反滲透膜分離設備

發(fā)布時(shí)間：2022-04-18 09:50 瀏覽次數：

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工藝介紹

  反滲透膜分離技術(shù)實(shí)際應用中,不可避免產(chǎn)生膜污染現象,且膜污染問(wèn)題是影響該技術(shù)穩定性的決定因素,因此考察膜污染形成機理、對膜污染進(jìn)行清洗是反滲透系統正常運行、防止其發(fā)生故障的重要保證。

  一、膜污染定義

  膜污染是指與膜接觸的料液中微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子與膜發(fā)生物理、化學(xué)相互作用或因濃差極化使某些溶質(zhì)在膜表面的濃度超過(guò)其溶解度及因機械作用而引起的在膜表面或膜孔內的吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞,使膜產(chǎn)生透過(guò)流量與分離特性不可逆變化現象。

  污染物尤其是蛋白質(zhì)等大分子在膜表面和膜孔內的吸附所引起的通量衰減及分離能力的降低,是造成膜通量衰減的主要原因。但膜污染引起的通量衰減又往往和濃差極化現象引起的可逆通量下降混合在一起,使得膜分離效果進(jìn)一步降低。

  二、膜污染產(chǎn)生原因 

  反滲透系統在運行過(guò)程中,廢(污)水中的金屬離子、微生物、不易溶解的沉淀、有機污染物、生物粘泥、膠體、油脂等長(cháng)時(shí)間與膜接觸,會(huì )引起膜污染,使膜的通量及分離性能明顯降低、壓降升高。

  其原因主要包括以下幾方面: 

  1、濃差極化在反滲透脫鹽系統中,膜的選擇透過(guò)性,使水分子不斷從高壓側透過(guò)膜,而溶質(zhì)分子仍殘留于原溶液中導致膜表面上的料液和進(jìn)口料液之間產(chǎn)生一個(gè)濃度差,嚴重時(shí)會(huì )產(chǎn)生很高的濃度梯度,這種現象稱(chēng)為濃差極化。濃差極化使料液滲透壓增大,有效推動(dòng)力減小造成透水速度和脫鹽率下降。

  2、離子結垢CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2及SiO2等溶度積較小的鹽類(lèi),在反滲透過(guò)程中可能會(huì )因濃縮超過(guò)其溶度積而析出,產(chǎn)生沉積物停留在膜表面上及進(jìn)水通道內形成水垢。例如:CaCO3的溶度積是8.7×10-9(25℃)即[Ca2+]?[CO32-]大于8.7×10-9時(shí),CaCO3就會(huì )沉淀下來(lái)。J.H.Bruus等發(fā)現,當從污泥中提取Ca2+后,導致小顆粒數量及過(guò)濾阻力增加。

  3、金屬氧化物沉積一般含有低價(jià)鐵離子和錳離子苦咸水范圍的某些井水水源具有一定還原性,此類(lèi)水源造成膜污堵的主要原因就是鐵、鋁、錳等在膜表面產(chǎn)生膠體顆粒污堵。鐵發(fā)生氧化所需的pH值較低,使得反滲透 萊特萊德純水機水處理設備系統發(fā)生鐵污堵現象較頻繁。引起膜面上沉積可溶性二價(jià)鐵和三價(jià)鐵的相關(guān)污染物可能情況為:氧氣進(jìn)入到含二價(jià)鐵的進(jìn)水中;高堿度水源形成FeCO3;鐵與硅反應形成難溶性的硅酸鐵;受鐵還原菌氧化作用影響,將會(huì )加劇生物膜滋生和鐵垢的沉積;由含鐵絮凝劑轉變引起的膠體狀鐵;鐵、鋁、錳等產(chǎn)生金屬污染后的特征表現為產(chǎn)水量降低,壓差上升。

  4、生物污泥的生成,當膜表面覆蓋生命力旺盛的微生物污泥時(shí),膜所除去的鹽類(lèi)將陷于黏層中,不易被水沖走,為微生物繁殖提供了豐富的營(yíng)養物質(zhì),同時(shí)反滲透進(jìn)水前預處理時(shí)加入的阻垢劑(如聚馬來(lái)酸,氨基三甲基磷酸等)、軟水劑等又能促進(jìn)微生物生長(cháng)。有機與無(wú)機的溶解性物質(zhì)以及顆粒物,可以通過(guò)有效的預處理被去除,但可繁殖的微生物顆粒,經(jīng)預處理后即使剩余0.01%,還能利用水中可生物降解的物質(zhì)進(jìn)行自身繁殖,這也是生物污泥在任何系統中都會(huì )造成污染的主要原因之一。

  5、膠體物污染地下水及地表水均含有鐵、鋁、硅、有機質(zhì)等物質(zhì),它們和預處理時(shí)加入的混凝劑、助凝劑、阻垢劑等形成膠體沉積在膜表面造成膠體污染。硅酸膠體在水中會(huì )萊特萊德純水機水處理設備水解生成Si(OH)4,并在一定條件下發(fā)生聚合反應:mSi(OH)4-(SiO2)m+2mH2O生成SiO2膠,并分級電離,放出H+形成呈負電性的膠體,其結構式為: [m(SiO2).nSiO3-2.2(n-x)H+]-2x2xH+膠體物污染難處理是由于帶有同種電荷,比較穩定,不易沉降,易污染膜,導致水通量下降。一般這種趨向用污染指數(SDI)進(jìn)行評價(jià)。通常當SDI<3時(shí),膜表面不產(chǎn)生此類(lèi)污;當SDI>3時(shí),會(huì )發(fā)生污堵。 

  6、水錘現象對于反滲透系統,由于設計不恰當及在開(kāi)始調試階段,裝填膜的膜殼內有大量的空氣,當待處理液瞬間進(jìn)入膜殼時(shí),由于空氣具有可壓縮性,且瞬間不可能完全排盡,當空氣在膜殼內達到一定壓力時(shí),會(huì )突然爆破釋放,引起反滲透在膜殼內相互撞擊、擠壓以及竄動(dòng),產(chǎn)生“水錘”現象。在反滲透系統中,水錘的危害在于造成無(wú)法恢復的反滲透膜元件損傷。

  7、懸浮顆粒物的污染,當保安過(guò)濾器有“短路”或缺陷造成過(guò)濾介質(zhì)、腐蝕碎片及異物(如小芯絨線(xiàn))等的泄漏或反滲透初次投用沖洗不徹底時(shí),可能使膜元件受到污染,使進(jìn)水通道堵塞和膜面上形成非晶體沉淀。這種情況少遇到。

  8、其他因素造成的污染碳氫化合物和硅酮基的油及脂能覆蓋于膜表面,致使膜受到污染;膜的水解、有機溶劑及氧化性物質(zhì)侵蝕等也會(huì )造成膜材料的本質(zhì)改變。

  三、反滲透設備常用預處理工藝

  為了保證反滲透系統的順利進(jìn)行，需要針對不同的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行預處理。對于反滲透系統，習慣地把進(jìn)水分為地下水、自來(lái)水、地表水、海水、廢水(中水)等，這些水體受各種因素的影響，不同的地理條件，不同的季節氣候導致水體的特性及其所含的雜質(zhì)有所不同，因此反滲透預處理工藝也會(huì )有所不同。

  四、合理地預處理應該能滿(mǎn)足如下要求：

  1、反滲透預處理必須能夠去除原水中的絕大多數雜質(zhì)，達到進(jìn)水要求;  

  2、反滲透預處理必須考慮水質(zhì)的變化，防止原水水質(zhì)波動(dòng)時(shí)影響整個(gè)系統的穩定運行;  

  3、反滲透預處理工藝必須能夠高效、穩定的運行，同時(shí)盡量簡(jiǎn)化流程，降低投資和運行成本;  

  五、目前流行的方法主要有以下幾種：

  1、物理法物理方法包括①沉淀法或氣浮分離法，②砂過(guò)濾、預涂層(助濾劑)過(guò)濾、濾筒過(guò)濾、精過(guò)濾等，③活性炭吸附法，④冷卻或加熱。

  2、化學(xué)法化學(xué)方法包括①氧化法：利用臭氧、空氣、氧、氯等氧化劑進(jìn)行氧化，②還原法，③pH值調節法

  3、光化學(xué)法光化學(xué)預處理方法主要指紫外線(xiàn)照射采用哪一種預處理方法，不僅取決于料液的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，而且還要根據在膜分離過(guò)程中所用組件的類(lèi)型構造作出判斷實(shí)際運行中的故障，一方面是由于膜表面上的分離所帶來(lái)的直接污染;另一方面與膜組件本身的構造有關(guān)。預處理所需要達到的標準，根據所用的膜件的不同也不一致。