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反滲透膜污染及清洗措施

發(fā)布時間: 2024-01-02 作者: 分享到:
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反滲透膜污染及清洗措施

 

反滲透已廣泛運(yùn)用于制備純水超純水、廢水脫鹽、物料分離,涉及飲用水、食品、醫(yī)藥、電子半導(dǎo)體,以及工業(yè)廢水處理、市政污水處理中的深度處理等。市場規(guī)模巨大,針對反滲透(RO)系統(tǒng)市場容量數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,2022年..反滲透(RO)系統(tǒng)市場規(guī)模達(dá)到419.65億元人民幣,中國反滲透(RO)系統(tǒng)市場規(guī)模達(dá)到108.14億元。

反滲膜是反滲透系統(tǒng)中的核心部件和主要耗材,占據(jù)設(shè)備投資的一半以上,而膜更換費(fèi)用占據(jù)運(yùn)營費(fèi)用的80%以上,滲透膜的污染隨過濾次數(shù)的增加逐漸加重,膜元件造成污染,降低生產(chǎn)效率,增加生產(chǎn)成本,而反滲膜系統(tǒng)清洗維護(hù)能降低故障率、提高產(chǎn)水率,延長膜使用壽命。本文對反滲透膜污染的類型、原因、清洗方法簡單介紹。

(一)反滲透膜污染的類型
反滲透膜系統(tǒng)經(jīng)長期連續(xù)運(yùn)行,在反滲透膜的濃水側(cè)會積聚膠體、細(xì)菌、水垢等物質(zhì),造成膜污染,導(dǎo)致除鹽率下降,產(chǎn)水量減少,段間壓差增大等。反滲透膜污染的類型包括以下幾種:
懸浮物污染主要由水中的親水懸浮顆粒物在膜表面吸附造成的,如泥沙、鐵銹、石灰等,在反滲透膜表面形成物理堵塞或磨損,影響水通量和截留率。
無機(jī)物污染原水中無機(jī)鹽在水透過膜后被濃縮變成過飽和狀態(tài),在膜表面析出,或濃差極化造成無機(jī)鹽在膜表面析出,形成堵塞。
有機(jī)物污染包括天然有機(jī)物、合成有機(jī)物、微生物代謝產(chǎn)物等,它們會在反滲透膜表面形成有機(jī)膜或吸附,影響水通量和截留率。
膠體污染如硅酸鹽、鐵氧化物、有機(jī)膠體等,它們會在反滲透膜表面形成膠體堵塞或吸附,影響水通量和截留率。
生物污染包括細(xì)菌和熱原,如大腸桿菌、假單胞菌、真菌等,它們會在反滲透膜表面或孔隙中生長繁殖,形成生物膜或釋放毒素,影響水通量和截留率。
藥劑污染這類污染在膜系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn),常見的藥劑污染包括混凝劑污染、助凝劑污染、阻垢劑污染和還原劑污染。藥劑的種類和量的多少對于系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。
污染類型也可劃分為無機(jī)鹽污染、金屬氧化物污染、膠體污染、系統(tǒng)短路引起的顆粒污染、阻垢劑使用不當(dāng)造成的污染、絮凝劑使用不當(dāng)引起的二次絮凝和微生物污染等。
當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過允許范圍時,應(yīng)及時清洗,盡可能恢復(fù)膜性能,避免問題嚴(yán)重,導(dǎo)致膜報廢。一般根據(jù)除鹽率,產(chǎn)水量和壓差變化來決定是否需要清洗。如果除鹽率和產(chǎn)水量下降幅度為初投時的10%~15%,或壓差增加幅度為初投時的10%~15%,反滲透系統(tǒng)應(yīng)及時清洗。
(二)反滲透膜清洗方法

常用的反滲透膜清洗方法包括物理清洗、化學(xué)清洗和生物清洗三大類:

物理清洗主要包括水力清洗、超聲波清洗和機(jī)械刮除等方式,去除膜表面的污染物。常見的水力清洗有低壓高速清洗、反沖洗等,主要是靠剪切力和反向壓力去除膜表面的污染物。一般來說物理清洗所需設(shè)備簡單、成本低、對膜損傷小、環(huán)境影響小、使用周期短。但是清洗效果有限。物理清洗可與化學(xué)清洗結(jié)合使用,以達(dá)到更好的清洗效果。

化學(xué)清洗當(dāng)物理清洗有限時,就需要使用化學(xué)清洗。通過化學(xué)清洗劑與膜面或膜孔內(nèi)的污染物發(fā)生溶解、置換或化學(xué)反應(yīng)來使污染層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化,并將其轉(zhuǎn)變成可以清洗去除的狀態(tài)?;瘜W(xué)清洗又可以分為酸洗、堿洗、氧化劑清洗、絡(luò)合劑清洗、鹽洗、表面活性劑清洗等。

生物清洗生物清洗是利用具有生物活性的清洗劑(如酶等)來去除污染物。使用酶清洗劑的優(yōu)點(diǎn)是膜保持清潔的時間延長;此外,酶清洗還可以減少有害化學(xué)清洗的用量,但是使用不當(dāng)時也會對膜造成污染。

根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)甄別污染原因,選擇合適的清洗藥劑是清洗成功的關(guān)鍵。

(三)反滲透膜化學(xué)清洗方法及藥劑

反滲透膜清洗劑的選用要根據(jù)膜污染類型而定,同時要遵循制造商的建議,嚴(yán)格按照說明書中的方法進(jìn)行操作。過度的清洗可能會導(dǎo)致反滲透膜的磨損和漏水問題,從而增加維護(hù)和更換的成本。因此,清洗的頻率和方法應(yīng)在經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

清洗藥劑的選擇要充分考慮系統(tǒng)的預(yù)處理工藝、進(jìn)水水質(zhì)、系統(tǒng)運(yùn)行狀況、系統(tǒng)正在使用的化學(xué)品,準(zhǔn)確判斷膜的污染類型;以及考慮膜元件的材質(zhì)特性即耐受酸、堿、氧化劑、溫度、外力沖擊的能力等諸多因素。..膜清洗劑將污染物從膜上去除的同時,要..膜不受傷害,或..小程度的受傷害。

根據(jù)膜污染的類型和程度選擇反滲透膜清洗的藥劑

酸性清洗劑如硝酸和鹽酸等,可用于清除膜表面的無機(jī)鹽垢和鐵銹等雜質(zhì)。

堿性清洗劑如氫氧化鈉和氫氧化鉀等,可用于去除膜表面的有機(jī)物質(zhì)、油脂和蛋白質(zhì)等污垢。

催化劑如過氧化氫和磷酸等,可用于加速清洗的化學(xué)反應(yīng),提高清洗效果。

防腐劑如亞硝酸鈉和肼等,可用于防止膜表面進(jìn)一步生銹和腐蝕。

(四)反滲透膜清洗方式

根據(jù)是否停機(jī),將清洗方式分為在線清洗和離線清洗,此外拆洗是將膜元件的環(huán)氧樹脂鎧裝拆除,展開并行卷繞的膜袋清洗。

離線清洗是將反滲透膜從運(yùn)行系統(tǒng)中拆出,利用專業(yè)清洗裝置進(jìn)行清洗,通過物理和化學(xué)的共同作用達(dá)到清除污垢、恢復(fù)膜元件性能的目的。離線清洗可以充分發(fā)揮清洗裝置的優(yōu)勢,可對膜元件性能參數(shù)進(jìn)行測試,可針對污垢特點(diǎn)使用不同的清洗 藥劑反復(fù)、交替進(jìn)行清洗,化學(xué)藥劑的使用針對性強(qiáng)、除垢率高,不會對膜元件造成傷害。因此,一般對于污染較輕或初次清洗的系統(tǒng)適合采用在線清洗方式進(jìn)行恢復(fù)。如果在線清洗很難恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài),再采用離線方式進(jìn)行徹底清洗。而拆洗通常用于,廢棄膜的回收。

4.1 在線清洗

在線清洗是指利用在線清洗(CIP)設(shè)備對反滲透裝置整體進(jìn)行清洗,其優(yōu)點(diǎn)是不用進(jìn)行膜元件的拆卸,只需將清洗藥品運(yùn)至生產(chǎn)現(xiàn)場利用反滲透系統(tǒng)進(jìn)行清洗即可;缺點(diǎn)是由于在線清洗是在原運(yùn)行設(shè)備上通過單一化學(xué)作用將污垢清洗下來,受運(yùn)行設(shè)備條件的制約,清洗效果不夠徹底。

4.2 線清洗

當(dāng)污染較為嚴(yán)重,清洗效果不徹底時,則需要采用離線清洗裝置清洗。RO膜離線清洗系統(tǒng)組成包括清洗配液罐(按清洗藥劑的酸堿性分為堿性液和酸性液,罐內(nèi)可以安裝加熱盤管)、清洗泵、過濾器、原水泵、RO(高壓泵)、RO膜組(壓力容器)、壓力表、溫度計、pH計、流量計、閥門、管道以及控制儀表等。該系統(tǒng)通過控制管路閥門的開關(guān)可獨(dú)立進(jìn)行膜元件的測試,堿性藥劑、酸性該系統(tǒng)通過控制管路閥門的開關(guān)可獨(dú)立進(jìn)行膜元件的測試,堿性藥劑、酸性藥劑的循環(huán)清洗。

4.3 膜元件拆洗

所謂元件的拆卸清洗是在不損傷膜袋的條件下,去除元件的環(huán)氧樹脂鎧裝,展開并行卷繞的膜袋,輕輕刷洗膜袋兩側(cè)外表面,清除掉膜表面的污垢,重新將膜袋卷繞,并用強(qiáng)力膠帶(或環(huán)氧樹脂)重新進(jìn)行元件鎧裝
盡管經(jīng)過反復(fù)的酸堿等化學(xué)藥劑清洗,多數(shù)廢棄元件的膜表面仍然存在較厚的污染層,這是常規(guī)清洗后膜性能不能徹底恢復(fù)的原因;而拆卸后對元件進(jìn)行的機(jī)械性刷洗過程中,清除膜表面的污垢則顯得相當(dāng)容易。
刷洗過程在膜表面留下隱約的劃痕,對復(fù)合膜分離層形成了一定程度的損傷。對元件的性能指標(biāo)產(chǎn)生一定程度的影響,并將反映到元件的完整性、產(chǎn)水污染指數(shù)、透水率、透鹽率與膜壓降等技術(shù)指標(biāo)。
(五)反滲透膜清洗效果評定
反滲透膜清洗效果評價的指標(biāo)和方法包括以下幾種:
脫鹽率和透鹽率:脫鹽率是指通過反滲透膜從系統(tǒng)進(jìn)水中去除可溶性雜質(zhì)濃度的百分比,透鹽率是指進(jìn)水中可溶性雜質(zhì)透過膜的百分比。脫鹽率=1-產(chǎn)水含鹽量/進(jìn)水含鹽量)×100%,透鹽率=100%-脫鹽率。這些指標(biāo)可以用來評估反滲透膜的分離性能。
產(chǎn)水量和系統(tǒng)壓差:產(chǎn)水量是指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水能力,系統(tǒng)壓差是指反滲透系統(tǒng)運(yùn)行中的壓力損失。這些指標(biāo)可以用來評估反滲透膜的清洗效果和運(yùn)行性能。
外觀和完整性:觀察反滲透膜的外觀是否還附著著污染物,同時檢查反滲透膜的完整性,如是否有裂紋、破損等情況。這些指標(biāo)可以用來評估反滲透膜的表面狀態(tài)和結(jié)構(gòu)性能。
化學(xué)清洗劑殘留量:清洗后應(yīng)檢測反滲透膜中是否殘留著化學(xué)清洗劑,以及這些化學(xué)物質(zhì)的殘留量。這些指標(biāo)可以用來評估反滲透膜的清洗效果和安全性。
微生物污染情況:對于生物污染嚴(yán)重的反滲透膜,應(yīng)檢測清洗后膜的微生物污染情況。這些指標(biāo)可以用來評估反滲透膜的生物安全性。