【工業(yè)污水處理】反滲透系統(tǒng)中膜的常見污染問題及控制
反滲透系統(tǒng)在日常的運(yùn)行中，難免會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)的無機(jī)物結(jié)垢、膠體顆粒物的沉積、微生物的滋生、化學(xué)污染以及其它問題，這些因素影響著系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。下面主要闡述膜系統(tǒng)在日常中出現(xiàn)的問題及控制方法。
一、無機(jī)物的結(jié)垢
在水中存在Ca2＋、Mg2＋、Ba2＋、Sr2＋、CO32－、SO42－、PO43－、SiO2等離子。在一般的情況下是不會(huì)造成無機(jī)物結(jié)垢，但是在反滲透系統(tǒng)中，由于源水一般濃縮4倍，并且pH也有較大的提高，因此比較難溶解的物質(zhì)就會(huì)沉積，在膜表面形成硬垢，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力升高、產(chǎn)水量下降，嚴(yán)重的還會(huì)造成膜表面的損傷，使系統(tǒng)脫鹽率降低。
衡量水質(zhì)是否結(jié)垢有兩種計(jì)算方法：
控制苦咸水結(jié)垢指標(biāo)
對(duì)于濃水含鹽量TDS≤10,000mg/L的苦咸水，朗格利爾指數(shù)（LSIC）作為表示CaCO3結(jié)垢可能性的指標(biāo)：
LSIC=pHC-pHS
式中：LSIC：反滲透濃水的朗格利爾指數(shù)
pHC：反滲透濃水pH值
pHS：CaCO3溶液飽和時(shí)的pH值
當(dāng)LSIC≥0，就會(huì)出現(xiàn)CaCO3結(jié)垢。
控制海水及亞海水結(jié)垢指標(biāo)及處理方法：
當(dāng)濃水含鹽量TDS>10,000mg/L的高鹽度苦咸水或海水水源，斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)（S&DSIC）作為表示CaCO3結(jié)垢可能性的指標(biāo)。
S&DSIC=pHC-pHS
式中：S&DSIC：反滲透濃水的斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)
pHC：反滲透濃水pH值
pHS：CaCO3溶液飽和時(shí)的pH值
當(dāng)S&DSIC≥0，就會(huì)出現(xiàn)CaCO3結(jié)垢。
其它無機(jī)鹽結(jié)垢預(yù)處理的控制方案
碳酸鈣結(jié)垢預(yù)處理的控制方案
在反滲透系統(tǒng)的結(jié)垢中，以碳酸鹽垢為主，大多數(shù)地表水和地下水中的CaCO3幾乎呈飽和狀態(tài)，由下式表示CaCO3化學(xué)平衡：
Ca2++HCO3–<——>H++CaCO3
從化學(xué)平衡式可以看出，要抑制CaCO3的結(jié)垢，有幾種途徑：
降低Ca2+的含量
降低了Ca2+含量，可以使化學(xué)平衡向左側(cè)移動(dòng)，不利于形成CaCO3垢。
達(dá)到這種目的的方法有：離子交換軟化法、石灰軟化法、電滲析、納濾等方法，他們都能有效地降低的Ca2+含量，從而達(dá)到抑制鈣垢的生成。
Ca2+的增溶
主要是以增加Ca2+的溶解度，從而降低結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。
方法：添加螯合劑、阻垢劑，增加Ca2+的溶解度，使平衡向左移動(dòng)。
調(diào)節(jié)pH值
主要是通過添加無機(jī)酸，從而提高H+的濃度，使平衡向左移動(dòng)?；瘜W(xué)原理如下：
CO2+H2O<——>H2CO3――――-⑴
H2CO3<——>H++HCO3-――――⑵
HCO3-<——>H++CO32-――――⑶
離子交換除堿法
主要是通過降低CO32-的濃度來降低碳酸鈣結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。
硫酸鈣結(jié)垢預(yù)處理的控制方案
離子交換除鈣
石灰軟化除鈣
添加反滲透專用阻垢劑
氟化鈣結(jié)垢預(yù)處理的控制方案
離子交換除鈣
石灰軟化除鈣
陰樹脂交換
添加反滲透專用阻垢劑
硫酸鍶結(jié)垢預(yù)處理的控制方案
離子交換除鍶
陰樹脂交換
添加反滲透專用阻垢劑
硫酸鋇結(jié)垢預(yù)處理的控制方案
離子交換除鋇
陰樹脂交換
添加反滲透專用阻垢劑
硅酸鹽結(jié)垢預(yù)處理的控制方案
預(yù)處理中的過濾
石灰軟化
提高進(jìn)水的溫度
提高進(jìn)水的pH值
添加硅分散劑
二、膠體、顆粒物沉積
膠體、顆粒物污染是比較常見的反滲透系統(tǒng)污染。水中大量存在粘泥、膠體硅、金屬的氧化物及有機(jī)質(zhì)等顆粒物，在反滲透系統(tǒng)預(yù)處理中可以將源水中的這些污染源控制在一定程度，不致使對(duì)系統(tǒng)短期運(yùn)行造成一定的影響。但由于系統(tǒng)長時(shí)間的運(yùn)行預(yù)處理處理效果不理想、預(yù)處理反沖洗不徹底、操作人員的日常操作不到位等原因，都會(huì)造成系統(tǒng)膠體、顆粒物的污染。
針對(duì)膠體污染，通過淤泥密度指數(shù)（SiltDensityIndex，SDI）來衡量。SDI數(shù)值反應(yīng)了在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，孔徑為0.45um測(cè)試膜片被測(cè)試給水中的淤泥、膠體、黏土、硅膠體、鐵的氧化物、腐植質(zhì)等污染物堵塞的比率和污染程度。
測(cè)試如下：首先應(yīng)充分排除過濾池中的空氣壓力，使給水以30psi的恒定壓力通過直徑為Φ47mm、孔徑為0.45um的測(cè)試濾膜后開始測(cè)定：首先測(cè)定開始通過濾膜的500毫升水所需要的時(shí)間T0；在使水連續(xù)通過濾膜15分鐘（T）后，再次測(cè)得通過濾膜的500毫升水所需要的時(shí)間T1；在取得以上3個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)之后，由此可以計(jì)算出該水源的SDI值：
即SDI=（1-T0/T1）×100/T
在實(shí)際中，當(dāng)T1為T0的四倍時(shí)，SDI為5；在SDI為6.7時(shí)，水會(huì)完全堵塞測(cè)試膜，而無法取得時(shí)間數(shù)據(jù)T1，在這種情況下需要對(duì)反滲透預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使其SDI值降至5.0以下。SDI值不能反應(yīng)完全反滲透系統(tǒng)的污堵情況，因?yàn)镾DI儀測(cè)試是死端過濾，而反滲透系統(tǒng)是錯(cuò)流過濾。
為了防止反滲透系統(tǒng)膠體污染，我們要求進(jìn)水SDI值小于5（最好是小于3），這樣有利于系統(tǒng)長期安全運(yùn)行。
降低反滲透進(jìn)水膠體、顆粒物污染最有效的方法： 合適的預(yù)處理（錳砂過濾、多介質(zhì)過濾、活性炭過濾、超濾、微濾等等）； 添加膠體分散劑； 系統(tǒng)預(yù)防性的清洗；
三、微生物的污染
自來水一般通過控制余氯來抑制微生物的滋生，但是余氯有較強(qiáng)的氧化性，它能使反滲透膜表面氧化，影響膜的壽命和產(chǎn)水水質(zhì)，因此反滲透系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)余氯要求非常嚴(yán)格（<0.1），這給微生物的生存繁殖提供了有利的環(huán)境。微生物生長及排泄出的酸性粘泥會(huì)堵塞膜的微孔，致使壓差上升，給系統(tǒng)的安全運(yùn)行埋下了嚴(yán)重的安全隱患。
微生物的污染也是最常見的污染，經(jīng)過大量的元件解剖及污染物分析實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)污染是由微生物的繁殖引起的。
微生物污染過程主要有以下階段：第一階段腐殖質(zhì)、聚糖至于其他微生物代謝產(chǎn)物等大分子在膜面上的吸附，形成具備微生物生存條件的生物膜；第二階段進(jìn)水微生物中黏附速度快的細(xì)胞形成初期黏附過程（生物膜生長緩慢）；第三階段后續(xù)大量菌種的黏附，特別是EPS（細(xì)胞聚合物，ExtracelluarPolymers.它黏附在膜面上的細(xì)胞體包裹起來，形成黏度很大的稅和凝膠層，進(jìn)一步增強(qiáng)了污垢和膜的結(jié)合力）的形成，加劇了微生物的繁殖和群聚；第四階段生物污染的最終形成階段，生物膜的生長和脫除達(dá)到平衡。造成膜的不可逆的堵塞氏過濾阻力上升，膜通量下降。
抑制反滲透系統(tǒng)微生物繁殖的方法：
反滲透進(jìn)水微生物的控制。通過源水的菌藻控制（一般通過控制余氯），盡量減少預(yù)處理的死角，防止微生物繁殖；
反滲透系統(tǒng)微生物控制。通過連續(xù)式或間歇式加入非氧化性且對(duì)膜沒有影響的殺菌劑，可以有效地控制和殺死反滲透系統(tǒng)滋生的微生物，再通過濃水將其帶出系統(tǒng)。
四、化學(xué)污染
化學(xué)污染是指進(jìn)水中某些物質(zhì)與膜面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起沉積、沉淀以及膜表面的非常規(guī)老化，使膜表面發(fā)生污染或使膜的性能變差。
常見的情況有：預(yù)處理時(shí)絮凝劑選用不當(dāng)；運(yùn)行時(shí)阻垢劑的選用不當(dāng)；清洗時(shí)清洗藥劑選用不當(dāng)；預(yù)處理控制不嚴(yán)格，致使進(jìn)水中帶入對(duì)膜有危害的物質(zhì)（如：余氯的超標(biāo)導(dǎo)致膜面活性層的氧化）。
化學(xué)污染處理主要從系統(tǒng)預(yù)處理的完善及操作人員技術(shù)水平的提高來進(jìn)行預(yù)防，污染一旦產(chǎn)生很難清洗或者很難使膜的性能恢復(fù)。
除了上述幾種常見的問題，我們也會(huì)碰到沙礫、活性進(jìn)入膜系統(tǒng)造成膜的劃傷，這些主要是預(yù)處理的缺陷或者操作的失誤造成，這些也應(yīng)該引起足夠的重視。
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