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反滲透膜性能下降原因及污染鑒別方法
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滲透是一種物理現象。當兩種含有不同鹽類的水,如用一張半滲透性的薄膜分開就會發(fā)現,含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的水中,而所含的鹽分并不滲透,這樣,逐漸把兩邊的含鹽濃度融合到均等為止,這一過程稱為滲透。然而,要完成這一過程需要很長時間。但如果在含鹽量高的水側,試加一個壓力,其結果也可以使上述滲透停止,這時的壓力稱為滲透壓力。如果壓力再加大,可以使方向相反方向滲透,而鹽分剩下。因此,反滲透除鹽原理,就是在有鹽分的水中(如原水),施以比自然滲透壓力更大的壓力,使?jié)B透向相反方向進行,把原水中的水分子壓力到膜的另一邊,變成潔凈的水,從而達到除去水中雜質、鹽分的目的。
RO膜原理圖
反滲透又稱逆滲透,一種以壓力差為推動力,從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對膜一側的料液施加壓力,當壓力超過它的滲透壓時,溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側得到透過的溶劑,即滲透液;高壓側得到濃縮的溶液,即濃縮液。若用反滲透處理海水,在膜的低壓側得到淡水,在高壓側得到鹵水。
反滲透時,溶劑的滲透速率即液流能量N為:N=Kh(Δp-Δπ)(式中Kh為水力滲透系數,隨溫度升高稍有增大;Δp為膜兩側的靜壓差;Δπ為膜兩側溶液的滲透壓差)。稀溶液的滲透壓π為:π=iCRT(式中i為溶質分子電離生成的離子數;C為溶質的摩爾濃度;R為摩爾氣體常數;T為絕對溫度。)
反滲透通常使用非對稱膜和復合膜,所用的設備主要是中空纖維式或卷式的膜分離設備。反滲透膜能截留水中的各種無機離子、膠體物質和大分子溶質,從而取得凈制的水。也可用于大分子有機物溶液的預濃縮。由于反滲透過程簡單,能耗低,近20年來得到迅速發(fā)展。現已大規(guī)模應用于海水和苦咸水(見鹵水)淡化、鍋爐用水軟化和廢水處理,并與離子交換結合制取高純水,目前其應用范圍正在擴大,已開始用于乳品、果汁的濃縮以及生化和生物制劑的分離和濃縮方面。
過濾膜以截留原水顆粒的大小分類,膜孔從粗到細分為微濾膜(MF),超濾膜(UF),納諾濾膜(NF)和反滲透膜(RO)。MF膜孔徑0.05um以上,或為1000以上分子量,以去除膠體、高分子有機物為對象。NF膜孔徑為100~1000分子量。它去除的物質在UF與RO之間,以去除三鹵甲烷、異味、色度、農藥、可溶性有機物、Ca、Mg等。RO分離粒徑為數十分子量,以去除食鹽類和無機鹽為對象。
水處理濾膜是固液分離技術,它是以膜孔把水濾過,將水中雜質截留,而沒有化學變化,處理簡易的技術,但因膜孔非常細小,相應的存在某些技術問題。在給水也有用生物膜處理原水的方法,但它與過濾膜分離技術不同。用作膜分離的叫做membrance,用作生物膜處理的膜叫做film。
設備在使用過程中除了膜性能的正常衰減外,由于污染而引起設備性能的衰減更為嚴重。通常的污染主要有化學垢,有機物及膠體污染,微生物污染等。不同的污染表現出的癥狀是不同的。不同的膜公司所提出的膜污染的癥狀也是有一定的差異。
污染時間的長短不一樣其癥狀也不一樣。如膜發(fā)生碳酸鈣垢污染,污染時間為一個星期時,主要表現為脫鹽率的迅速下降,壓差緩慢增大,而產水量變化不明顯,用檸檬酸清洗陶氏膜能完全恢復性能。
鑒別污染類型要綜合原水水質,設計參數,污染指數,運行記錄,設備性能變化及微生物指標等加以判斷:
(1)膠體污染:發(fā)生膠體污染時,前處理中微濾器堵塞得很快,尤其是壓差增大很快,SDI值通常在2.5以上。
(2)微生物污染:發(fā)生微生物污染時,RO設備的透過水和濃縮水中的細菌總數都比較高,平時一定沒有按要求進行保養(yǎng)和消毒。
(3)鈣垢:可依據原水水質及設計參數進行判斷。對碳酸鹽型水而言,如果回收率為75%時,設計時投加了阻垢劑,濃縮液的LSI應小于1;不投加阻垢劑時濃縮液的LSI應小于零,一般不會產生鈣垢。
(4)對清洗液進行化學分析:取原水、清洗原液、清洗液三個樣分析。
(5)可用酸洗(如檸檬酸、稀HNO3),根據清洗的效果和清洗液判斷鈣垢,通過清洗液成分分析進一步證實。
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