反渗透膜污染的简述

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摘 要：随着反渗透水处理技术的不断发展，反渗透膜水处理已成为当前先进的水处理脱盐技术，其应用领域也越来越广。然而伴随反渗透水处理的应用，膜污染问题已成为其最大的制约因素之一。如何防止膜的污染及膜污染后的清理是一个重点和难点问题，膜污染不仅影响膜的性能，缩短膜的使用寿命，使膜的透水量下降，产水量降低，水质变差，耗费人力物力，增加运行费用和操作费用。因此，反渗透膜的污染的防治与清洗对于反渗透水处理工艺的发展至关重要。
关键字：反渗透；膜污染；预防；清洗
1 反渗透基本原理
对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想半透膜。当把相同体积的稀溶液（例如淡水）和浓溶液（例如盐水）分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与浓溶液的种类、浓度和温度有关而与半透膜的性质无关。若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透。 反渗透是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普遍的应用实例便是在水处理工艺中，用反渗透技术将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。
然而，在这种膜处理工艺过程中，反渗透膜元件会受到在给水中可能存在的悬浮物质或难溶物质的污染，这些污染物中最常见的为碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机或生物沉积物。各类污染物可能污染了反渗透膜，从而影响膜的性能，如不及时采取恰当的措施，将造成人力物力的浪费，降低了膜的透水量，缩短了膜的使用寿命和使用功效。
2 膜污染
反渗透膜的污染类型可分为颗粒污染、胶体污染、化学污染和微生物污染。由于其在反渗透膜表面的位置，溶解的盐类、悬浮固体及微生物表面的聚积而造成膜污染。膜污染可以由以下过程引起：（a）无机物的沉积（结垢）；（b）颗粒物的沉积（胶体污染）；（c）有机分子的吸附（有机物污染）；（d）微生物的黏附及生长（生物污染）。
2.1 悬浮物和胶体颗粒
悬浮物和胶体是污堵反渗透膜的主要元素也是造成SDI值超标的主要原因，悬浮物、胶体污染的初期标志是反渗透系统的给水/浓水压差增大。给水中的淤泥胶体来源通常有细菌、大分子有机物、黏土、胶体硅，不溶解的金属铁的腐蚀产物，腐殖酸产物，以及预处理系统内过多的聚合物与反渗透系统中带电荷的阻垢剂结合沉淀。其中0.3—0.5 微米的悬浮颗粒和胶体最易引起膜的污染。
去除方法：常规的方法有混凝澄清、直流凝聚过滤、介质过滤、滤芯过滤、氧化（除铁、锰）过滤的深度过滤，还有近期兴起的微滤和超滤是处理浊度及非溶解有机物的有效方法。
2.2 难溶盐（CaCO3、CaSO4）沉淀
常用的防止难溶盐沉淀的方法有1）、软化法，通常采用石灰-苏打和离子交换树脂软化，钙离子、锶离子、钡离子，钠离子交换树脂软化，适用于小型苦咸水反渗透处理不适于海水，采用强阳离子交换树脂软化，钙离子、锶离子、钡离子除去率高于95%，可避免碳酸盐垢和硫酸盐垢。2）酸化法，加入硫酸或盐酸以降低进水的碱度使之达到pH5-6就可防止碳酸钙沉淀。3）添加阻垢剂，如羧酸聚合物类磷酸盐类、磺酸其盐类、聚丙烯酰胺类、混合剂阻垢剂。4）多元处理5）控制运转条件。
2.3 有机物污染
天然水中的有机物大多来自土壤中的腐殖质、生活污水和工业废水。有挥发性低分子化合物如醇、酮、氨等，有极性阴离子型化合物如丹宁酸等，也有非极性弱离解的化合物如植物性蛋白等。它们呈悬浮、胶体、溶解三种形态存在于水中。
对于不同的有机物种类应对应不同的去除方法，1）低分子易挥发有机物，可用脱气法除去；2）弱解离的大分子有机物可用吸附树脂除去；3）非极性、中高分子量的有机物可用活性炭吸附法去除；4）在某些情况下可用超滤和微滤去除有机物。
由于可溶有机物与胶体不同，在天然水中处于真溶液状态的小分子有机物亲水性强，占有机物的主要部分，在水中虽呈负电性，但其为溶液状态，不可能被凝聚，所以用沉降或混凝法无法去除。而用活性炭吸附几乎可除去所有可溶性有机物且活性炭能可再生，但有些可溶有机物不能被活性炭吸附如酚、醇等需要用氧化法处理，因此不同有机物应恰当选择合适的活性炭。用氯或NaClO进行氧化，几乎能除去可溶性的、胶体状的和悬浮性有机物，现在应经有大量的水处理厂采用臭氧灭菌和除去有机物代替了可能产生致癌卤代物的加氯处理，使用效果好，但成本相对较高。
2.4 微生物污染
基本上所有的原水中都含有微生物，即病毒、细菌、真菌、藻类、热源还有其他高等生物。这些微生物在进入反渗透膜过程中，以渗透膜为载体，借助反渗透浓水段浓缩的营养盐而繁殖生长，使产水量和脱盐率下降，并使产品水被污染，且使膜的寿命缩短。
反渗透膜污染可能有3种可能原因，1）反渗透膜受到垂直的动力，会将细菌迁移到截流表面；2）反渗透系统有较大的膜表面积，增加了黏附细菌的机率；3）预处理过程中引进了微生物污染源或提供了微生物适宜的生长环境。
防止反渗透膜微生物污染至今仍采取杀菌措施，没有确切的控制标准。常采用氯化及其他杀生药剂消毒如加氯、次氯酸钠或二氧化氯、异噻唑啉酮等；紫外线杀菌；还有臭氧的消毒和灭菌。在水处理过程中通过对反渗透膜进行预防定期消毒，定期采取加入杀菌剂冲击性杀菌，用高剂量亚硫酸氢钠给水处理和定期对污染膜杀菌的手段可有效防止微生物污染。
3 结语
膜污染问题对于反渗透水处理系统的运行和效益起着至关重要的作用，它抑制膜的性能，使生产效益大大降低，同时缩短膜的使用寿命。因此，了解膜污染来源和采取正确的措施防止膜污染在生产中显的很重要。
参考文献
[1]《反渗透水处理应用技术》 张葆宗 主编 中国电力出版社；
[2]《反渗透水处理应用技术及膜水处理剂》 周正立 主编 化学工业出版社；
[3]《反渗透水处理系统工程》 冯逸仙 编著 中国电力出版社。
作者简介
原振帮（1991-），男，汉族，河南省洛阳人，郑州大学给水排水2011级本科生。
文海洋（1990-），男，汉族，河南省郑州人，郑州大学给水排水 2011级本科生。