反滲透系統中膜的常見(jiàn)污染問(wèn)題及控制

反滲透系統在日常的運行中，難免會(huì )出現系統的無(wú)機物結垢、膠體顆粒物的沉積、微生物的滋生、化學(xué)污染以及其它問(wèn)題，這些因素影響著(zhù)系統安全穩定的運行。下面主要闡述膜系統在日常中出現的問(wèn)題及控制方法。

一、無(wú)機物的結垢

在水中存在Ca2＋、Mg2＋、Ba2＋、Sr2＋、CO32－、SO42－、PO43－、SiO2等離子。在一般的情況下是不會(huì )造成無(wú)機物結垢，但是在反滲透系統中，由于源水一般濃縮4倍，并且pH也有較大的提高，因此比較難溶解的物質(zhì)就會(huì )沉積，在膜表面形成硬垢，導致系統壓力升高、產(chǎn)水量下降，嚴重的還會(huì )造成膜表面的損傷，使系統脫鹽率降低。

衡量水質(zhì)是否結垢有兩種計算方法：

控制苦咸水結垢指標

對于濃水含鹽量TDS≤10,000mg/L的苦咸水，朗格利爾指數（LSIC）作為表示CaCO3結垢可能性的指標：

LSIC=pHC-pHS

式中：LSIC：反滲透濃水的朗格利爾指數
pHC：反滲透濃水pH值
pHS：CaCO3溶液飽和時(shí)的pH值
當LSIC≥0，就會(huì )出現CaCO3結垢。

控制海水及亞海水結垢指標及處理方法：

當濃水含鹽量TDS>10,000mg/L的高鹽度苦咸水或海水水源，斯蒂夫和大衛飽和指數（S&DSIC）作為表示CaCO3結垢可能性的指標。

S&DSIC=pHC-pHS

式中：S&DSIC：反滲透濃水的斯蒂夫和大衛飽和指數
  pHC：反滲透濃水pH值
  pHS：CaCO3溶液飽和時(shí)的pH值
當S&DSIC≥0，就會(huì )出現CaCO3結垢。

其它無(wú)機鹽結垢預處理的控制方案

碳酸鈣結垢預處理的控制方案
 
在反滲透系統的結垢中，以碳酸鹽垢為主，大多數地表水和地下水中的CaCO3幾乎呈飽和狀態(tài)，由下式表示CaCO3化學(xué)平衡：

Ca2++HCO3–<——>H++CaCO3

從化學(xué)平衡式可以看出，要抑制CaCO3的結垢，有幾種途徑：

降低Ca2+的含量
降低了Ca2+含量，可以使化學(xué)平衡向左側移動(dòng)，不利于形成CaCO3垢。
達到這種目的的方法有：離子交換軟化法、石灰軟化法、電滲析、納濾等方法，他們都能有效地降低的Ca2+含量，從而達到抑制鈣垢的生成。

Ca2+的增溶
主要是以增加Ca2+的溶解度，從而降低結垢的風(fēng)險。
方法：添加螯合劑、阻垢劑，增加Ca2+的溶解度，使平衡向左移動(dòng)。

調節pH值
主要是通過(guò)添加無(wú)機酸，從而提高H+的濃度，使平衡向左移動(dòng)�；瘜W(xué)原理如下：
         CO2+H2O<——>H2CO3――――-⑴
         H2CO3<——>H++HCO3-――――⑵
         HCO3-<——>H++CO32-――――⑶

離子交換除堿法

主要是通過(guò)降低CO32-的濃度來(lái)降低碳酸鈣結垢的風(fēng)險。

硫酸鈣結垢預處理的控制方案
離子交換除鈣
石灰軟化除鈣
添加反滲透專(zhuān)用阻垢劑

氟化鈣結垢預處理的控制方案
離子交換除鈣
石灰軟化除鈣
陰樹(shù)脂交換
添加反滲透專(zhuān)用阻垢劑

硫酸鍶結垢預處理的控制方案
離子交換除鍶
陰樹(shù)脂交換
添加反滲透專(zhuān)用阻垢劑

硫酸鋇結垢預處理的控制方案
離子交換除鋇
陰樹(shù)脂交換
添加反滲透專(zhuān)用阻垢劑

硅酸鹽結垢預處理的控制方案
預處理中的過(guò)濾
石灰軟化
提高進(jìn)水的溫度
提高進(jìn)水的pH值
添加硅分散劑

二、膠體、顆粒物沉積

膠體、顆粒物污染是比較常見(jiàn)的反滲透系統污染。水中大量存在粘泥、膠體硅、金屬的氧化物及有機質(zhì)等顆粒物，在反滲透系統預處理中可以將源水中的這些污染源控制在一定程度，不致使對系統短期運行造成一定的影響。但由于系統長(cháng)時(shí)間的運行預處理處理效果不理想、預處理反沖洗不徹底、操作人員的日常操作不到位等原因，都會(huì )造成系統膠體、顆粒物的污染。

針對膠體污染，通過(guò)淤泥密度指數（SiltDensityIndex，SDI）來(lái)衡量。SDI數值反應了在規定時(shí)間內，孔徑為0.45um測試膜片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。

測試如下：首先應充分排除過(guò)濾池中的空氣壓力，使給水以30psi的恒定壓力通過(guò)直徑為Φ47mm、孔徑為0.45um的測試濾膜后開(kāi)始測定：首先測定開(kāi)始通過(guò)濾膜的500毫升水所需要的時(shí)間T0；在使水連續通過(guò)濾膜15分鐘（T）后，再次測得通過(guò)濾膜的500毫升水所需要的時(shí)間T1；在取得以上3個(gè)時(shí)間數據之后，由此可以計算出該水源的SDI值：

即SDI=（1-T0/T1）×100/T

在實(shí)際中，當T1為T(mén)0的四倍時(shí)，SDI為5；在SDI為6.7時(shí)，水會(huì )完全堵塞測試膜，而無(wú)法取得時(shí)間數據T1，在這種情況下需要對反滲透預處理系統進(jìn)行調整，使其SDI值降至5.0以下。SDI值不能反應完全反滲透系統的污堵情況，因為SDI儀測試是死端過(guò)濾，而反滲透系統是錯流過(guò)濾。

為了防止反滲透系統膠體污染，我們要求進(jìn)水SDI值小于5（最好是小于3），這樣有利于系統長(cháng)期安全運行。

降低反滲透進(jìn)水膠體、顆粒物污染最有效的方法： 合適的預處理（錳砂過(guò)濾、多介質(zhì)過(guò)濾、活性炭過(guò)濾、超濾、微濾等等）； 添加膠體分散劑； 系統預防性的清洗；

三、微生物的污染

自來(lái)水一般通過(guò)控制余氯來(lái)抑制微生物的滋生，但是余氯有較強的氧化性，它能使反滲透膜表面氧化，影響膜的壽命和產(chǎn)水水質(zhì)，因此反滲透系統運行對余氯要求非常嚴格（<0.1），這給微生物的生存繁殖提供了有利的環(huán)境。微生物生長(cháng)及排泄出的酸性粘泥會(huì )堵塞膜的微孔，致使壓差上升，給系統的安全運行埋下了嚴重的安全隱患。

微生物的污染也是最常見(jiàn)的污染，經(jīng)過(guò)大量的元件解剖及污染物分析實(shí)驗，大多數污染是由微生物的繁殖引起的。

微生物污染過(guò)程主要有以下階段：第一階段腐殖質(zhì)、聚糖至于其他微生物代謝產(chǎn)物等大分子在膜面上的吸附，形成具備微生物生存條件的生物膜；第二階段進(jìn)水微生物中黏附速度快的細胞形成初期黏附過(guò)程（生物膜生長(cháng)緩慢）；第三階段后續大量菌種的黏附，特別是EPS（細胞聚合物，ExtracelluarPolymers.它黏附在膜面上的細胞體包裹起來(lái)，形成黏度很大的稅和凝膠層，進(jìn)一步增強了污垢和膜的結合力）的形成，加劇了微生物的繁殖和群聚；第四階段生物污染的最終形成階段，生物膜的生長(cháng)和脫除達到平衡。造成膜的不可逆的堵塞氏過(guò)濾阻力上升，膜通量下降。

抑制反滲透系統微生物繁殖的方法：

反滲透進(jìn)水微生物的控制。通過(guò)源水的菌藻控制（一般通過(guò)控制余氯），盡量減少預處理的死角，防止微生物繁殖；

反滲透系統微生物控制。通過(guò)連續式或間歇式加入非氧化性且對膜沒(méi)有影響的殺菌劑，可以有效地控制和殺死反滲透系統滋生的微生物，再通過(guò)濃水將其帶出系統。

四、化學(xué)污染

化學(xué)污染是指進(jìn)水中某些物質(zhì)與膜面發(fā)生化學(xué)反應，從而引起沉積、沉淀以及膜表面的非常規老化，使膜表面發(fā)生污染或使膜的性能變差。

常見(jiàn)的情況有：預處理時(shí)絮凝劑選用不當；運行時(shí)阻垢劑的選用不當；清洗時(shí)清洗藥劑選用不當；預處理控制不嚴格，致使進(jìn)水中帶入對膜有危害的物質(zhì)（如：余氯的超標導致膜面活性層的氧化）。

化學(xué)污染處理主要從系統預處理的完善及操作人員技術(shù)水平的提高來(lái)進(jìn)行預防，污染一旦產(chǎn)生很難清洗或者很難使膜的性能恢復。

除了上述幾種常見(jiàn)的問(wèn)題，我們也會(huì )碰到沙礫、活性進(jìn)入膜系統造成膜的劃傷，這些主要是預處理的缺陷或者操作的失誤造成，這些也應該引起足夠的重視。來(lái)源：慧聰網(wǎng)水工業(yè)行業(yè)頻道