什么是膜污染
反滲透膜分離技術實際應用中,不可避免產生膜污染現象,且膜污染問題是影響該技術穩(wěn)定性的決定因素,因此考察膜污染形成機理、對膜污染進行清洗是反滲透系統(tǒng)正常運行、防止其發(fā)生故障的重要保證。
1、膜污染定義
膜污染是指與膜接觸的料液中微粒、膠體粒子或溶質大分子與膜發(fā)生物理、化學相互作用或因濃差極化使某些溶質在膜表面的濃度超過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,使膜產生透過流量與分離特性不可逆變化現象。
污染物尤其是蛋白質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,使得膜分離效果進一步降低。
2、膜污染產生原因
反滲透系統(tǒng)在運行過程中,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、油脂等長時間與膜接觸,會引起膜污染,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(tǒng)中,膜的選擇透過性,使水分子不斷從高壓側透過膜,而溶質分子仍殘留于原溶液中導致膜表面上的料液和進口料液之間產生一個濃度差,嚴重時會產生很高的濃度梯度,這種現象稱為濃差極化。濃差極化使料液滲透壓增大,有效推動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,在反滲透過程中可能會因濃縮超過其溶度積而析出,產生沉積物停留在膜表面上及進水通道內形成水垢。例如:CaCO3的溶度積是8.7×10-9(25℃)即[Ca2+]•[CO32-]大于8.7×10-9時,CaCO3就會沉淀下來。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濾阻力增加。
3）金屬氧化物沉積
一般含有低價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,此類水源造成膜污堵的主要原因就是鐵、鋁、錳等在膜表面產生膠體顆粒污堵。鐵發(fā)生氧化所需的pH值較低,使得反滲透系統(tǒng)發(fā)生鐵污堵現象較頻繁。引起膜面上沉積可溶性二價鐵和三價鐵的相關污染物可能情況為:氧氣進入到含二價鐵的進水中;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、錳等產生金屬污染后的特征表現為產水量降低,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,膜所除去的鹽類將陷于黏層中,不易被水沖走,為微生物繁殖提供了豐富的營養(yǎng)物質,同時反滲透進水前預處理時加入的阻垢劑(如聚馬來酸,氨基三甲基磷酸等)、軟水劑等又能促進微生物生長。有機與無機的溶解性物質以及顆粒物,可以通過有效的預處理被去除,但可繁殖的微生物顆粒,經預處理后即使剩余0.01%,還能利用水中可生物降解的物質進行自身繁殖,這也是生物污泥在任何系統(tǒng)中都會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、有機質等物質,它們和預處理時加入的混凝劑、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
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膠核,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(wěn)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)進行評價。通常當SDI<3時,膜表面不產生此類污;當SDI>3時,會發(fā)生污堵。
6）“水錘”現象
對于反滲透系統(tǒng),由于設計不恰當及在開始調試階段,裝填膜的膜殼內有大量的空氣,當待處理液瞬間進入膜殼時,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,會突然爆破釋放,引起反滲透在膜殼內相互撞擊、擠壓以及竄動,產生“水錘”現象。在反滲透系統(tǒng)中,水錘的危害在于造成無法恢復的反滲透膜元件損傷。
7）懸浮顆粒物的污染
當保安過濾器有“短路”或缺陷造成過濾介質、腐蝕碎片及異物(如小芯絨線)等的泄漏或反滲透初次投用沖洗不徹底時,可能使膜元件受到污染,使進水通道堵塞和膜面上形成非晶體沉淀。這種情況較少遇到。
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侵蝕等也會造成膜材料的本質改變。
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