～2%的氯含量，表明膜表面存在一定氧化情况，脱盐率的下降应由膜表面氧化造成。4.2抗渗透膜运行管理建议4.2.1防止被次氯酸钠氧化反渗透系统运行主要采用次氯酸钠作为杀菌剂，氧化作用明显，而聚酰胺复合膜最怕氧化剂的影响，其突出问题就是防止被次氯酸钠氧化，所以运行中余氯要求控制在0.1mg/L以下。建议在反渗透膜进水增设ORP表计，表征水的氧化还原电位，运行中连续监测反渗透进水ORP数值，并定期进行标定校准，保证氧化还原电位测量的准确性。同时运行中考虑还原剂的投加量，防止次氯酸钠进入一级反渗透膜，造成对膜性能的极大损害。4.2.2控制余氯值及对orp的监测运行中，除了应重点关注压差、流量、水温、脱盐率等重要运行参数外，还应严格控制余氯值及对ORP的监测，避免膜被氧化。另外应加强对SDI值的监测4.2.3保证新膜质量性能建议开展反渗透新膜的到厂性能检测，进