什么是膜污染
反滲透膜分離技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中,不可避免產(chǎn)生膜污染現(xiàn)象,且膜污染問(wèn)題是影響該技術(shù)穩(wěn)定性的決定因素,因此考察膜污染形成機(jī)理、對(duì)膜污染進(jìn)行清洗是反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)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(zhì)大分子與膜發(fā)生物理、化學(xué)相互作用或因濃差極化使某些溶質(zhì)在膜表面的濃度超過(guò)其溶解度及因機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)的吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞,使膜產(chǎn)生透過(guò)流量與分離特性不可逆變化現(xiàn)象。
污染物尤其是蛋白質(zhì)等大分子在膜表面和膜孔內(nèi)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(xiàn)象引起的可逆通量下降混合在一起,使得膜分離效果進(jìn)一步降低。
2、膜污染產(chǎn)生原因
反滲透系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中,廢(污)水中的金屬離子、微生物、不易溶解的沉淀、有機(jī)污染物、生物粘泥、膠體、油脂等長(zhǎng)時(shí)間與膜接觸,會(huì)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(guò)性,使水分子不斷從高壓側(cè)透過(guò)膜,而溶質(zhì)分子仍殘留于原溶液中導(dǎo)致膜表面上的料液和進(jìn)口料液之間產(chǎn)生一個(gè)濃度差,嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的濃度梯度,這種現(xiàn)象稱為濃差極化。濃差極化使料液滲透壓增大,有效推動(dòng)力減小造成透水速度和脫鹽率下降。
2）離子結(jié)垢
CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2及SiO2等溶度積較小的鹽類,在反滲透過(guò)程中可能會(huì)因濃縮超過(guò)其溶度積而析出,產(chǎn)生沉積物停留在膜表面上及進(jìn)水通道內(nèi)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(shí),CaCO3就會(huì)沉淀下來(lái)。J.H.Bruus等發(fā)現(xiàn),當(dāng)從污泥中提取Ca2+后,導(dǎo)致小顆粒數(shù)量及過(guò)濾阻力增加。
3）金屬氧化物沉積
一般含有低價(jià)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(chǎn)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(xiàn)象較頻繁。引起膜面上沉積可溶性二價(jià)鐵和三價(jià)鐵的相關(guān)污染物可能情況為:氧氣進(jìn)入到含二價(jià)鐵的進(jìn)水中;高堿度水源形成FeCO3;鐵與硅反應(yīng)形成難溶性的硅酸鐵;受鐵還原菌氧化作用影響,將會(huì)加劇生物膜滋生和鐵垢的沉積;由含鐵絮凝劑轉(zhuǎn)變引起的膠體狀鐵;鐵、鋁、錳等產(chǎn)生金屬污染后的特征表現(xiàn)為產(chǎn)水量降低,壓差上升。
4）生物污泥的生成
當(dāng)膜表面覆蓋生命力旺盛的微生物污泥時(shí),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(yíng)養(yǎng)物質(zhì),同時(shí)反滲透進(jìn)水前預(yù)處理時(shí)加入的阻垢劑(如聚馬來(lái)酸,氨基三甲基磷酸等)、軟水劑等又能促進(jìn)微生物生長(zhǎng)。有機(jī)與無(wú)機(jī)的溶解性物質(zhì)以及顆粒物,可以通過(guò)有效的預(yù)處理被去除,但可繁殖的微生物顆粒,經(jīng)預(yù)處理后即使剩余0.01%,還能利用水中可生物降解的物質(zhì)進(jìn)行自身繁殖,這也是生物污泥在任何系統(tǒng)中都會(huì)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(jī)質(zhì)等物質(zhì),它們和預(yù)處理時(shí)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(huì)
水解生成Si(OH)4,并在一定條件下發(fā)生聚合反應(yīng):mSi(OH)4-(SiO2)m+2mH2O生成SiO2膠核,并分級(jí)電離,放出H+形成呈負(fù)電性的膠體,其結(jié)構(gòu)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(dǎo)致水通量下降。一般這種趨向用污染指數(shù)(SDI)進(jìn)行評(píng)價(jià)。通常當(dāng)SDI<3時(shí),膜表面不產(chǎn)生此類污;當(dāng)SDI>3時(shí),會(huì)發(fā)生污堵。
6）“水錘”現(xiàn)象
對(duì)于反滲透系統(tǒng),由于設(shè)計(jì)不恰當(dāng)及在開始調(diào)試階段,裝填膜的膜殼內(nèi)有大量的空氣,當(dāng)待處理液瞬間進(jìn)入膜殼時(shí),由于空氣具有可壓縮性,且瞬間不可能完全排盡,當(dāng)空氣在膜殼內(nèi)達(dá)到一定壓力時(shí),會(huì)突然爆破釋放,引起反滲透在膜殼內(nèi)相互撞擊、擠壓以及竄動(dòng),產(chǎn)生“水錘”現(xiàn)象。在反滲透系統(tǒng)中,水錘的危害在于造成無(wú)法恢復(fù)的反滲透膜元件損傷。
7）懸浮顆粒物的污染
當(dāng)保安過(guò)濾器有“短路”或缺陷造成過(guò)濾介質(zhì)、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(shí),可能使膜元件受到污染,使進(jìn)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?xì)浠衔锖凸柰挠图爸芨采w于膜表面,致使膜受到污染;膜的水解、有機(jī)溶劑及氧化性物質(zhì)侵蝕等也會(huì)造成膜材料的本質(zhì)改變。
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