一、 反滲透膜的清洗條件 

        在正常運(yùn)行一段時(shí)間后，反滲透膜元件會(huì)受到在給水中可能存在的懸浮物質(zhì)或難溶物質(zhì)的污染，這些污染物中最常見的為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、金屬氧化物垢、硅沉積物及有機(jī)或生物沉積物。
 
        污染物的性質(zhì)及污染速度與給水條件有關(guān)，污染是慢慢發(fā)展的，如果不早期采取措施，污染將會(huì)在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)損壞膜元件的性能。 

        污染物的去除可通過化學(xué)清洗和物理沖洗來實(shí)現(xiàn)，有時(shí)亦可通過改變運(yùn)行條件來實(shí)現(xiàn)，作為一般的原則，當(dāng)下列情形之一發(fā)生時(shí)應(yīng)進(jìn)行清洗。 

        1、 在正常壓力下如產(chǎn)品水流量降至正常值的 10 ～ 15% 。 
        2、 為了維持正常的產(chǎn)品水流量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加了 10 ～ 15% 。 
        3、 產(chǎn)品水質(zhì)降低 10 ～ 15% 。鹽透過率增加 10 ～ 15% 。 
        4、 使用壓力增加 10 ～ 15% 
        5 、RO 各段間的壓差增加明顯 ( 也許沒有儀表來監(jiān)測這一跡象 ) 。 

        二、反滲透膜的清洗方法

        針對(duì)膜污染產(chǎn)生的原因,采用合適的清洗劑和合理的清洗方法可以很好地清除膜污染,恢復(fù)膜通量.常用的方法有物理方法和化學(xué)方法兩類.
 
        1、 物理方法
        物理方法沖洗就是采用低壓大流量的進(jìn)水沖洗膜元件，沖洗掉附著在膜表面的污染物或者堆積物。

      1）機(jī)械清洗

        對(duì)管式組件可采用軟質(zhì)泡沫塑料球、海綿球(直徑略大于膜管內(nèi)徑),對(duì)內(nèi)壓管膜進(jìn)行清洗,在管內(nèi)通過水力讓泡沫、海綿球反復(fù)經(jīng)過膜表面,對(duì)污染物進(jìn)行機(jī)械性的去除。經(jīng)研究,這種方法對(duì)軟質(zhì)垢幾乎能全部去除,但對(duì)硬質(zhì)垢不但不易去除反而容易損傷膜面,因此該法僅適用于以有機(jī)質(zhì)體為主要成分的膜污染清洗。

        2）氣液脈沖清洗

        在低壓下用淡水或反滲透水以高速?zèng)_向膜面3分鐘,或者用空氣與水混合的高速氣液流噴射清洗,達(dá)到清洗膜面上污垢,恢復(fù)產(chǎn)水量目的。常見方法主要有:正方向沖洗、變方向沖洗、透過液反壓沖洗、振動(dòng)排氣充水法、空氣噴射、CO2反滲透等。具體物理清洗過程如圖1所示。

        3）超聲波清洗

        通過超聲波脈沖產(chǎn)生的高能量破壞膜表面和吸附物質(zhì)的鏈接“松散膜面上的顆粒”從而去除膜表面的沉積物。Li Jianxin[14,15]等研究了超聲波在膜清洗上的應(yīng)用,運(yùn)用時(shí)域反射計(jì)通過反射波的波幅的高低形狀來反映膜污染的類型和大小。研究表明,采用反沖洗+超聲波的清洗方法效果最好,基本上可將膜面污染物完全清除。

        2、 化學(xué)方法

        當(dāng)膜污染比較嚴(yán)重,有以下情況發(fā)生時(shí)，采用物理方法不能使通量恢復(fù)時(shí),須用化學(xué)清洗劑進(jìn)行清洗。

        1、 標(biāo)準(zhǔn)化條件下的產(chǎn)水量下降10～15％；
        2、 進(jìn)水和濃水之間的系統(tǒng)壓差升高到初始值的1.5倍；
        3、 產(chǎn)水水質(zhì)明顯下降。

        化學(xué)清洗是采用一定配比的化學(xué)藥品的水溶液作清洗劑,通過化學(xué)反應(yīng)脫除膜表面的污染物、殺死及分解膜上微生物的一種方法[16]。當(dāng)機(jī)械方法或者物理方法清洗效果不理想時(shí),可采用化學(xué)清洗法清除膜面上污染物,許多化學(xué)試劑對(duì)去除污垢和其它沉積物都非常有效。常用的化學(xué)清洗劑如下:

        (1)酶清洗劑    利用酶的性質(zhì)(高效性,專一性等)分解污染物,使之成為較小的顆?；蛉芙馕镔|(zhì)從而達(dá)到清洗目的。含酶洗滌劑可有效去除有機(jī)物,尤其是蛋白質(zhì)、多糖類、油脂等污染物。

        (2)加酸清洗    酸清洗劑可以溶解去除礦物質(zhì)及DNA。例如使用1%～2%的檸檬酸溶液,在高壓或低壓下采用一次通水或循環(huán)方式對(duì)膜面進(jìn)行沖洗,可有效去除氫氧化鐵淀?；蚴褂脵幟仕徜@與鹽酸混合,將pH值調(diào)至2.0~2.5,通過循環(huán)清洗約5小時(shí),也可恢復(fù)膜的透水量。還可以使用檸檬酸8.13㎏,配400㎏反滲透水,并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至3.0,可有效去除碳酸鈣、磷酸鈣類沉積物和金屬氧化物污染。采用調(diào)節(jié)pH與加熱相結(jié)合的方法,清洗乳酪污染,原始通量能恢復(fù)50%～90%。

        (3)加堿清洗    有PO43-、CO32-和OH-等,此類物質(zhì)對(duì)污染物有松弛、乳化和分散作用,與表面活性劑聯(lián)合使用對(duì)油脂和生物物質(zhì)有較好的去除效果,另外對(duì)SiO32-也有一定的清洗效果。用三聚磷酸鈉8.13㎏,EDTA四鈉鹽3.25㎏,加400㎏反滲透水,并用硫酸調(diào)節(jié)pH值至10.0作為清洗劑,對(duì)硫酸鈣、膠體及有機(jī)物等污染有較好的清洗效果。

        采用堿清洗劑(0.1%NaOH(wt)+0.1%(wt)Na2-EDTA,pH=11,溫度<30℃)和酸清洗劑(2%檸檬酸+2%的EDTA+96%反滲透水)以及反滲透水,對(duì)污染主要為鐵污染、水垢污染、Si膠體污染的反滲透系統(tǒng)進(jìn)行清洗。清洗后,各段壓差明顯降低,產(chǎn)水量提高20%,脫鹽率提高到97.0%,且經(jīng)濟(jì)效益也十分可觀,與原清洗方法相比,每年的直接經(jīng)濟(jì)效益為16.39萬元人民幣。

        當(dāng)使用單一清洗劑效果不夠理想時(shí),可將幾種清洗劑進(jìn)行復(fù)配來達(dá)到清洗效果。常見配方為:

        配方1:2.0%(wt)檸檬酸(C6H8O7)的低pH清洗液(pH值為4.0)。對(duì)于去除無機(jī)鹽垢(如碳酸鈣垢、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶垢等),金屬氧化物、氫氧化物(鐵錳、銅、鎳、鋁等),及無機(jī)膠體效果明顯。注意:此時(shí)應(yīng)使用氨水調(diào)節(jié)pH值,因反應(yīng)所形成的檸檬酸銨具有很好的螯合性,不能用氫氧化鈉調(diào)pH值。

        配方2:2.0%(wt)STPP三聚磷酸鈉(Na5P3O10)和0.8%(wt)的Na2-EDTA混合的高pH清洗液(pH值為10.0)。它專用于去除硫酸鈣垢和輕微至中等程度的天然有機(jī)污染物。STPP具有無機(jī)螯合劑和洗滌劑的功用。Na2-EDTA是一種具有螯合性很強(qiáng)的有機(jī)清洗劑可有效去除二價(jià)和三價(jià)陽離子和金屬離子。

        配方3:1.0%(wt)亞硫酸氫鈉(Na2S2O4)的高pH清洗液(pH為11.5)。它用于去除金屬氧化物和氫氧化物,且可一定程度的擴(kuò)展至去除硫酸鈣、硫酸鋇和硫酸鍶垢。亞硫酸氫鈉是強(qiáng)還原劑,能將污垢中的具有氧化性的物質(zhì)還原并除去。

        配方4:0.1%(wt)氫氧化鈉和0.03%(wt)SDS(十二烷基磺酸鈉)的高pH混合液(pH為11.5)。它用于去除天然有機(jī)污染物、無機(jī)/有機(jī)膠體混合污染物和微生物(菌素、藻類、霉菌、真菌)污染。SDS是會(huì)產(chǎn)生一些泡沫的陰離子表面活性劑型的洗滌劑。

        配方5:0.1%(wt)氫氧化鈉高pH清洗液(pH為11.5)。它可用于去除聚合硅垢。此洗液是一種較為強(qiáng)烈的堿性清洗液。

       3、清洗過程

        (1)確定污染的性質(zhì)

        首先根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)及工藝條件確定污染物性質(zhì),然后確定采用何種清洗方式和藥劑[19]。例如對(duì)由于結(jié)垢導(dǎo)致的膜污染,可采用加檸檬酸或EDTA的酸清洗劑沖洗;對(duì)膠體和污泥導(dǎo)致的膜污染,可以在高pH下用EDTA或采用專用清洗劑清洗。

        (2)對(duì)污染物進(jìn)行初步確定后,在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清洗前最好能做一些模擬實(shí)驗(yàn),以確定清洗條件和清洗效果,利用酶或化學(xué)試劑進(jìn)行清洗時(shí)尤需如此。例如:有機(jī)物導(dǎo)致的膜污染,采用化學(xué)清洗劑進(jìn)行清洗時(shí),先取適量污垢在清洗劑中溶解,若不能溶解,基本上可排除使用該清洗劑的可能;若能溶解大部分,則可確定該清洗劑基本有效,還可根據(jù)其他條件確定清洗劑類型。

        (3)清洗方法

        對(duì)于不同清洗劑,清洗的方法差別很大。例如:使用表面活性劑一般通過循環(huán)法清洗,最好用過濾器,以便將清洗出來的污物過濾掉、防止再污染;用酶分解的清洗劑,因?yàn)槊赣幸粋€(gè)分解過程,故需要一定的時(shí)間和條件(如溫度及PH值、活化劑等)。另外由于酶具有活性,故在輸送泵的選擇上要注意泵的剪切力對(duì)酶活性的影響,所以清洗方式也以浸泡為主。

        6注意事項(xiàng)

        化學(xué)清洗須控制好清洗液濃度和pH值,反滲透裝置應(yīng)分段清洗,最好采用廠家推薦的專用清洗劑,亦可采用陰離子型或非離子型表面活性劑。清洗液進(jìn)膜元件前必須經(jīng)保安過濾器,清洗后反滲透裝置在開始運(yùn)行時(shí)應(yīng)先排掉初期產(chǎn)品水,清洗用藥一定要完全溶解,且藥品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn),禁止任意增加化學(xué)清洗的頻率和時(shí)間,盡量避免系統(tǒng)頻繁啟停,保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)反滲透停運(yùn)后應(yīng)立即用低壓水(最好采用反滲透產(chǎn)品水)沖洗,利用流體的紊動(dòng)作用使污染物自膜面剝離而被沖走。此外,合理而有效的預(yù)處理能較好的去除有機(jī)或無機(jī)溶解性物質(zhì)以及顆粒物,減少污染物在膜面上的停留。

三、膜污染減輕

        除對(duì)污染膜進(jìn)行物理、化學(xué)方法外，可以采取以下措施減輕膜在使用過程中的污染:在膜過濾之前,對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理,去除較大的粒子;調(diào)節(jié)pH遠(yuǎn)離蛋白質(zhì)等電點(diǎn)減輕吸附;改變膜材料或膜的表面性質(zhì),如Ami-con公司的YM系列膜和Millipore PVD膜,把膜表面改變成親水性的,因親水性的表面對(duì)蛋白質(zhì)吸附小,因而使膜污染減輕。

        近來有一種發(fā)展動(dòng)向是采用兩套內(nèi)壓中空纖維膜組合使用的方法,兩套膜組件并聯(lián),其中一套工作,分流出一部分超濾液來反沖另一套中空纖維膜,間隔一段時(shí)間后交換進(jìn)行,一般是工作10 min,反沖1 min,這種邊工作邊反沖的方式能很好地防止膜孔道堵塞,使膜通量保持在較高狀態(tài)下工作.這種操作方式突破了要等到膜污染之后才停止工作進(jìn)行清洗的觀點(diǎn),它不須用清洗劑,也不須卸下膜組件,是一種很好的方法,只是對(duì)換向開關(guān)以及換向開關(guān)的控制部分要求比較高,否則影響膜的壽命。        

        注 1 ：在任何情況下不要讓帶有游離氯的水與復(fù)合膜元件接觸，如果發(fā)生這種接觸，將會(huì)造成膜元件性能下降，而且再也無法恢復(fù)其性能，在管路或設(shè)備殺菌之后，應(yīng)確保送往反滲透膜元件的給水中無游離氯時(shí)，應(yīng)通過化驗(yàn)來確證，應(yīng)使用亞硫酸氫溶液來中和殘余氯，并確保足夠的接觸時(shí)間以保證反應(yīng)完全。 
        注 2 ：在反滲透膜元件擔(dān)保期內(nèi)，建議每次滲透膜清洗應(yīng)與海德能公司協(xié)商后進(jìn)行，至少在第一次清洗時(shí)，海德能公司的現(xiàn)場服務(wù)人員應(yīng)在現(xiàn)場 
        注 3 ：在清洗溶液中應(yīng)避免使用陽離子表面活性劑，因?yàn)槿绻褂每赡軙?huì)造成膜元件的不可逆轉(zhuǎn)的污染。

 

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