反渗透膜污染的原因及运行分析

反渗透是最精密的膜法液体分离技术。反渗透膜应用在脱盐工艺已有几十年。现总结出以下反渗透膜污染的几点原因及运行分析建议。
一、反渗透膜污染的原因
1、微生物污染
微生物包括细菌、藻类、真菌和病毒等。细菌的颗粒极小，一般球菌直径为0.5～1.0微米；杆菌宽1微米，长2微米，病毒则更小，目前发现的最大的是痘病毒直径约300纳米，最小的是圆环病毒直径17纳米。微生物污染对反渗透膜系统至少造成两方面的不良后果：第一，微生物的大量繁殖和代谢，产生大量的的胶体物质，致使膜被堵塞造成膜通量急剧下降；第二，将造成产水中的细菌总数的增加。反渗透膜的微生物污染对整个装置的长周期运行极为不利，因此要对反渗透膜的微生物污染高度重视。
造成生物污染的原因一般有：
(1)进水中含有较高数量的微生物；
(2)系统的停用、保护、冲洗等没有严格按照技术手册要求进行；
(3)没有对进水进行杀菌或者杀菌剂投加量过小；
(4)进水水质含有容易滋生微生物的营养物质从而导致微生物的大量滋生；
(5)没有对管路进行定期的杀菌和消毒。受到微生物污染的膜表面会十分滑腻并常有难闻的气味，对生物膜样品进行焚烧的气味同焚烧头发一样。
(例如进水的氨氮指标严重超浓度，导致管路中和膜元件内大量微生物滋生，对膜系统进行化学清洗后，由于没有对管路进行杀菌消毒，系统启运时，在管路中存留的大部分微生物颗粒随水流全部进入膜端，导致系统产水率严重下降，膜段间压降急剧上升。系统最终通过离线清洗得以消除污染。)
2、有机物及矿物油污染
由有机物造成的膜系统故障占全部系统故障的60%—80%。进水中的有机物吸附在膜元件表面，会造成通量的损失，尤其是在第一段，在很多情况下，在膜表面形成的吸附层对水中的溶解盐就象另一层分离阻挡层，堵塞膜面通道，导致脱盐率上升，大分子量并且带有疏水性基团的有机物常常会造成这种效应，例如微量的油滴、大分子量难降解的有机物等，会导致膜系统受到有机物污染。
(例如石化废水成份复杂，水中有机物浓度较高，且含有微量油，因此在石化废水深度处理装置中使用的反渗透膜系统中，有机物污染是一种最常见的污染类型。对反渗透膜的有机物污染一般通过进水的油和有机污染物浓度分析即可判断一般的有机污染通过定期的化学清洗即可消除。)
3、絮凝剂引起的污染
在反渗透系统的预处理过程中，如气浮选或混凝沉淀处理单元，通过加人一定的高纯聚合铝絮凝剂，使水中的胶体、粒杂质及油类物质得以去除。
絮凝剂的使用主要分为无机类和有机类，无机类一般为聚铁、聚铝，由于无机类絮凝剂价格便宜而使用较多，为了避免对膜系统的铁离子污染，一般的膜系统中都选用高纯聚铝作为絮凝剂；有机絮凝剂一般为聚丙烯酞胺、聚丙盐类的较多。在某些膜系统的预处理单元中，无机类和有机类絮凝剂一起配合使用效果较好，但在实际使用中，要根据系统工艺的不同，水质的不同，通过实际筛选决定使用絮凝剂的各类和浓度。在实际的运行中，并不是所有的絮凝剂都会被絮凝成粒，无论是哪一类的絮凝剂，都会在水中有一定的残留，进人后续处理单元后，正常情况下，残留的絮凝剂会随着浓水排掉，但是如果絮凝剂投加浓度过高，膜系统进水中的残留量过多，会在反渗透膜的表面进行二次絮凝沉淀，引起膜污染，并且因为絮凝剂投加量过高而引起的污染在清洗中一般难以去除，甚至可以会导致在短时间内就需要更换膜。
4、结垢引起的污染
结垢是难溶性的盐类在膜表面析出固体沉淀，防止结垢的方法是保证难溶解性盐类不超过饱和界限。在反渗透系统中析出的垢主要是无机成分，以碳酸钙为主，除碳酸盐以外，很多其他的无机盐类同样具有较低的饱和溶解度，如硫酸钙、硫酸钡、硫酸镁及部分氢氧化物等。为了防止膜面结垢，一般在保安过滤器之前要加入适量的膜用阻垢剂。有时也会出现投加的不同药剂发生相互作用导致难溶物质析出，进而污染膜元件的事情。例如当聚合有机阻垢剂与多价阳离子如铝或残留的聚合阳离子絮凝剂相遇时，可能会发生沉淀反应，例如铝或铁，所产生的胶状反应物，非常难以从膜面上去除，因此在投加多种药剂时，应该注意这些药剂的成分，根据水质数据、所选择的膜型号，通过试验确认它们的兼容性，并获得恰当的阻垢剂类型及投加剂量。
5、胶体污染
胶体是具有1纳米(nm)到1微米粒径，像粘土一样很难自然降解的微粒子，在水中通常带负电。污水中的有机胶质类物质、过剩的絮凝剂投加量、污水中的金属离子水解形成的氢氧化物胶体，是导致胶体污染的常见原因。废水中的常见胶体污染物有氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化硅胶体等。
(例如胶体污染可以是由于加药量过大、管路的腐蚀以及大分子量的有机物进行膜系统所导致的)
二、反渗透系统的长期运行经验
1、保持预处理效果的稳定
在预处理阶段去除原水中的大部分污染物。良好的预处理效果，能够有效减少反渗透系统受到各类污染的机率。
(例如定期更换保安过滤器滤芯和检查保安过滤器，防止过滤器内出现短流现象和滋生生物粘泥而对膜元件造成污染;严格控制进水浊度和污染指标(SDI)，控制进水浊度小于0.5NTU，污染指数小于5；对膜前流程及膜系统进行消毒杀菌，消毒杀菌对控制微生物污染是必不可少的关键步骤。对系统的杀菌分为冲击式杀菌和连续性杀菌，可根据系统不同而选用不同的方法)
2、控制较低的运行压力和回收率
压力是反渗透脱盐的推动力，压力升高，膜组件透水量线性上升，脱盐率开始时升高，当压力升至一定值时，脱盐率趋于平稳。因而在实际运行中，压力无需太高，压力过高会使膜的衰减加剧，而且有可能损坏膜组件。为延长膜组件的使用寿命，通常在脱盐率和产水量满足生产要求时，采用稍低一些的压力运行，对系统的长周期运行有着极大的好处。
当反渗透系统采用较高的回收率时，浓水含盐量相应提高，不但容易在浓水侧产生浓差极化，而且会导致系统渗透压的增大，为维持产水量，操作压力必须提高，产水的比能耗也会增加，产水水质变差，膜污染加重，结垢和微生物污染的危险性变大。根据运行经验，反渗透系统的回收率控制在75%以下比较合适。
3、对膜进行物理清洗(产品水冲洗)
冲洗是采用低压大流量的进水冲洗膜元件，冲洗掉附着在膜表面的污染物和堆积物，膜的低压冲洗可以减少深度差，防止膜脱水现象的发生。在条件允许的情况下，建议经常对系统进行冲洗。增加冲洗次数比进行一次化学清洗更有效果。
4、规范系统启停操作及停运保护措施
系统启动和停止时，流量和压力会有波动。过大、过快的流量和压力波动可能会导致系统发生极限压降现象，形成水锤作用，从而导致膜元件破裂，故在进行启停止操作时需缓慢增加或者降低压力及流量。
系统的开机前和停运时，应确保压力容器内没有真空，否则当再次启运膜元件的瞬间会出现水锤或者水力冲击，当已经漏掉水分的系统在初始开机或一般运行启动时，就会出现上述现象。
系统应保持较低的背压(产水侧压力)，产水侧压力高于原水侧压力0.05MPa以上时，膜元件会受到物理性损伤。系统启动和停止运行前，要充分确认阀门的开和关以及压力的变动，保证运行过程中杜绝背压现象发生。如果膜系统需要长时间停运，则需要根据技术手册要求，向系统内通入保护液或者定期通水来保证膜元件的正常备用。
5、定期对膜元件进行在线化学清洗
采用了合理的预处理系统和良好的运行管理，它只能使膜元件受污染的程度有所降低，要完全消除膜的污染是不可能的。因此，反渗透膜系统运行一段时间后，将可能受到多种污染物的污染，尤其是使用在污水深度处理装置的反渗透膜系统，污染更是经常发生一般情况下，经过标准化后的产水量下降15%左右，进水和浓水之间的系统压降升高到初始值的1.5倍，产水水质有明显下降，就需要对膜元件进行化学清洗。
化学清洗时，首先要判断污染物种类，然后根据膜的特性选择合适的清洗配方和清洗工艺。清洗时要注意控制清洗液的pH值、温度和清洗液的流量。为了保证冲洗效果，具备条件的可以采用分段清洗的方法进行化学清洗。目前国内及国际已经有专业化生产的膜专用清洗药剂供选择使用。清洗效果可以通过比较清洗前后的装置的脱盐率、产水量和压降等性能来确认。
6、对膜元件进行离线化学清洗
当膜系统经过多次在线化学清洗后无法恢复性能，或者膜系统受到重度污染后，则需要对膜元件进行离线化学清洗。膜元件的重度污染是指污染后的单段压差大于系统投运初期单段压差值的2倍以上、反渗透系统产水量下降30%以上或者单支反渗透膜元件质量超过正常数值3kg以上的情况。
根据用户原水全分析报告、性能测试结果及所了解的系统信息判断污染类型及清洗流程；必要时再通过特殊的设备、器具作进一步的验证，以确定具体污染物类型，确定所需清洗配方。将拆下了待清洗膜元件在专用离线清洗设备上进行清洗，清洗后经过检测合格后回装投用。相关阅读：污水处理设备安装问题及质量控制策略
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