反滲透膜的應用和清洗

 應用反滲透（Reverses Osmosis，RO）膜分離技術實施高濃度有機廢水的深度凈化處理，可極大的改善處理后水質，使處理后水中的污染物含量降到最低水平；目前，在應用于高濃度有機廢水的處理項目中，多數企業對反滲透系統并不陌生，但由于沒有系統的掌握反滲透的應用技巧，不能保證系統的良好穩定運行。所以，在擬定應用反滲透進行廢水深度處理之前，必須認真考察使用環境和使用條件，從系統設計到設備制造以及運行方式，每一步都必須經過嚴格考證，針對不同的源水水質條件，根據膜自身的性能，合理選配相應的膜產品。在工藝制定之初，還須考慮到系統的完整性、后續增容改造的可能性；此外，在合理地工藝配置條件基礎上，還應提高控制系統的自動化程度，完善控制系統的功能性，從而保證系統在安全狀態下，長期、穩定地運行。

       1、深度凈化處理

       深度凈化處理是指在原有凈化結果的基礎上，采用更高分離精度的凈化系統進行再次處理，較為徹底的分離去除原水中絕大部分的痕量雜質，使終端水質更為潔凈；

       1.1 不同種類的反滲透膜

       膜產品的改良一直是迎合著實際應用需要來進行的，金無足赤，單一品種的膜產品往往只對應較窄的應用范圍，“反滲透”是指人為逆向施壓克服自然滲透的一種操作方式，而非膜產品的名稱，人們通常說的“納濾”其實也是反滲透，正確地理解應該是“可在納米尺度范圍內實現選擇性分離的過濾”，應針對實際情況，根據不同膜產品的具體適用范圍加以選擇，對于較高溶質濃度的液體分離，還應該輔以其它處理工藝，分段分梯度進行處理，以減輕膜系統的負擔，延長系統使用壽命；
針對不同的膜材料和制備工藝，膜本身的荷電性和微孔結構也有所區別，其組件形式和斷面結構也不同，大致可分為以下幾種：

       1.1.1 芳香族聚酰胺材質的卷式膜

       卷式膜組件多為復合膜，即在微米級過濾基材上涂覆致密濾層，此種類型的膜同樣為單表皮層的不對稱膜，并且同樣為外壓膜；特點是截留精度高，操作壓力大，機械強度較高，由于其滲透壓較大，不可以通過反向沖洗清除進入膜微孔的溶質粒子，只能進行正向等壓沖洗，對反沖洗液的純凈度同樣要求極高，不潔凈的沖洗液會直接污染膜表面，影響清洗后的通量恢復；同時，在對系統進行化學清洗時，還應針對不同的污染性狀配置相應的清洗液，錯誤使用清洗液的化學性質會直接影響膜表面，致使膜的分離性能遭受不可逆的損傷；
 

       （反滲透設備） （反滲透膜組件）

       1.1.2 醋酸纖維素材質的中空纖維反滲透膜
 

 
        醋酸纖維素材料本身的化學穩定性級機械強度均高于芳香族聚酰胺，其抗氧化性是芳香族聚酰胺的10～100倍，抗拉伸及撕裂強度是芳香族聚酰胺的3～5倍；用改性醋酸纖維素制成中空纖維狀的反滲透膜，單位體積的表面積大于卷式膜，其組件形態的特殊性使得中空纖維膜組件的抗污染性幾倍于卷式膜組件，更為適用于高濃度溶質的液體分離；應用中空纖維膜組件可在同等條件下得到較高的膜表面流速，使膜表面不易污堵結垢，壽命可延長2～3倍；
       1.2 反滲透膜的脫鹽率
對于反滲透膜的分離性能，脫鹽率僅是其中之一，膜的脫鹽率多根據分離處理后透過液中鹽類濃度計算得知；脫鹽率為原料液與透過液鹽濃度差與原料液鹽濃度的百分比，用來定義反滲透過程對透過液一側無機鹽濃度的降低程度，用百分率表示，計算方法為：脫鹽率V＝（原液濃度A－透過液濃度B）÷原液濃度A×％
 
       不同的反滲透膜品種和微孔結構體現了不同的脫鹽效果，在確定選擇有效分離效果的反滲透膜時，如何延長膜組件的使用壽命成為關鍵，相對于水中離子污染物較多的脫鹽過程，并非一定要選擇高脫鹽率的反滲透膜組件，由于過小體積的離子污染物對膜微孔容易造成堵塞（多為電中性物質），對膜組件構成致命傷，故應具體分析水中的污染成分，在保證系統凈化效果的基礎上，適度的允許部分此類物質透過，避開對膜表面微孔的污堵形成，才能保證膜系統長期穩定的運行；對于反滲透膜而言，其分離過程不單純是一個表面過濾，分離效果與膜本體材質的荷電性及操作方式有關，主要體現為反滲透膜對不同離子荷電性具有相應的選擇，膜表面會形成道南電勢，因此更全面的解釋不單是膜的孔徑大小，膜的表面化學特性也很關鍵，孔結構是重要因素，但不是唯一因素，另一重要因素是膜表面的化學性質；此外，反滲透膜分離過程還受諸如液體溫度、使用環境等因素影響，同樣地膜系統配置在不同的使用條件下所表現出的脫鹽率也是不同的。
      
       1.3 反滲透膜的清洗
 
       1.3.1 反滲透膜的清洗方式：

       反滲透膜組件的清洗方式不同于超濾，其反向清洗僅針對于進料端被嚴重污堵的組件，并且不能在膜的透過液一側反向施壓，以免使膜本身出現機械性損傷，此處的反向清洗是指在膜組件的濃排端泵入清洗液，在膜外側進行組件內循環，使清洗液流經膜表面，適當的流速在膜表面形成一定的沖刷力，將系統內和膜表面的污染物清除排出；

       1.3.2 由清洗液確定的清洗方式

       根據清洗液的不同，分為原料液沖刷、清洗液（水）清洗，化學清洗等方式，原料液沖刷指在系統正常運行過程中，定期的提高系統內循環流速，以提高原料液對膜表面形成的沖刷力，將系統內被濃縮的污染物排出；清洗液清洗一般用潔凈的水，通過正向或反向操作對膜表面和膜本體內部的污染物進行清除；化學清洗針對系統內污染性狀的不同，配制相應的化學清洗劑，將化學藥劑與污染物產生的化學反應作用于膜，使膜在特定的化學條件下恢復原有的性能；

       1.3.3 清洗液的潔凈度要求

       清洗液的潔凈度直接影響清洗效果，清洗液中較多的雜質及顆粒物在對膜系統造成二次污染的同時還會對膜表面造成一定的機械性損傷；用于反向清洗的清洗液中小分子雜質應盡可能的少，較為理想的清洗溶劑為反滲透系統的透過液；

       1.3.4 清洗溫度對清洗效果的影響

       清洗液的溫度條件對清洗效果的影響極大，在合理的溫度范圍中，盡可能的提高清洗液溫可更有效地恢復超濾膜的原有性能；首先，較高的清洗溫度可以使清洗液的溶解度和洗潔力有所提高，再者，高于正常工作溫度的清洗液有助于膜微孔的擴張，促進微孔內容污物的排出；

       1.3.5 清洗操作壓力及背壓對清洗效果的影響

       傳統的清洗多采用開放式操作，即一端施壓，另一端開放，清洗效果往往不盡人意；合理的操作壓力應區別正、反向清洗，在原有基礎上確定是否系統背壓，從而改變清洗過程中的動態環境；

       1.3.6 較為合理的科學清洗方式

       系統清洗可有效地清除堆積滯留在膜表面或微孔表面的污染物，但對于透過膜表面微孔滯留在支撐層內的溶質（多位膠體粒子），則難以透過膜本體或通過沖洗清除，造成不可逆的堵塞：根據膜分離的特性，在靜態恒壓條件下，溶液中的溶質作用于膜表面時，首先表現出基本吸附，對于膜表面微孔則體現為大于微孔尺度的溶質被截留（篩分）；小于微孔尺度的溶質粒子進入微孔，一部分（如膠體粒子）滯留于表皮層內，另一部分隨溶劑透過膜；然而，處于臨界截留范圍內的溶質粒子接觸微孔后，會直接污堵微孔，且逐漸在壓力作用下深入沉積；溶液中的溶劑作用于膜表面時，首先是溶解，繼而滲透的過程，提高微孔對溶液的切割線速可有效地降低溶質對膜的污染，同樣使膜清洗變得相對容易；值得注意的是：不論內壓膜還是外壓膜，過高的膜兩側壓差會對膜造成一定損傷，同時，在進行反向清洗時，不潔的清洗液都還會對膜本體造成二次污染！

       1.3.7  清洗液的系統內滯留問題

       膜分離系統的化學清洗主要為酸法和堿法兩種，具體采用何種方式取決于系統污染性狀，大多數情況下采用兩者交替進行的方法，但一定要注意酸、堿法不能連接進行，以避免酸堿中和產生鹽類析出，合理的酸堿清洗順序應該為：酸洗  水洗（直至PH呈中性） 堿洗  水洗（直至PH呈中性）堿洗  水洗（直至PH呈中性）  酸洗 水洗（直至PH呈中性）
在進行化學清洗之后，系統內的化學清洗液不得滯留或殘留于系統內，必須盡快沖洗排凈，避免對系統造成新的污染；膜表面沉積的鹽類污垢經化學清洗脫落后如不能徹底排出，會堵塞系統流道或形成更大面積的聚積，導致膜組件損壞；系統清洗結束后，不得直接停機擱置，最好讓系統正常運行1小時以上，并于停機前進行濃水外排沖洗，之后才可以進行停機封存；

       1.4 反滲透膜分離技術用于中水深度凈化的特點

       當原水水質條件較差時，完全應用超濾膜實施污物分離不能取得較好的處理后水質，可以在此基礎上，增加配置反滲透系統，進一步實現固液分離……
衡量反滲透膜分離的效果一直是用脫鹽率來表示的，理論上講，脫鹽率為99％以上反滲透膜的透過液極為純凈，幾乎不含任何雜質，但反滲透膜的脫鹽率亦非絕對值，而是相對脫除指標，反滲透膜不僅是一個表面過濾器，其凈化效果還與自身材質（荷電性）有關，再者，操作壓力、表面流速以及系統回收率等條件因素都對脫鹽率有直接的影響，對于系統回收率較高的操作條件下，鹽的透過率增加一般是高壓狀態下的強迫行為；此外，根據道南平衡理論，當提高系統回收率時，系統壓力亦隨之升高，但系統流速隨之降低，此時會減弱膜表面的道南效應，使得靠近膜表面的凈水層難以形成，致使細微的鹽類物質在壓力條件下散落沉積在膜表面，一部分強行透過膜，一部分滯留在膜表面形成結垢，其余隨濃縮液排出；在中水回用項目中，為延長反滲透系統的使用壽命，穩定處理后水質，須合理地配置反滲透前置預處理系統，
各種膜的使用范圍，應根據被分離溶質的性質加以選擇。單從過濾角度來講，一套完善的膜分離處理工藝須構成對被分離物質的梯度處理。如微濾+超濾，又或者超濾+反滲透。
為了降低水中污物對后續系統的污染，前處理中采用中空纖維外壓超濾系統，配置最新專利清洗技術；繼而進行分子級過濾，濾除水中的膠體等污物，出水SDI指數小于3；完全可滿足反滲透系統入口水質要求，從而延長了反滲透系統的使用壽命，保證了系統終端水質的穩定。