反渗透膜元件性能劣化分析

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摘 要：水资源的短缺已成为制约钢铁行业发展的瓶颈问题，为降低新水消耗，废水资源化利用为企业的发展提供了新的思路，以废水为水源的双膜法（超滤+反渗透）处理工艺系统中，由于水源水质复杂，使得系统的运行难度越来越大。本文主要针对反渗透膜元件劣化出现的脱盐率降低、产水水质恶化的现象，分析其产生的原因并制定相应的预防措施，避免了反渗透膜污染及性能劣化的现象发生，有效保证产水水质，取得了良好效果。
关键词：反渗透膜；脱盐率；水质；性能劣化
中图分类号：TS275 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0005-01
1 前言
双膜法（超滤+反渗透）组合工艺，由于操作简单、易于管理，运行高效，产水水质稳定，被广泛应于软水、脱盐水的制取，在冶金废水为水源制取软水、脱盐水的深度处理中，双膜法（超滤+反渗透）组合工艺的应用更是广泛，受水源水质的影响膜的污染不可避免。就反渗透膜元件来讲，连续使用年限一般为5—7年，但在实际使用过程中，存在反渗透膜劣化损坏，脱盐率降低、水质恶化、膜更换率高等现象。反渗透膜的劣化损坏直接影响产水品质、影响公司生产效益。
本文主要分析反渗透膜的污染及性能劣化的原因。对反渗透膜进行加压染料试验、剖膜分析查找原因，有针对性进行工艺优化及技术改造，使问题得以解决，保证产水水质，满足生产需求。
2 原因分析及检测方法
反渗透膜元件的结构形式：外观为螺旋型，它的膜形成袋状，袋内有多孔支撑网，袋的开口端与中心管相同，两块袋状膜之间有膜网隔开。然后把这些膜和网卷成一个螺旋式反渗透组件，将此组件在密闭的容器内即成反渗透装置。结构如图1，反渗透膜截面如图2。
优点是：结构紧凑，占地面积小；单位体积中膜的表面积大。
缺点是：容易堵塞，清洗困难，因此对原水的预处理要求较严，由于脱盐层极薄，因此不适于含悬浮固体的料液；料液流动线路短；压力消耗高。
2.1 存在问题
（1）产水电导率升高、水质恶化。（2）清洗频繁、产水通量下降。（3）一段压差增大，可达0.39MPa，二段壓差基本不变。（4）保安过滤器滤芯更换频繁，约0.5个更换一次。
2.2 污染物的初步判断
（1）打开一段进水端膜端板，压力容器内壁有较强的滑腻感，伴有腥臭味，在进水端面有白色块状；打开二段浓水端端板，膜端面较干净，压力容器内壁及抗应力器有滑腻感，伴有较淡的腥臭味。（2）实验。取少量污染物分别用盐酸、氢氧化钠浸泡，分别有如下现象：
酸浸泡：污染物量减少，颜色变淡。
碱浸泡：污染物量减少。
取少量污染物，晒干后用火烧，有类似烧焦羽毛的味道。
根据以上所做的实验、表观现象及工艺特点综合分析，初步判断污染物为以胶体、有机物、微生物为主综合污染物。
2.3 反渗透膜性能劣化判断
（1）反渗透运行过程中，尤其时废水深度处理系统中使用的反渗透膜，由于水质成分复杂、水源水质波动较大，系统段间压差增长较快。清洗、冲洗、停机、倒机、爆破膜等操作较频繁，由于操作不慎或误操作、系统爆破膜损坏、设计不合理等原因导致系统产生背压超过反渗透的自身要求，造成反渗透膜叶片及产水管黏胶处在背压作用下开裂，使浓盐水进入产水中，导致产水水质恶化。（2）膜法水处理工艺在制取软水、脱盐水的过程中，为抑制菌藻滋生需投加杀菌剂其中包括非氧化型杀菌剂、氧化性杀菌剂（次氯酸钠），反渗透进水中要求余氯的含量小于0.05mg/l，超出部分需采用亚硫酸氢钠进行中和，否则氧化反渗透膜，对反渗透膜涂层造成不可逆转的损伤。投加还原剂（亚硫酸氢钠）的浓度过高在反渗透膜元件流道中结晶形成颗粒状，或保安过滤器滤芯失效使给水中的颗粒物无法有效去除。在水流的推动下划伤极薄脱盐涂层，反渗透膜叶片泄露，浓水汇入产水中，导致产水水质恶化。（3）在反渗透膜运行过程中由于阻垢剂投加量偏小或投加设备出现故障，尤其在中水深度处理系统中，反渗透出现二段结垢现象，导致产水水质恶化。
2.4 试验
为进一步确定产水恶化的原因，我们采取反渗透膜元件加压染料方法进行实验。为了确定单支反渗透膜元件脱盐率下降的原因及具体位置，在对反渗透膜元件进行解剖之前，配制染料溶液对反渗透膜元件进行加压运行，所用染料为若丹明B（碱性蕊香红，一种红色荧光染料），产水出现红色代表该反渗透膜元件受到破坏。解剖经过染色处理过的反渗透膜元件，查看染料的漏点，在膜有损坏的区域会残留红色。如果红色染料出现在反渗透膜膜叶和产水集水管黏胶处，说明膜元件受过较大的背压。如果红色染料出现在膜片上呈点状，则说明该膜元件属于膜片划伤。
3 预防措施
（1）对采用废水深度处理的系统，特别是来水氨氮高、COD、细菌总数较高的的系统，在采取合理的预处理工艺的同时，加强水质管理、及时更换过滤器滤芯，并加强对来水的杀菌处理，投加有效的非氧化性杀菌剂；并当系统受到有机微生物污染时，采取必要有效的清洗措施，对系统彻底清洗，消除系统污染。
（2）在防止反渗透膜性能劣化现象方面，应当严格执行系统操作规程，在线控制合理投加阻垢剂、还原剂，及时检查更换保安过滤器滤芯并对给水管道进行冲洗，可有效防止脱盐涂层划伤、二段结垢的现象发生。保证本系统设备无故障运行、平稳升压（30～60S）防止产生水锤现象；增加止回阀或调整纯水箱位置防止产生背压；可有效防止反渗透膜叶片及产水管黏胶处在背压作用下开裂的现象产生。
4 结语
本文对反渗透膜元件污堵严重、反渗透膜脱盐率降低，产水水质恶化的现象现象分析，通过剖膜实验、染料加压试验等方法做进一步验证，并制定相应的预防措施，可有效预防反渗透膜污堵、脱盐率下降、水质恶化及反渗透膜性能劣化现象发生，为保证反渗透系统的稳定运行提供技术支撑，在反渗透系统中具有推广价值。
参考文献
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[2]窦照英，张烽，徐平.反渗透水处理技术应用问答[M].北京：化学工业出版社，2004.
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