反渗透膜结垢的控制分析

反渗透膜结垢的控制分析

陈爱莲

AnalysisonControllingtheScalingofReverseOsmosisMembrane

陈爱莲CHENAi-lian

（广东开源环境科技有限公司，东莞523075）

（GuangdongKaiyuanEnvironmentalScience&TechnologyCo.，Ltd.，Dongguan523075，China）

摘要：介绍反渗透及其工作原理，对反渗透膜结垢进行详细分析，并提出了预防结垢的措施。

Abstract:Thispaperintroducedthereverseosmosisanditsworkingprinciple,analyzedthereverseosmosismembranescalingproblem,andproposedsomefoulingpreventionmeasures.

关键词：反渗透膜；结垢；预处理措施

Keywords:reverseosmosismembrane；scaling；pre-treatmentmeasures

中图分类号：TM621.2文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）13-0321-02

0引言

反渗透是一项高新膜分离技术，其孔径很小[一般≤10×10-10m（10A）]。滤液中的病毒、细菌、藻类等离子范围和分子量很小的有机物可以通过它去除。

反渗透膜主要分为：醋酸纤维素膜、聚酰胺膜及复合膜。复合膜是两层薄皮复合体先在布料上制成多孔支撑层，继而在其表面进行活化层的聚合反应。可通过聚砜作支撑层，用聚脲材料做活化层。按照设计要求，半透膜应该是高透水率、高脱盐率、机械强度大、抗酸抗碱、耐微生物侵袭、造价低、便于制取且使用期限较长的材料。

在众多材料中，透水率、脱盐率和流量衰减等性能较优越的是复合膜。利用它可以避免反渗透的操作压力过大，使得膜材料更加耐用，既经济又合理。

反渗透技术目前在环保工程和生物工程中应用较多，除此之外，还广泛用于海水或苦咸水淡化、太空水、饮用蒸馏水、医药用纯水、电子等生产领域。

1反渗透工作原理

在渗透过程中，盐水一侧液面升高会形成压差，这个压差能有效抑止淡水像盐溶液渗透。最终，当浓水侧液面高出淡水水面一定距离后，其渗透倾向可以通过其产生的压力抵消时，就能有效抑制浓水侧液面上升。在此条件下，通过半透膜进入浓溶液的水的量基本相当于由此离开的浓溶液的水量，这就维持了一个平衡的状态，盐水和淡水之间的液面差H就是二者的渗透压差。若将淡水改换成纯水，这个渗透压差就相当于盐水的渗透压。

由此可见，只需在浓水侧外施加一个高于渗透压的压力就可以阻止纯水向盐水渗透，从而使盐水向纯水反向渗透。

2结垢分析

通过污染指数测定超滤器受水中悬浮物的污堵情况。污染指数（SDI）是基于阻塞系数（PI，%）的测定，它用来表示水质受悬浮杂质污染的情况。其测定方法为：在一定的压力下（30PSI，相当于2.1kg/cm2）将水连续通过一个小型超滤器（孔径为0.00045mm），记录下滤得500ml水所需的时间Ti（秒）和15min后再次滤得500ml水所需的时间Tf（秒），按下式求得阻塞系数PI（%）：

PI=(1-Ti/Tf)×100SDI=PI/15

式中15是15min。当水中的污染物质较高时，滤水量可取100ml、200ml、300ml等，间隔时间可改为10min、5min等。

2.1原水的处理

影响原水质量的主要因素有悬浮物、浊度、微生物。

水质优劣可以参考水中的悬浮物来判断。水中的悬浮物通常会沉积在反渗透膜上堵塞膜孔，从而降低膜的透水率。

浊度是指当光线透过水中悬浮物时被阻碍程度。浊水中通常含有大量不溶解污染物，这些污物沉积到反渗透膜的膜孔中同样会大大降低膜的透水率。

微生物包括厌氧型与好氧型两类。厌氧型微生物能够将水中的氨或者有机氨氧化为氮气以及高价态的硝酸或亚硝酸化合物，这些化合物能够氧化由芳香族的酰氨组成的膜，致使膜孔形变，并造成聚合物长链出现断口，最终导致其失效。有的繁殖能力较强的微生物能够在反渗透膜表面寄生，长此以往会堵塞膜孔使其失效。

为了延长RO元件和IX树脂的使用期限，必须将原水中的悬浮物，微生物，胶体，硫酸钙，藻类，细菌，氧化剂，余氯等，油或脂类物质，有机物和铁-有机物的络合物，铁、铜、铝腐蚀产物等金属氧化物去除。此外还需进行杀菌，以防微生物在反渗透内滋长。

2.2阻垢剂及清洗剂

经长期使用的反渗透器必须定期清洗，若其结垢可掺用化学药剂清洗，以保证反渗透器产水率良好。

阻垢剂具有还原性，可以将水中多余的氧化剂去除，会使部分盐类（如CaSO4，MgSO4等等）的Ksp增大数倍，打破了溶解平衡状态，使之偏向溶解一方，晶体因此被溶蚀，难以成长，也就避免了它在膜表面结垢，在一定程度上保证了反渗透膜的应用效果。

一般有稀盐酸溶液，柠檬酸、聚磷酸、有机膦酸、有机膦酸酯、聚羧酸类化合物等络合剂。清洗剂固然有效，但要注意种类和剂量。

稀盐酸溶液通常具有较高的电离程度，反应速度快。溶液pH高于2时，这些高聚芳香酰胺内部结构会变形，并降低膜的反渗透效能。

柠檬酸系一种具有络合作用的中强酸，能够有效地除垢。

聚磷酸有三聚磷酸钠和六偏磷酸钠，在水中生成长链阴离子常常会附着于小的碳酸钙晶粒上。这类阴离子极易于与碳酸根置换，能够有效防止碳酸钙析出。但可能有钠离子残留，会吸附在负电性的膜上，对膜不利。

有机膦酸能够有效抑止碳酸钙、水合氧化铁或硫酸钙析出。

有机膦酸酯可有效抑止硫酸钙结垢，但对碳酸钙垢几乎无效。其毒性低，易水解。

常用的聚羧酸类化合物有聚丙烯酸和水解马来酸酐，其对碳酸钙水垢有良好的阻垢作用，用量也极少。

2.3操作压力

通过调节进水压力直到所需的产水水质和产水通量值（一般为10~34L/min，6~20gfd）来确定最佳的运行压力，当膜通量增加时，应维持足够的进水量，以保证低回收率（<5%），在第一阶段的实验里，产水和浓水均返回到进水水箱中去，在最佳产水通量和产水水质条件下得到的进水压力用于第二阶段的实验，第二阶段在该进水压力下确定回收率。

原液浓度与渗透压差有关，它的大小主要取决于操作压力的大小，以及膜的透水率和水的回收率。产水量通常随着操作压力的增大而增大，但若压力超出限度，膜会受到压力而影响其透水率。膜压实后，通水率下降后会降低膜的使用性能，甚至造成经济损失。

2.4温度

在高温环境中膜能够膨胀。温度越高，有机膜越能快速水解，透水率会大幅提高，这在一定程度上会使膜加速水解，变软，更容易压实。鉴于此，有机膜的最佳温度应该是20~30℃。

2.5浓差极化

在反渗透过程中，水从膜上持续通过，使得进口盐水浓度小于膜表面的盐水浓度，导致浓差极化。膜通水率越高，其表面的浓度越容易提高形成过饱和溶液，部分溶解度较小的盐类会逐渐析出形成晶体。若外部温度适宜，仅有少量物质被溶蚀，就会导致晶体大量析出在膜表面结垢而堵塞膜孔，最终影响其产水效率。

3预防结垢措施

预防结垢的措施有：原水的预处理、浊度和污染指数、使用阻垢剂、运行的停机控制、操作压力、温度控制。

在短时间内不运行反渗透，当水温达到20~30℃时，每4h清洗一次；当水温达不到20℃时，每8h清洗一次；当设备停机时，应该不断向水中添加阻垢剂，以免多余的盐分形成晶体结垢。

参考文献：

[1]陶氏化学FILMTEC产品与技术手册[M].2011.

[2]给水排水设计手册第04册工业给水处理[M].中国建筑工业出版社.

[3]韩爽.反渗透膜污堵原因的分析及处理措施[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2011(09).