摘要：闡述了反滲透的原理,從反滲透膜的角度對反滲透結(jié)垢進(jìn)行了 分析 。并提出了預(yù)防結(jié)垢措施。

關(guān)鍵詞：反滲透，結(jié)垢，膜

前言

目前 制純水的 方法 有四種，蒸餾法、電滲析法、離子交換法和反滲透法。而反滲透又是最先進(jìn)、效率最高、最節(jié)能的制純水技術(shù)。反滲透是20世紀(jì)60年代迅速 發(fā)展 起來的一種水處理工藝。目前，它已用在城市用水、鍋爐補(bǔ)給水、電廠鍋爐補(bǔ)給水、 工業(yè) 廢水及海水淡化和各種溶液中溶質(zhì)分離等方面。

目前火力發(fā)電還是我國發(fā)電的主力軍，在火力發(fā)電生產(chǎn)中，以反滲透處理水的技術(shù) 應(yīng)用 很廣。華能玉環(huán)電廠反滲透的海水淡化，大唐甘谷發(fā)電廠的反滲透水處理，國電邯鄲熱廠的反滲透的水處理，山西陽泉有陽光發(fā)電有限責(zé)任公司等等。

1反滲透原理

如果將淡水和鹽水用一種只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜隔開，則淡水中的水會穿過半透膜至鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象叫滲透。

因此，在進(jìn)行滲透過程中，由于鹽水一側(cè)液面的升高會產(chǎn)生壓力，從而抑制淡水中的進(jìn)一步向鹽水一側(cè)滲透。最后，當(dāng)濃水側(cè)液面距淡水面有一定的高度，以至它產(chǎn)生的壓力足以抵消其滲透傾向時，濃水側(cè)的液面就不再上升。此時，通過半透膜進(jìn)入濃溶液的水和通過半透膜離開濃溶液的水量相等，所以它們處于平衡狀態(tài)。在平衡時，鹽水和淡水間的液面差H表示這兩種溶液的滲透壓差。如果把淡水換成純水，則此壓差就表示鹽水的滲透壓。

根據(jù)這一原理，不難推論出，如果在濃水側(cè)外加一個比滲透壓高的壓力，則可以將鹽水中的純水?dāng)D出來，即變成鹽水中的水向純水中滲透。這樣，其滲透方向和 自然 滲透相反，即反滲透原理(見圖1)。

2半透膜

滲透現(xiàn)象是18世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的。最出，人們都是用動物做實驗。動物膜不是真正的半透膜，它們有許多缺點，在工業(yè)上不能應(yīng)用。所以，反滲透技術(shù)的發(fā)展，決定于半透膜的制取工藝。

良好的半透膜應(yīng)具備以下一些特性：1透水率大，脫鹽高;2機(jī)械強(qiáng)度大;3耐酸、耐堿、耐微生物的侵襲;4使用壽命長;5制取方便，價格較低。

2.1醋酸纖維素膜

這是最早的1960年制成的實用人造膜?，F(xiàn)在，其制造方法經(jīng)多次改進(jìn)，產(chǎn)品具有透水率大，脫鹽率高和價格便宜的優(yōu)點。

2.2聚酰胺膜

在1970年以前制成的主要是脂肪族聚酰胺膜，例如尼龍-66、尼龍-6等，這些膜的透水性很差。后來，制成了芳香族聚酰胺膜，它的透水性、除鹽率(參看表1)、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等都較好。它能在pH值為4~10的范圍內(nèi)使用(長期使用范圍為pH=5~9)。芳香族聚酰胺膜主要制成中空纖維。

表1聚酰胺膜的透水性和除鹽性能

2.3復(fù)合膜

上列半透膜之所以能起滲透作用，是由于其表面的活化層。此活化層只需很薄一層，它太厚無助于滲透作用，反而會引起透水率降低，并使流量隨運行時間衰減的速度加快。然而在制取這些膜時，卻難以將活化層做得比0.0001mm更薄,為此研制成了復(fù)合膜。

復(fù)合膜是兩層薄皮的復(fù)合體(見圖2)先在布料上制成多孔支撐層，然后在其表面進(jìn)行活化層的聚合反應(yīng)。支撐層材料可采用聚砜，活化層可用聚脲。

復(fù)合膜的透水率、脫鹽率和流量衰減方面的性能都較優(yōu)越，它的出現(xiàn)大大降低了反滲透的操作壓力，延長了膜的壽命，提高了反滲透的 經(jīng)濟(jì) 效益。

3.1結(jié)垢分析

3.1原水的處理

為了避免堵塞反滲透器，原水應(yīng)經(jīng)預(yù)處理，以消除水中的懸浮物，降低水的濁度;此外，還應(yīng)進(jìn)行殺菌，以防微生物在反滲透內(nèi)滋長。

3.1.1懸浮物

懸浮物的多少是水質(zhì)好壞的一個指標(biāo)，如果懸浮的物質(zhì)多，沒有及時過濾，就會在反滲透的膜上沉積，阻礙膜的透水率。從而使膜孔受堵而不能正常工作。所以在水進(jìn)入膜的表面之前把懸浮物過濾掉。

3.1.2 濁度

濁度是表現(xiàn)水中懸浮物對光線透過時所發(fā)生的阻礙程度。也就是說，由于水中有不溶解物質(zhì)的存在，使通過水樣的部分光線被吸收或被散射，而不足直線穿透。因此，混濁現(xiàn)象足水樣的一種光學(xué)性質(zhì)。如果水的濁度過大，就說明水的不溶解污染物很多，如果進(jìn)入反滲透膜的孔中，同樣會堵住孔(孔徑<5nm~40nm)從而使反滲透的膜失效。

3.1.3微生物

微生物的種類很多，主要分為厭氧型生物和好氧型生物，厭氧型的微生物會把水中的氨或者有機(jī)氨氧化為氮氣和高價態(tài)的硝酸或者亞硝酸化合物，這些化合物的氧化性都比較強(qiáng)，而膜的組成是芳香族的酰氨在氧化劑的作用下會氧化，膜的孔徑會變形，聚合物的長鏈斷口，那么膜就起不到滲透作用就會失效給生產(chǎn)者帶來 經(jīng)濟(jì) 損失， 目前 膜都是國外進(jìn)口的，很少有國內(nèi)的廠家生產(chǎn)而且價格昂貴。

還有些微生物的大量繁殖會寄生在反滲透膜表面，同樣會物理堵住膜的孔。

3.1.4污染指數(shù)

根據(jù)水利電力部頒布的SDGJ2----85的規(guī)定，對反滲透器進(jìn)水水質(zhì)要求為表

污染指數(shù)(FI)是一種人為指標(biāo)，它用來表示水質(zhì)受懸浮雜質(zhì)污染的情況。其測定 方法 為：在一定的壓力下將水連續(xù)通過一個小型超濾器(孔徑為0.00045mm),將開始通水時流出500mL水所需的時間(t0)記錄下來，通水15min后，再次測定其流出500mL水所需的時間(t0)記錄下來，通水15min后，再次測定其流出500mL水所需的時間(t15)。據(jù)此，就可按式1 計算 污染指數(shù)(FI)：

式1

此法實質(zhì)上是測定超濾器受水中懸浮物的污堵情況。

3.2清洗

反滲透器在長期運行后，就要清洗，否則就會結(jié)垢使產(chǎn)水率下降，則可用化學(xué)藥劑進(jìn)行清洗。用來清洗的藥劑有稀HCl溶液，檸檬酸、亞硫酸氫鈉和六偏磷酸鈉等絡(luò)合劑，可根據(jù)具體情況選取。

一般的稀HCl溶液的電離程度很高，反應(yīng)也很快，如果pH>2會使得膜的性能下降，這些高聚芳香酰胺遇強(qiáng)酸和強(qiáng)堿其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。從而 影響 了其生產(chǎn)效率。

檸檬酸(C6H8O7)是中強(qiáng)酸，其結(jié)構(gòu)有手性，所以有絡(luò)合作用，可以除垢效果很好。

亞硫酸氫鈉(NaHSO3)和六偏磷酸鈉絡(luò)合的性的緩沖溶液也可以除去垢，但是其中鈉離子可能有殘留，因為膜的電性是負(fù)的，鈉離子會吸附在表面也對膜不利。

3.3操作壓力

為了使反滲透得以進(jìn)行，所加壓力必須使膜兩側(cè)的壓力差(△p)大于其滲透壓差(△ )。進(jìn)行反滲透的有效壓力為△p和△ 的差值，反滲透水的通量可表示成式2

式2

式中F-------------反滲透水的通量，m3/(m2h)

W-------------滲透系數(shù)，m3/(m2hMPa)

△ P---------膜兩側(cè)的壓力差，即在鹽水側(cè)外加的壓力，MPa

△ ----------膜兩側(cè)的滲透壓差，MPa

操作壓力的選擇決定原液的濃度，因為它與滲透壓差△ 有關(guān)。此外，它還決定于膜的的透水性和水的回收率。一般情況是，提高操作壓力會使產(chǎn)水量增大，但壓力過大又會因膜受到壓力而使透水量下降。膜壓實后，通水率減小了膜的效率降低了，會造成生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失。

3.4溫度

膜是有機(jī)物也符合熱脹冷縮，溫度高了，就會膨脹。但是有機(jī)膜的水解速度和溫度有關(guān)，溫度越高越容易水解。所以膜的透水量是隨水溫的增高而增大的，但也加快膜的水解速度，且使有機(jī)膜變軟，易于壓實。所以，對于有機(jī)膜來說，通常將溫度控制在約20~30℃范圍為好。

3.5濃差極化

在反滲透過程中，由于水不斷通過膜，因此靠近膜表面的鹽水和進(jìn)口鹽水之間有濃度差，膜表面溶液的濃度較大，這就是濃差極化。隨著水大量的通過膜表面的濃度大大升高成過飽和溶液，有些鹽份如CaSO4、MgSO4等等溶解度不大的鹽份會慢慢析出晶體。開始這些鹽份只是很少的單晶體，還沒有晶體核，所以不能長大。只能在膜的表面沉積或者在溶液形成溶解平衡，當(dāng)隨著膜的表面溶液的濃度不斷增高，水流達(dá)到一定平衡度，出現(xiàn)了晶核，晶核開始成長，逐漸的形成面或螺旋狀態(tài)。如果外界溫度合適，溶蝕物質(zhì)不多，晶體就會逐漸長大。在膜的表面形成堅固的水垢，會把膜堵住這樣大大降低了產(chǎn)水效率。

4預(yù)防結(jié)垢

4.1原水的預(yù)處理

去除水中的懸浮物，微生物，膠體，硫酸鈣，藻類，細(xì)菌，氧化劑，余氯等，油或脂類物質(zhì)，有機(jī)物和鐵-有機(jī)物的絡(luò)合物，鐵、銅、鋁腐蝕產(chǎn)物等金屬氧化物，進(jìn)水水質(zhì)對RO元件和IX樹脂的壽命及性能將產(chǎn)生巨大的影響。

4.2濁度和污染指數(shù)

在進(jìn)入反滲透之前要測污染指數(shù)。

4.3阻垢劑的使用

阻垢劑的分類及其原理

在水處理中常用的阻垢劑有聚磷酸鹽，有機(jī)磷酸、膦羧酸、有機(jī)膦酸脂、聚羧酸等。

4.3.1聚磷酸鹽

常用聚磷酸有三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉，在水中生成長鏈陰離子容易吸附在微小的碳酸鈣晶粒上，同是這種陰離子易于和碳酸根置換，從而防止了碳酸鈣的析出。

4.3.2有機(jī)膦酸

學(xué)名的有HEDP、EDTMP對抑制碳酸鈣、水合氧化鐵或硫酸鈣的析出或沉淀有很好的效果。

4.3.3有機(jī)膦酸酯

有機(jī)膦酸酯抑制硫酸鈣垢的效果較好，但抑制碳酸鈣垢的效果較差。其毒性低，易水解。

4.3.4聚羧酸

聚羧酸類化合物對碳酸鈣水垢有良好的阻垢作用，用量也極少。常用的有聚丙烯酸和水解馬來酸酐等。

阻垢劑有一定還原性。可以除去水中多余的氧化劑，會使的一些CaSO4，MgSO4等等一些鹽類的Ksp增大數(shù)倍，使得溶解平衡向溶解方向移動。還可以溶蝕晶體，使得晶體難以成長也就抑制了晶體在膜的表面的結(jié)垢。從而有效的保護(hù)了反滲透的膜也就保護(hù)了反滲透裝置。

4.4、運行的停機(jī)

在短時間內(nèi)不運行反滲透，如果水溫在20--30℃范圍，4個小時清洗一次，如果水溫在20℃以下，8個小時清洗一次，如果在停運的狀態(tài)下，阻垢劑以不斷加入為宜。以防止在停機(jī)期間濃水或殘余的鹽份有時間成長和結(jié)晶。

4.5、操作壓力

在調(diào)試好后的反滲透裝置，其高壓泵的頻率是固定的，如果沒有專業(yè)調(diào)試機(jī)構(gòu)的認(rèn)可，不能隨意更改頻率和進(jìn)水壓力。以防止膜被壓實。

4.6、溫度

水的溫度對反滲透也有影響的，一般的生水的溫度在20--30℃為宜 。

5結(jié)束語

本文是在大唐甘谷發(fā)電廠喬萬謀廠長的悉心指導(dǎo)下完成的。在此，謹(jǐn)向喬萬謀廠長致以崇高的敬意和由衷的感謝!

參考 文獻(xiàn)

1 水的凈化新概念.張亞杰,顧澤南,王維一等.北京: 中國 建筑 工業(yè) 出版社.1982

2 姚繼賢等.LLY高效過濾器的研制.水處理設(shè)備技術(shù).1990

3 華東建筑設(shè)計院主編.給水排水設(shè)計手冊.第4冊工業(yè)給水處理.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1986

4 宋珊卿等編.動力設(shè)備水處理手冊.北京:水利電力出版社,1988