反滲透預(yù)處理及膜清洗

反滲透預(yù)處理及膜污染一、反滲透概述反滲透(ReverseOsmosis,RO),又稱逆滲透，一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。反滲透膜的膜孔徑非常小，只允許體積小于0.1納米的小分子物質(zhì)通過，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等?，F(xiàn)在越來越廣泛地應(yīng)用于化工、環(huán)保、食品、醫(yī)藥、電子、電力、冶金、輕紡、海水淡化等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。1、 基本原理當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側(cè)的水會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數(shù)值時，水通過膜的凈流量等于零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側(cè)的壓力大于滲透壓力時，水的流向會逆著自然滲透的方向作反向滲透。此時，鹽水中的水將流入純水側(cè)，從而在膜的低壓側(cè)得到透過的溶劑，即滲透液；高壓側(cè)得到濃縮的溶液，即濃縮液。2、 反滲透分離機理對于反滲透分離機理的解釋主要流行以下三種理論：溶解-擴散模型Lonsdale等人提出解釋反滲透現(xiàn)象的溶解-擴散模型。他將反滲透的活性表面皮層看作為致密無孔的膜，并假設(shè)溶質(zhì)和溶劑都能溶于均質(zhì)的非多孔膜表面層內(nèi)，各自在濃度或壓力造成的化學勢推動下擴散通過膜。溶解度的差異及溶質(zhì)和溶劑在膜相中擴散性的差異影響著他們通過膜的能量大小。其具體過程分為：第一步，溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解；第二步，溶質(zhì)和溶劑之間沒有相互作用，他們在各自化學位差的推動下以分子擴散方式通過反滲透膜的活性層；第三步，溶質(zhì)和溶劑在膜的透過液側(cè)表面解吸。在以上溶質(zhì)和溶劑透過膜的過程中，一般假設(shè)第一步、第三步進行的很快，此時透過速率取決于第二步，即溶質(zhì)和溶劑在化學位差的推動下以分子擴散方式通過膜。由于膜的選擇性，使氣體混合物或液體混合物得以分離。而物質(zhì)的滲透能力，不僅取決于擴散系數(shù)，并且決定于其在膜中的溶解度。（2）優(yōu)先吸附一毛細孔流理論當液體中溶有不同種類物質(zhì)時，其表面張力將發(fā)生不同的變化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等有機物質(zhì)，可使其表面張力減小，但溶入某些無機鹽類，反而使其表面張力稍有增加，這是因為溶質(zhì)的分散是不均勻的，即溶質(zhì)在溶液表面層中的濃度和溶液內(nèi)部濃度不同，這就是溶液的表面吸附現(xiàn)象。當水溶液與高分子多孔膜接觸時，若膜的化學性質(zhì)使膜對溶質(zhì)負吸附，對水是優(yōu)先的正吸附，則在膜與溶液界面上將形成一層被膜吸附的一定厚度的純水層。它在外壓作用下，將通過膜表面的毛細孔，從而可獲取純水。（3）氫鍵理論在醋酸纖維素中，由于氫鍵和范德華力的作用，膜中存在晶相區(qū)域和非晶相區(qū)域兩部分。大分子之間存在牢固結(jié)合并平行排列的為晶相區(qū)域，而大分子之間完全無序的為非晶相區(qū)域，水和溶質(zhì)不能進入晶相區(qū)域。在接近醋酸纖維素分子的地方，水與醋酸纖維素羰基上的氧原子會形成氫鍵并構(gòu)成所謂的結(jié)合水。當醋酸纖維素吸附了第一層水分子后，會引起水分子熵值的極大下降，形成類似于冰的結(jié)構(gòu)。在非晶相區(qū)域較大的孔空間里，結(jié)合水的占有率很低，在孔的中央存在普通結(jié)構(gòu)的水，不能與醋酸纖維素膜形成氫鍵的離子或分子則進入結(jié)合水，并以有序擴散方式遷移，通過不斷的改變和醋酸纖維素形成氫鍵的位置來通過膜。在壓力作用下，溶液中的水分子和醋酸纖維素的活化點——羰基上的氧原子形成氫鍵，而原來水分子形成的氫鍵被斷開，水分子解離出來并隨之移到下一個活化點并形成新的氫鍵，于是通過一連串的氫鍵形成與斷開，使水分子離開膜表面的致密活性層而進入膜的多孔層。由于多孔層含有大量的毛細管水，水分子能夠暢通流出膜外。除上述模型，許多學者還提出不少另外的模型。如非平衡熱力學模型、空間電荷模型、固定電荷模型、靜電電阻模型等。3、反滲透膜過濾方式反滲透有兩種過濾方式，全程過濾和錯流過濾。為了減少濃差極化現(xiàn)象，提高透水速率，在工程應(yīng)用中一般采用錯流過濾操作方式。（1） 全程過濾全程過濾指在膜兩側(cè)的壓力差的趨動下，溶質(zhì)和溶劑垂直于分離膜方向運動，溶質(zhì)被膜截留，溶劑通過膜而被分離。全程過濾也叫死端過濾，在過濾過程中主體料液與透過液運動方向相同，隨著操作時間的增加，膜污染會越來越嚴重，過濾阻力越來越大，膜的滲透速率將下降，必須周期性地停下來清洗膜表面或者更換膜，所以全程過濾是間歇性的。圖1為全程過濾示意圖。（2） 錯流過濾錯流過濾指主體料液與膜表面相切而流動，料液中的溶質(zhì)被膜截留，透過液垂直于膜面而通過膜流出，因此錯流過濾也被稱為切向流過濾。在錯流過濾過程中，料液流經(jīng)膜表面時產(chǎn)生的剪切力會把膜面上滯留的顆粒帶走，使污染層保持在一個較薄的水平上，能有效的控制濃差極化和濾餅堆積，所以長時間操作仍可保持較高的膜通量。圖2為錯流過濾示意圖。料液| 料液一? —A截留物t "…一i透過液圖1全程過濾示意圖 圖2錯流過濾示意圖4、膜的分離性能參數(shù)截流率:截流率表示混合物體系分離的難易程度。截流率有表觀截流率和本征截流率之分，表達式如下：表觀截流率：R=1-CP/Cb本征截流率:R，=1-CP/Cm式中Cb：溶質(zhì)在膜的料液側(cè)的主體溶液中的濃度；Cm：溶質(zhì)在料液側(cè)的膜表面上的濃度；CP:溶質(zhì)在滲透產(chǎn)物側(cè)的濃度。膜通量:膜通量是指單位時間內(nèi)單位膜面積上通過的物質(zhì)的量。膜通量表達式:J=V/St式中J:膜通量；V:透過液的體積;S:膜的有效面積;t運行時間。5、反滲透系統(tǒng)完整的反滲透處理系統(tǒng)一般由預(yù)處理部分、膜處理部分和后處理部分組成。膜裝置本身包括膜元件、以一定方式排列的含膜元件的壓力外殼、給膜壓力外殼供水的高壓泵、管道、儀表、裝置支架和閥門等，還應(yīng)包括設(shè)置就地清洗系統(tǒng)。目前反滲透系統(tǒng)淡化苦咸水的一般工藝流程如下：化學藥品V原水 ?預(yù)處理單元 ?反滲透單元 ?后處理單元一＞出水6、反滲透優(yōu)點反滲透方法可以從水中除去90%以上的溶解性鹽類和99%以上的膠體微生物及有機物等。與其它水處理方法相比具有以下優(yōu)點:無相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少，適應(yīng)范圍廣、自動化程度高和出水質(zhì)量好等。尤其以風能、太陽能作動力的反滲透凈化苦咸水裝置，是解決無電和常規(guī)能源短缺地區(qū)人們的生活用水問題的經(jīng)濟、可靠途徑。二、預(yù)處理系統(tǒng)在進行反滲透系統(tǒng)設(shè)計之前，必須有原水水質(zhì)的全面分析。為了保證反滲透膜的正常運行，原水必須經(jīng)過完善的預(yù)處理。（一） 反滲透預(yù)處理的必要性合適的預(yù)處理對反滲透裝置長期安全運行是十分重要的。有了滿足反滲透進水水質(zhì)要求的預(yù)處理，就可以確保：產(chǎn)品水流量維持穩(wěn)定；脫鹽率維持在某一值上的時間較長；產(chǎn)品回收率保持不變等。可以防止懸浮雜質(zhì)、微生物、膠體物質(zhì)等附著在膜表面上或污堵膜元件水流通道；可以防止膜表面上一些難溶鹽如CaCO3、CaSO4等沉積引起結(jié)垢；確保膜免受機械或化學損傷，以使膜有良好的性能和足夠長的使用壽命。（二） 預(yù)處理系統(tǒng)的目的預(yù)處理的目的就是去除給水中會對反滲透膜產(chǎn)生污染或?qū)е铝踊奈镔|(zhì)。一旦預(yù)處理系統(tǒng)不能發(fā)揮作用，有污染物進入反滲透系統(tǒng)，這些物質(zhì)可能會在膜表面堆積，若給水中含有微生物，它的繁殖會導(dǎo)致更嚴重的后果。預(yù)處理系統(tǒng)的目的不外乎以下幾點：（1） 保證SDI最大不超過5.0，爭取低于3.0；15（2） 保證濁度低于1.0NTU，爭取小于0.2NTU；（3） 保證沒有余氯或類似氧化物，如臭氧等；（4） 保證沒有其它可能導(dǎo)致膜污染或劣化的化學物質(zhì)。（三） 預(yù)處理一般原則預(yù)處理工藝的選定依賴于進水水質(zhì)，膜工藝以及所要求的處理后水質(zhì)。而進水水質(zhì)是我們選擇預(yù)處理工藝的最重要的因素。1、 一般水質(zhì)分析項目進水水質(zhì)分析主要包含以下項目：PH值、堿度、SO42-、CI-、NO3-、F-、H2S、PO43-、SiO2、硬度、Fe,Mn、Na+、Ba+、Sr2+、AL+、Cu2+、Zn2+、Ca2+、Mg2+、K+、游離性余氯以及CO2等。2、 水源綜合分析項目⑴SDI值（SiltDensityIndex）SDI也稱為淤泥密度指數(shù)（foulingindex），是表征反滲透系統(tǒng)進水水質(zhì)的重要指標。該指標是表示R/O膜系統(tǒng)在依據(jù)此給水條件下運行發(fā)生污染可能性的一種尺度:SDI數(shù)值表征了在規(guī)定時間內(nèi)，孔徑為0.45|Jm測試膜片被溶在被測試給水中的淤泥、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oSDI的具體標準檢驗法在美國ASTMTEST（D189-82）的文件中有所敘述，具體測試過程如下：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①47mm、孔徑為0.45|Jm的測試濾膜后開始測定：首先測定開始通過濾膜的500（250）毫升水所需要的時間T0；在使水連續(xù)通過濾膜15分鐘（T）后，再次測得通過濾膜的500（250）毫升水所需要的時間T1；在取得以上3個時間數(shù)據(jù)之后，由此可以計算出該水源的SDI值：即：SDI=[1-T0/T1]-100/T在實際工程中，當二為孔的四倍時，SDI為5；在SDI為6.7時，水會完全堵塞測試膜，而無法取得時間數(shù)據(jù)T1，在這種情況下需要對反滲透預(yù)處理系統(tǒng)進行調(diào)整，使其SDI指標降至5.0以下。SDI數(shù)值測試方法的局限性在于該測試方法與反滲透膜系統(tǒng)的運行方式有所不同:因為在測定SDI時，給水中的所有污染物均被測試濾膜過濾；而反滲透系統(tǒng)在運行時，膜表面則有相當部分的污染物沿著膜表面被RO濃水一道流走。但是，經(jīng)過大量的工程實踐證明，以該種測試方法而得到的SDI值還是能說明反滲透系統(tǒng)給水的污染程度：一般說來，在RO系統(tǒng)給水SDI值低于3時，對膜系統(tǒng)的污染不重，設(shè)備運行基本不會出現(xiàn)膜系統(tǒng)的過快污染；當SDI大于5時，則說明在反滲透系統(tǒng)運行時可能會引起較重的膜污染。⑵有機物、生物污染物的綜合監(jiān)測有機污染物、微生物和細菌普遍存在于地表水和廢水之中。反滲透系統(tǒng)在處理該類水源時，水中尚存的有機物在膜分離過程中非常容易被吸附在膜表面上，但是我們在設(shè)計及對原水取樣分析時想得到準確的分析結(jié)果卻十分不易。一般情況下在設(shè)計使用該類水源的反滲透系統(tǒng)時，對有機物的全面分析只能從總有機碳含量（TOC），生物化學耗氧量（BOD）和化學耗氧量（COD）幾方面對水源進行鑒定。工程實踐證明：一般說來當原水TOC含量在2毫克/升以上時就應(yīng)引起足夠的重視；在TOC含量高于3毫克/升時就應(yīng)該對存在于原水中的有機物進行細致的分析才好：這是因為水中有的有機物不僅會污染R/O膜，而且長期附在膜面上還會引起R/O膜的超薄屏障層的化學降解，進而引起膜性能的退化和降低。但是，在有的水源下，雖然水中有機物含量很高，但是實踐證明其對膜材料卻無絲毫損害，所以工程設(shè)計時在對特殊水源的有機物分析十分重要。原水的生物含量檢測也是十分重要的，必須引起足夠的重視，這是因為微生物在進入R/O系統(tǒng)后，雖然不會吞噬膜材料，但是其在膜元件表面及內(nèi)部尋找到形成生物膜的理想環(huán)境，以致于對膜元件形成生物污堵。由此而引起的生物污堵嚴重并增大到一定程度時，甚至會導(dǎo)致反滲透膜系統(tǒng)中的膜元件發(fā)生“望遠鏡現(xiàn)象”，造成膜元件的機械損壞。⑶氧化還原電位ORP氧化還原電位ORP是表征水體中氧化性物質(zhì)和還原性物質(zhì)多少的一種參數(shù)。當氧化還原電位呈正值時表示水體中含氧化性物質(zhì)，當氧化還原電位呈負值時表示水體中含還原性物質(zhì)。水體中的氧化物質(zhì)通常是游離性氯、臭氧等，聚酰胺復(fù)合膜的耐氯性都比較差，VONTRON系列膜元件要求的進水游離性氯含量不超過0.1ppm，所以反滲透進水的氧化還原電位較低，必須采用活性炭過濾器或投加還原劑的方法去除水體中的氧化性物質(zhì)。自然界的水體氧化還原電位通常為負值，這是因為這些水中含佃貸、SO：+、Fe2+等。反滲透系統(tǒng)對H2S和Fe2+也很敏感，因為這兩種物質(zhì)可能會在系統(tǒng)內(nèi)部造成膠體污染和微生物污染，可以采用活性炭吸附、絮凝過濾、離子交換等方法在系統(tǒng)預(yù)處理中去除。表1概括了不同指標的進水要求。表1反滲透進水的水質(zhì)允許值檢查表導(dǎo)政膛河染的指標薜律方法懸浮物警濁度<：1NTU過濾，驅(qū)溢沉淀，微渡.超涯SDI-.<5.0N；A<100i/ml過泌，舞我沉淀「微濾.超注微生物<1r.-ml殺菌，微澹，超濾金屬氧化物對,Fe3'<■50pg：'L"化+沉淀或過他就Mn<■60pg：'L曲用分芯劑結(jié)垢物質(zhì)'CaDOsISKU回收率,pH值.如垢制CaSOd<230%BuSOqfaDOO%'1垢刑SrSO4<300'原刑CaF2米水愧液座＜1.7mgjL邑枚本C3?(P0q｝；揪水刪愀度不能超過溶懈度回權(quán)率SiCh<100噸有機物'0氣浮、眼電TOG<10rngl_活性毒過，,吸咐■脂COD、lOing/L活性炭、過蠅吸附樹脂BGD、:5mg/L活性炭、過濾.吸附-脂弓化的惜標允許值去除方法pH值』3-10拍入醪或諛調(diào)節(jié)淚度5-45t?戒化劑余氯<0.1mg/L堿t活性炭吸0其他0衰同活性制選擇陽離子■兩性表時■性劑時新網(wǎng)酒精<10%N；A3、預(yù)處理一般原則在預(yù)處理工程中我們主要考慮兩個問題:一是防止懸浮物、膠體和微生物形成的污染與堵塞；其次是防止難溶鹽的沉淀結(jié)垢。預(yù)處理一般采用的原則如下：若原水中懸浮物、膠體類雜質(zhì)較多，則可根據(jù)懸浮物含量采用不同的處理工藝。當懸浮物含量V50mg/L時，可以采用直流混凝，過濾法；當懸浮物含量350mg/L時，可以采用澄清、過濾法。當原水為地下水時，可能存在鐵離子等還原性的成分，如果鐵含量V0.3mg/L時，可以采用直接過濾法，如果鐵含量30.3mg/L時，應(yīng)該考慮曝氣或錳砂過濾除鐵，再考慮其他過濾工藝。原水中有機物較高時可以考慮加氯、混凝、澄清、過濾等工藝，如果不能滿足要求可以進一步采用活性炭過濾除去有機物。原水中碳酸鹽硬度較高時，加阻垢劑，如果仍然不能避免沉淀，可以用石灰軟化處理。原水中硅酸鹽含量較高時，可用石灰、氧化鎂進行處理。預(yù)處理的分類針對預(yù)處理系統(tǒng)的目的，可以將預(yù)處理分為：防止結(jié)垢、防止膠體污染、防止微生物污染、防止有機物污染和防止膜劣化等幾個方面。1、結(jié)垢的防止（1） 結(jié)垢的原因起垢是難溶性的鹽類在膜表面析出固體沉淀，防止結(jié)垢的方法是保證難溶解性鹽類不超過飽和界限。結(jié)垢不僅會在膜表面發(fā)生，有時甚至在系統(tǒng)的管路內(nèi)部也會發(fā)生。在反滲透系統(tǒng)中析出的垢主要是無機成分，以碳酸鈣為主。堿性時會形成包括氫氧化鎂在內(nèi)的等的各種難溶解氫氧化物。在天然的水源中存有的主要難溶性鹽類主要有：碳CaCO3、BaSO「CaSO「CaF?、SrS『Si%。一般來說，鹽的溶解度受各種在水中成分的濃度、pH值、溫度以及共存的其它鹽分濃度影響，難溶鹽的溶解度通常用溶度積（Ksp）來表示，溶度積越小溶解度就越低。在反滲透系統(tǒng)設(shè)計的時候特別有必要注意的是鋇（Ba2+）和鍶（Sr2+）。鋇一般只存在在天然的水中，在井水中的鋇濃度在0.05-0.2mg/L之間，鋇的檢出級別是川g/L。原水中鋇的臨界濃度在海水中是15pg/L以下，苦咸水中是5pg/L以下。當在原水中投加硫酸時，需注意在控制給水中鋇的濃度在2pg/L以下。鍶的分析必須檢測到1mg/L數(shù)量級。硫酸根濃度的增加以及水溫的降低，會導(dǎo)致硫酸鍶的溶解度下降。通常井水中的鍶含量在15mg/L以下。此外，一些天然水體中含量不高的無機物由于人為原因（如：加藥等）會被帶入給水中，例如：磷酸根、鐵和鋁，這些無機鹽往往溶度積很低，極易發(fā)生結(jié)垢，因此當系統(tǒng)投加藥劑（包括：絮凝劑、助凝劑、阻垢劑、酸和堿等）時，必須注意這些人為引入的離子成分的影響。有時甚至會出現(xiàn)投加的不同藥劑發(fā)生相互作用導(dǎo)致難溶物質(zhì)析出，進而污染膜元件的情況。因此在投加多種藥劑時，應(yīng)該注意這些藥劑的成分，有條件的最好通過試驗確認它們的兼容性。（2） Langelier指數(shù)和Stiff&Davis指數(shù)水溶解物質(zhì)的能力根據(jù)水的pH值不同有很大變化。原水中的碳酸鈣依據(jù)加酸量的不同，碳酸根會變成碳酸氫根或二氧化碳氣體。下列化學反應(yīng)式就描述了碳酸鹽在水中的平衡。Ca2++CO32-+H+Ta2++HCO3-Ca2++HCO3-+H+fCa2++H2CO3fCa2++CO2+H2O根據(jù)以上平衡，調(diào)節(jié)pH值到酸性區(qū)域，可以起到防止碳酸鈣析出的作用，從而避免結(jié)垢。是否生成碳酸鈣垢的表征指標可以用朗格利爾飽和指數(shù)（LSI）進行評價。LSI=pH-pHs（TDSV4000mg/L）式中：pHs 水中的碳酸鈣飽和時的pH值；pH——實際水溶液的濃水pH值。在大多數(shù)反滲透系統(tǒng)中，濃水側(cè)的pH值會高于進水的pH值，因此在考慮LSI時務(wù)必要考慮濃水側(cè)的pH值。通常評判是否結(jié)垢的方法如下：LSIW0—不結(jié)垢

LSI>0t會結(jié)垢當原水中的含鹽量過高時，LSI就不適用了，這時需要用Stiff&Davis指數(shù)（SDSI）進行評價。SDSI=pH-pCa-pAlk-K(TDS>4000mg/L)式中：pCa——鈣濃度的負對數(shù)值；pAIk 堿度的負對數(shù)值；K一系數(shù)，和水溫和離子強度互有關(guān)。阻垢劑當通過計算或者軟件模擬發(fā)現(xiàn)反滲透濃水的LSI或SDSI指數(shù)大于0時、或其他難溶鹽超過其溶度積時，為了防止無機鹽結(jié)垢，可以在原水中加入阻垢劑。A、碳酸鈣結(jié)垢碳酸鈣結(jié)垢可以用LSI(當TDSV4000mg/L時)或SDSI(當TDS>4000mg/L時)進行估算。下表給出了不同LSI或SDSI值所對應(yīng)的處理方法。LSI或SDSI對應(yīng)辦法<-0.2可以不添加阻垢劑一0.2—-0.5添加六聚磷酸鈉(SHMP)+0.5—-1.8添加有機系阻垢劑〉+1.8加酸調(diào)整小于+1.8后再添加阻垢劑阻垢劑的添加量SHMP:濃水中的SHMP的濃度一般控制在20—40mg/L,根據(jù)回收率調(diào)節(jié)添加濃度，在反滲透系統(tǒng)的進水處注入。有機系阻垢劑：根據(jù)阻垢劑制造廠的計算軟件決定加入量。B、其他無機鹽結(jié)垢除碳酸鹽以外，很多其他無機鹽同樣具有較低的飽和溶解度。在反滲透系統(tǒng)中經(jīng)常遇到的有：硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶、一些磷酸鹽以及部分金屬的氫氧化物，甚至還有硅。這些物質(zhì)需要有針對性采用不同的專用阻垢劑。水的軟化含有鈣、鎂等硬度成分的水作為鍋爐或者冷卻水使用時，硬度成分會在傳熱面或管線內(nèi)側(cè)沉淀。可以采用絮凝、沉淀、過濾、化學軟化或者離子交換等方法對水進行軟化。石灰軟化法是通過添加氫氧化鈣而起到降低硬度的目的，非碳酸硬度通過添加碳酸鈉可以起到降低的作用。石灰軟化工藝還可以降低硅的濃度。添加鋁酸或者二氯化鐵，在沉淀物中會含有碳酸鈣、硅酸、氧化鋁和鐵的混合物。采用60-70r的高溫石灰脫硅酸工藝，加入石灰和氧化鎂，可以把硅酸濃度降低到1mg/L以下。而且通過石灰軟化處理還可以明顯的降低鋇、鍶以及部分有機物。2、膠體污染的防治膠體是具有1nm到1〃m粒徑，像粘土一樣很難自然沉降的微粒子。在水中通常帶負電。因此膠體粒子間由于靜電斥力的作用，不會發(fā)生聚合。(1)絮凝絮凝是加入絮凝劑中和膠體粒子表面的電荷，使得膠體粒子間的排斥力變?nèi)?，最終導(dǎo)致微粒子之間變的更容易聚集。絮凝通過以下三個方式起作用：（1）膠體間的引力和反作用力；（2）粒子和粒子的接觸、沖撞；（3）化學作用（金屬氫氧化物的溶解度）。多數(shù)常用絮凝劑與水中的堿成分反應(yīng)易生成金屬氫氧化物，如果加入絮凝劑的量過多，會導(dǎo)致生成的氫氧化物析出并對膜元件造成污染。影響絮凝的因素，除了絮凝劑的注入量以外，還有pH值、攪拌條件、共存離子以及水溫等。在實際設(shè)計中，必須預(yù)先對這些絮凝條件進行預(yù)測。（2） 介質(zhì)過濾介質(zhì)過濾可以有效的去除反滲透給水中的懸浮物，降低濁度和SDI值。僅靠絮凝、砂濾無法把原水中的粒子有效捕捉時，還可以配合使用絮凝沉淀和氣浮組合。但是，添加過濾輔助藥劑或者絮凝劑，有可能會導(dǎo)致反滲透膜污染。因此需要做小型燒杯實驗，以確認藥劑的添加是否對反滲透系統(tǒng)有影響。在選擇濾速時，依據(jù)原水水質(zhì)的不同可以有所變化。通常對于地下水水源，由于水中的膠體、懸浮物含量較少，可以選擇較高的濾速；對于污染較嚴重的地表水，濾速的設(shè)定一定不能太高，以免對反滲透系統(tǒng)造成嚴重污染。（3） 活性炭活性炭是一種多孔、疏水性的吸附劑，可以用來吸附溶解性有機物以及游離氯和臭氧等氧化劑，用活性炭作為反滲透膜系統(tǒng)的預(yù)處理已經(jīng)被廣泛使用。通常被采用的活性炭有兩種類型：顆?；钚蕴浚℅AC）和粉末活性炭（PAC）。（4） 微濾和超濾微濾（MF）和超濾（UF）是近幾年才大規(guī)模應(yīng)用的反滲透和納濾預(yù)處理工藝。同絮凝、沉淀以及砂濾比較，其過濾的水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)備管理比較簡單，也不會產(chǎn)生過濾殘渣或絮凝污泥等廢棄物。作為預(yù)處理，微濾和超濾膜的使用可以完全去除不溶解的物質(zhì)，降低顆粒物的污染風險，使得反滲透的設(shè)計水通量可以適當增加約10-20%。但是微濾和超濾也不能包治百病，并非采用了微濾和超濾就可以排除一切對反滲透和納濾產(chǎn)生污染的物質(zhì)。這一方面是由于微濾以及用于反滲透預(yù)處理的超濾膜都屬于篩分過濾，過濾孔徑大約在0.02-0.05微米之間，雖然大部分不溶解的物質(zhì)都會被截留，但是很多溶解在水中的有機物同樣會對反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生污染，而這恰恰是微濾和超濾預(yù)處理不能解決的。另一方面，微濾和超濾預(yù)處理系統(tǒng)經(jīng)常要伴隨著藥劑的加入，例如：絮凝劑、阻凝劑、氧化劑、酸和堿等，這些化學物質(zhì)有可能在微濾和超濾的產(chǎn)水中存留，進而導(dǎo)致反滲透膜的污染和劣化。其中尤其要注意的是絮凝劑和氧化劑，從目前大量的雙膜法（MF/UF+RO）案例來看，大多數(shù)微濾和超濾系統(tǒng)會在線投加絮凝劑，種類以鐵鹽和鋁鹽為主，這是為了在原水中造成微絮凝以提高微濾和超濾的產(chǎn)水水質(zhì)，部分絮凝劑未能充分反應(yīng)并透過微濾和超濾膜進入產(chǎn)水側(cè)，由于在產(chǎn)水水箱中有一定的停留時間，導(dǎo)致這些透過的絮凝劑發(fā)生二次絮凝，這對反滲透膜會造成嚴重的污染。氧化劑的投加主要是為了殺滅水中的微生物，在微濾和超濾的反洗步驟中也經(jīng)常使用，但是殘留的氧化劑如果沒有充分的還原，就會造成反滲透膜的氧化，導(dǎo)致不可恢復(fù)的破壞。因此，在選擇微濾和超濾作為預(yù)處理時，一定要嚴格控制藥劑的投加量、嚴格按照微濾和超濾制造商提供的設(shè)計參數(shù)設(shè)計，雖然微濾和超濾系統(tǒng)自動化程度高、運行操作簡單，但也同樣要做好維護工作，確保系統(tǒng)穩(wěn)定的運行。（5） 保安過濾器通過預(yù)處理的水在進入反滲透系統(tǒng)之前通常會設(shè)置5以m左右的保安過濾器，能夠把水中殘余的顆粒和不利于反滲透膜的因素降到最低，防止管路和中間水箱帶入污染物。需要注意的是保安過濾器可能會成為微生物污染的發(fā)生源，保安過濾器同樣需要定期清洗和殺菌。（6） 除鐵和除錳在有的井水中含有還原態(tài)的Fe2+和Mn2+。這種水在氧化后或者當水中的氫氧根超過5mg/L時，F(xiàn)e2+會轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+，生成膠體的氫氧化物。鐵比錳更容易造成反滲透膜的污染。用反滲透系統(tǒng)來處理這樣的水時，重要的是不要接觸空氣。在進入反滲透裝置前對原水進行氧化，然后使用過濾器脫除，也可以防止鐵和錳帶來的污染。3、生物污染的防治（1） 微生物污染的特征反滲透系統(tǒng)給水中的微生物會在膜表面沉降、凝結(jié)形成一層生物膜。一般來說生物膜的厚度若超過了一定的界度就會形成生物污染。使得原水側(cè)的通路阻力增大，原水和濃縮水之間的壓力差增加。同時，由于微生物膜阻擋，系統(tǒng)運行的有效壓力也會減少，從而導(dǎo)致系統(tǒng)脫鹽率的下降。（2） 殺菌消毒藥品殺菌A氯消毒用氯消毒的方式能確實的起到效果，在處理上也很容易實現(xiàn)，對效果的確認可以用余氯殘留量或者濃度測定。因為易于管理而被廣泛運用。但氯會和黑腐質(zhì)等溶解性有機物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生三鹵代烷烴（THM）等對人體有害的副產(chǎn)物，目前已經(jīng)有了許多替代氯的消毒劑被采用了。B二氧化氯消毒二氧化氯作為消毒劑使用越來越廣泛，由于其物理、化學性質(zhì)上的不穩(wěn)定性使其無法貯藏，因此都在現(xiàn)場通過反應(yīng)生成C1O2并直接使用，反應(yīng)大都遵循以下方程式。2NaC1O+HO+HSO—2C1O+O+NaSO+2HO3 22 2 4 2 2 2 4 2通常ClO2的注入量約在0.6-2.0mg/L以下。和氯的使用相比，ClO2的消毒效果是氯的1/10-1/2左右。C氯氨消毒氯氨在市場上沒有單獨銷售，一般采用在原水中同時注入氨氮和氯，在某些氨氮含量較高的水體中可以直注入氯，生成氯氨。用氯氨消毒時，不會生成過多的類似于THM的有害物質(zhì)，比較安全。D臭氧消毒被臭氧處理過的水，如果含有漠化物則會生成次漠酸根離子（BrO-），進而生成漠酸離子根（BrO」）。BrO」被確認有致癌性，為回避風險不推薦使用臭氧殺菌。紫外線殺菌和使用氯等的藥劑殺菌不同，采用紫外線殺菌完全沒有藥劑殘留，也沒有副產(chǎn)物的生成。消毒效果會依據(jù)作用對象的不同而不同。采用UV253.7在1-21mJ/cm2的照射劑量下可以進行細菌消毒（90%不活化）。4、 有機污染的防治芳香族聚酰胺反滲透復(fù)合膜是含有苯環(huán)的有機物，通常顯負電性。帶正電荷的有機物即使在低濃度時，也會吸附在膜的表面造成水通量的激劇下降。有機物污染的特征一般用肉眼很難判斷。用高感度的傅立葉紅外光譜（FT-IR）分析難以判斷時，可以采用Zeta電位測試法幫助判斷膜表面吸附情況。表面活性劑中的非離子型和兩性的物質(zhì)對膜性能的影響也非常嚴重。通常的藥劑清洗很難使膜性能恢復(fù)。平常使用的家用洗潔劑因含有表面活性劑，在裝填膜元件時禁止作為潤滑劑使用。5、 膜劣化的防止膜的劣化，主要是受物理或化學作用發(fā)生不可逆的細微構(gòu)造或分子構(gòu)造變化，導(dǎo)致膜性能下降的現(xiàn)象。（1） 物理劣化已知物理劣化的顯著事例是從水泵發(fā)出的超聲波會造成膜破損（脫鹽率下降），超過允許的壓力或超過上限溫度（45r）的運行，也都會造成膜劣化導(dǎo)致水通量下降。（2） 化學劣化化學劣化就是指反滲透膜受氧化劑影響，芳香聚酰胺的聚合鏈被切斷，或者因過量酸、堿等藥劑清洗，導(dǎo)致膜分離性能的衰減。醋酸纖維素反滲透膜會受到來自細菌分解影響導(dǎo)致高分子聚合鏈斷裂，進而導(dǎo)致脫鹽率下降。三、反滲透膜清洗（一）反滲透膜與膜組件反滲透分離技術(shù)的核心是膜本身，不同的膜出于所用的材料、制備工藝和后處理等方面的不同，在結(jié)構(gòu)上則各有差異。這主要有均相和異相、對稱和不對稱，致密和多孔，復(fù)合和一體之別。膜本身包括表層或超薄致密層，過渡層和支撐下層等以及它們的厚度、孔徑及其分布、孔的形狀和孔隙率等。不同結(jié)構(gòu)的膜，其性能也各異。廣泛應(yīng)用的反滲透膜多為不對稱膜和復(fù)合膜。

一般情況下，反滲透膜的選擇主要依賴于兩個主要因素:給水的鹽度和所要求的復(fù)水率。根據(jù)不同的水源、對水質(zhì)的要求、成水的最終要求、去除某物質(zhì)的側(cè)重點的要求的不同以及通水量和操作的壓力等不同，膜產(chǎn)品的型號和指標分很多種。任何一個膜分離過程，不僅需要具有優(yōu)良分離特性的膜，還需要結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定的膜分離裝置。膜組件是膜分離裝置的核心，它是將膜、支撐膜的支撐體和間隔物或管式外殼等通過一定的勃合或組裝構(gòu)成的一個單元，在外界壓力的作用下實現(xiàn)對溶質(zhì)和溶劑的分離。目前工業(yè)上常用的反滲透膜組件主要有卷式、中空纖維式、毛細管式、管式和板框式等。一般情況認為板框式和管式組件處理量較小，尤其適用于高粘度、含大量懸浮雜質(zhì)的對象。處理量大時，應(yīng)使用中空纖維和卷式。為了使反滲透裝置達到給定的回收率，必須將裝置內(nèi)的組件合理排列。組件的排列方式有一級或多級（一般為二級），具體可分為①一級一段（圖3一1）:這種方式水的利用率較低，一般用于海水淡化。②一級二段（圖3一2）:這種方式可以得到很高的水回收率，濃水排放量少，能夠充分利用水源。③二級一段（圖3一3）。這種方式是將第一級產(chǎn)水作為下一級的進水進行反滲透分離，而濃水返回前一級。這種方式即提高了水的回收率又提高了產(chǎn)水水質(zhì)。它適用于海水淡化和沙漠高鹽度苦咸水淡化。（二）反滲透膜污染與清洗 :段七.在正常運行一段時間后，反滲透膜元件會受到給水中可能存在的懸浮物或難溶鹽的污染，這些污染中最常見的是碳酸鈣沉淀、硫酸鈣沉淀、金屬（鐵、錳、銅、鎳、鋁等氧化物沉淀、硅沉積物、無機或有機沉積混合物、NOM天然有機物質(zhì)、合成有機物（如：阻垢劑/分散劑，陽離子聚合電解質(zhì)）、微生物（藻類、霉菌、真菌）等污染。污染性質(zhì)和污染速度取決于各種因素，如給水水質(zhì)和系統(tǒng)回收率。通常污染是漸進發(fā)展的，如不盡早控制，污染將會在相對較短的時間內(nèi)損壞膜元件。當膜元件確證已被污染，或是在長期停機之前，或是作為定期日常維護，建議對膜元件進行清洗。當反滲透系統(tǒng)(或裝置)出現(xiàn)以下癥狀時，需要進行化學清洗或物理沖洗:在正常給水壓力下，產(chǎn)水量較正常值下降10?15%；為維持正常的產(chǎn)水量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加10?15%；產(chǎn)水水質(zhì)降低10?15%，透鹽率增加10?15%；給水壓力增加10?15%；系統(tǒng)各段之間壓差明顯增加。清洗頻度與系統(tǒng)預(yù)處理程度有直接的關(guān)系，當SDI15<3時，清洗頻度可能為每年4次；當SDI15在5左右時，清洗頻度可能要加倍。但清洗頻度取決于每一個項目現(xiàn)場的實際情況。1、清洗液的選擇高效的清洗配方是確保清洗質(zhì)量的關(guān)鍵。目前，反滲透膜的清洗配方一般都是膜生產(chǎn)商提供的，按性能一般分為酸洗、堿洗、鹽洗和氧化清洗4大類。其配方具有保守性和關(guān)健技術(shù)的保密性，且有不同地區(qū)，不同水質(zhì)的差異性，不同單位使用后的清洗效果相差很大。所以，應(yīng)根據(jù)理論分析和現(xiàn)場試驗來選擇了有效的配方。選擇合適的藥劑進行清洗，首先需要確定污染物的成分，然后根據(jù)污染物的性質(zhì)來選擇合理的清洗藥劑。有時針對某種特殊的污染物或污染狀況，要使用RO藥劑制造商的專用化學清洗藥劑。常規(guī)清洗液介紹：［溶液1］：2.0%(W)檸檬酸(C6H8O7)的低pH(pH值為4)清洗液。以于去除無機鹽垢(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)及無機膠體十分有效。［溶液2］：2.0(W)%STPP(三聚磷酸鈉Na5P3O10)和0.8%(W)的Na-EDTA混合的高pH(pH值為10)洗液。它專用于去除硫酸鈣垢和輕微至中等程度的天然有機污染物。STPP具有無機螯合劑和洗滌劑的功用。Na-EDTA是一個具有螯合性的有機螯合清洗劑，可有效去除二價和三價陽離子和金屬離子。STPP和Na-EDTA均為粉末狀。［溶液3］：2.0(W)%STPP(三聚磷酸鈉NaPO)和0.25%(W)的Na-DDBS［CH(CH)-SONa，5310 65 212 3十二烷基苯磺酸鈉］混合的pH值為10的高pH洗液。該洗液用于去除較重度的天然有機物(NOM)污染。STPP具有無機螯合劑和洗滌劑的功用，Na-DDBS則作為陰離子洗滌劑。［溶液4］：0.5%(W)鹽酸低pH清洗液(pH為2.5)，主要用于去除無機物垢(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)，及無機膠體。這種清洗液比溶液1要強烈些，因為鹽酸(HCl)是強酸。鹽酸的下述濃度值是有效的：(18°波美=27.9%，20°波美=31.4%，22°波美=36.0%)。［溶液5］：1.0%(W)亞硫酸氫鈉(Na2S2O4)高pH清洗液(pH為11.5)。它用于去除金屬氧化物和氫氧化物，且可一定程度的擴展至去除硫酸鈣、硫酸鋇和硫酸鍶垢。亞硫酸氫鈉是強還原劑，也被稱為連二亞硫酸氫鈉。亞硫酸氫鈉為粉末狀。［溶液6］：0.1%氫氧化鈉和0.03%（W）SDS（十二烷基磺酸鈉）高pH混合液（pH為11.5）。它用于去除天然有機污染物、無機/有機膠體混合污染物和微生物（菌素、藻類、霉菌、真菌）污染。SDS是會產(chǎn)生一些泡沫的陰離子表面活性劑型的洗滌劑。［溶液7］：0.1%（W）氫氧化鈉高pH清洗液（pH為11.5）。用于去除聚合硅垢。這一洗液是一種較為強烈的堿性清洗液。2、 清洗工藝對清洗效果的影響清洗配方確定后，清洗工藝和操作是確保清洗質(zhì)量的有效保證。（1） 順流清洗和逆流清洗比較順流清洗就是清洗劑流向與運行時水流方向一致的清洗方式。逆流清洗是清洗液與運行時水流方向相反的清洗方式。順洗是普遍采用的清洗工藝，它對膠體污堵、結(jié)垢污堵的清洗效果較好。這2種物質(zhì)易化學溶解，且結(jié)垢主要在二段，所以脫落溶解后易隨水流沖出。（2） 分段清洗與混合清洗效果比較試驗當清洗多段反滲透裝置時，最有效的清洗方法分段清洗，這樣可控制最佳清洗流速和清洗液濃度，且各段應(yīng)配制新藥劑，其目的是預(yù)防交叉污染?；旌锨逑?，即用同一箱藥對一、二段進行動靜交替，串聯(lián)清洗。（3） 動態(tài)清洗與動靜交替清洗的比較動態(tài)清洗就是一直以流動狀態(tài)清洗到結(jié)束。動靜交替清洗就是流動狀態(tài)時將溫度、PH值等調(diào)好后再靜態(tài)浸泡一段時間的清洗方式。試驗說明，動靜交替清洗效果比單一動態(tài)清洗效果好。這是因為單一動態(tài)清洗沖刷、剝落下的污物被沖壓到格柵的邊角處成為死角，分散、溶解的時間增長。至靜態(tài)浸泡時，壓實的污物又還散到藥液中，反應(yīng)溶解加快。3、 清洗技術(shù)參數(shù)控制對清洗質(zhì)量的影響（1） 清洗溫度、pH值對清洗效果的試驗清洗溫度和pH值直接影響膜的化學穩(wěn)定性和清洗效果。溫度升高，有利于化學反應(yīng)加快，提高清洗質(zhì)量，但也增加了膜的溶解性，溫度低則效果差。對于芳香族聚酰胺膜，溫度宜控制在35?40°C內(nèi)，對膜無影響，效果大有提高。pH值高有利于有機物、微生物的清洗，pH值低有利于垢和金屬氧化物的清洗。（2） 清洗流量、壓差與清洗效果的關(guān)系清洗的原則應(yīng)是低壓差，大通量的清洗方式，單個膜的平均壓降應(yīng)控制在0.06MPa以內(nèi)。清洗流量小容易發(fā)生偏流，有死角，流量大易損壞膜。試驗證明，清洗流量是運行流量的1.0?1.2倍最合適。在藥劑的作用下，這個流速就能保證在正常運行時粘附在膜表面、網(wǎng)絡(luò)中的污染物充分接觸藥劑反應(yīng)溶解分散后沖刷出去，若沒有死角和偏流現(xiàn)象，清洗效果會更好。4、 RO膜元件的清潔和沖洗注意事項RO膜元件可置于壓力容器中，在高流速的情況下，用循環(huán)的清潔水（RO產(chǎn)品水或不含游離氯的潔凈水）流過膜元件的方式進行清洗。RO的清洗程序完全取決于具體情況，必要時更換用于循環(huán)的清潔水。在60psi（4bar）或更低壓力條件下進行低壓沖洗，即從清洗罐中（或相當?shù)乃矗┫驂毫θ萜髦斜萌肭鍧嵥缓笈欧诺?，運行幾分鐘。沖洗水必須是潔凈的、去除硬度、不含過渡金屬和余氯的RO產(chǎn)品水或去離子水。在清洗罐中配制特定的清洗溶液。配制用水必須是去除硬度、不含過渡金屬和余氯的RO產(chǎn)品水或去離子水。溫度和pH應(yīng)調(diào)到所要求的值。啟動清洗泵將清洗液泵入膜組件內(nèi)，循環(huán)清洗約一小時或是要求的時間（咨詢供應(yīng)商技術(shù)人員）。在起始階段，清洗液返回至RO清洗罐之前，將最初的的回流液排放掉，以免系統(tǒng)