全膜法水處理技術分析（五）

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一種先進、實用的水處理技術——全膜法水處理技術。 

三、反滲透膜組件的幾種形式 

1、板框式反滲透裝置

有係緊螺栓式和耐壓容器式反滲透器，係緊螺栓式由幾塊或幾十塊承壓板組成。承壓板兩側覆蓋微孔支撐板和反滲透膜。將這些貼有膜的板多層間隔迭合，用長螺栓固定後，裝入密封耐壓容器中。高壓鹽水以湍流狀態通過反滲透膜表麵，淡化水由承壓板中流出。

板框式反滲透器的優點為：裝置牢固，能承受高壓，占地麵積不太大。其缺點是液流狀態差，容易造成濃差極化，設備費用較大。

耐壓容器式是將多層脫鹽板堆積組裝放入耐壓容器中而成。

2、管式

管式反滲透器有內壓式、外壓式、單管式和管束式等幾種。

在管式膜滲透過程：在壓力下料液通過具有內壁膜的管子，穿過半透膜的產水從支撐管上的小孔流出，管內濃縮的鹽水從管子的另一端流出。

3、螺旋卷式（簡稱卷式）

螺旋卷式反滲透膜的組成是在二層反滲透膜中間夾入一層多孔支撐材料，並密封膜的二麵邊緣（使鹽水與透過膜的淡化水隔開），再在膜的下麵鋪上一層隔網，然後沿著鑽有孔的中心管卷繞這一依次選好的多層材料（膜／多孔支撐材料／膜／進料液隔網），就形成一個卷式反滲透膜組件。

4、中空纖維式

美國杜邦公司和道斯化學公司提出用純中空纖維素作為反滲透膜，製造出一種中空纖維式反滲透裝置。

這種裝置類似於一端封死的熱交換器，其中含有外徑50μm、內徑25μm；裝成一種圓柱形中空纖維管束，一端敞開，另一端用環氧樹脂封死，放入一種圓筒形耐壓容器中，或者將中空纖維彎曲成U形裝入耐壓容器中，由於這種中空纖維極細，通常可以裝填幾百萬根。高壓溶液從容器旁的打進去。經過中空纖維膜的外壁，從中空纖維管束的另一端把滲透液收集起來，濃縮後的料液從另一端連續排掉。

中空纖維式的優點是單位體積內的膜裝載麵積大，無須承壓材料，裝備緊湊。缺點是容易堵塞、清洗困難。因此對原液的預處理要求很嚴。

四、反滲透膜汙染因素及其防止

1、反滲透膜的汙染

導致膜性能降低的膜汙染因素：

（1）膜本身發生化學變化，包括芳香聚酰胺膜的胺基受氯和其他氧化性因素的作用而破壞；醋酸纖維素膜的酯基受溫度和pH值影響而水解；膜受強酸、強堿的溶解等。

（2）顆粒物的沉積（膠體汙染）：由於進水中常含有大量的矽酸膠體，前端的過濾處理無法脫除，增加了溶質的傳質阻力，且有形成矽酸鹽垢的不利因素。

（3）無機物的沉積（結垢）：膜表麵鹽濃度升高（濃差極化現象），當成垢鹽的濃度超過其飽和濃度時就會發生結垢，使得消耗的能量增大。

（4）微生物的粘附及生長（生物汙染）：進水中含有微生物和膜的較大的表麵積。

（5）有機分子的吸附（有機汙染）：水中有機大分子如油和烴類對膜的汙堵或小分子有機物對膜的吸附汙染。

2、膜的懸浮物和膠體顆粒汙染

（1）膜受懸浮物和膠體顆粒汙染的表現：表現在產品水流量降低，有時也影響脫鹽率，初期標誌是反滲透係統的給水/濃水壓差增大.

（2）給水中淤泥膠體的來源

細菌、黏土、大分子有機物、膠體矽、不溶解的金屬鐵的腐蝕產物；

給水預處理使用的混凝劑，如鋁鹽、鐵鹽或帶正電荷的聚電解質在澄清和過濾中未能有效地除去的物質；

預處理所加入的帶正電荷聚合物的凝聚劑與加入的帶負電荷的阻垢劑產生的沉澱顆粒。

（3）汙染因素的表征

水中膠體和懸浮顆粒的汙染因素以淤泥密度指數SDI量度表征，對於卷式反滲透膜，進水要求小於5，中空纖維膜小於3。

SDI作為反滲透給水重要的指標，在反滲透運行中應每天測3次。

用直徑為47mm，孔徑為0.45微米的過濾膜，保持2.1MPa壓力，開始記錄過濾500mL水樣所用時間t0，在同樣壓力下連續過濾15min，15min後再測量過濾500mL水樣所用時間t15，

      則：     SDI＝（1－t0/t15）×100/15。

              測定方法詳見ASTM   D189－82。

（4）去除天然水中懸浮顆粒及膠體的方法:

混凝澄清、直接凝聚過濾、介質過濾、濾芯過濾、氧化（除鐵、錳）過濾的深度過濾。

近年來，微濾、超濾的膜分離方法引入了反滲透給水預處理領域，並可望成為代替常規處理方法的新技術。

3、膜的有機物汙染

反滲透給水中有機物的允許值，就目前所掌握的信息認為有機物汙染尚難於預測。

從SDI的測定可知，大於0.45微米的有機物大分子會引起汙染威脅，可能包括腐殖質、腐殖質與黏土及金屬離子相結合的複合物、具有膠體性質的有機物蛋白質、病毒、細菌、纖維素等多糖類化合物。不能被0.45微米膜阻留的有機物是否會對膜造成汙染尚難以簡單地確定，隻能靠試驗來檢驗。

（1）溶解性有機物的去除

原水中的有機物呈懸浮、膠體和溶解三種形態，懸浮、膠體形態的有機物可通過前述的方法除去或降低，這裏僅指溶解性有機物。

有機物不僅是微生物的養料，而且當其濃縮到一定程度後，還可以溶解膜材料，使膜件能劣化；有機物的種類較多，有些低分子有機物如乙醇等可透過膜，因此對膜無影響；腐殖酸分子量大，不透過膜，對膜的汙染也較少；而丹寧酸易吸附在膜上，是強汙染物：

（2）除去溶解性有機物的方法有：

   A、用陽離子混凝劑除去負電性大分子有機物；

   B、投加氧化劑如Cl2、Cl02等氧化、分解有機物；

   C、采用活性炭吸附；

   D、用超濾除去一定分子量的有機物等。

4、膜的微生物汙染

微生物主要是隨著原水進入係統的。進入反滲透係統的微生物會在膜元件及管道內繁殖生長，形成生物粘泥，造成膜的生物汙染，從而嚴重影響膜的性能。

（1）微生物汙染的表現特征

   A、水通量逐漸下降，運行壓差逐漸增加；

   B、對於CA膜，微生物（如細菌）的侵蝕會使醋酸纖維素高分子中的乙酰基破壞，引起膜脫鹽率的下降；

   C、對於複合膜，雖然不會被細菌侵蝕，但細菌粘泥會造成膜元件的汙堵。

   D、由於生物粘泥的附著力較大，具有保護微生物不受水流剪切力的作用。一旦發生生物汙染就較難進行清洗。

   E、微生物黏膜也不怕化學消毒藥物的影響，由於總是不能徹底清除因而加速黏膜的再生。

（2）生物黏膜的預測

水通量下降、脫鹽率下降、進水/濃水壓力差增加並非生物汙染的防止指標。

A、測定原水入水口－預處理各環節－反滲透給水、濃水以及產品水細菌總數（TBC），觀察細菌變化數值。當發現濃水中的TBC明顯增加，說明反滲透膜尚可能有粘泥形成。

B、給水中的有機物含量除可造成膜的汙染外，還可作為細菌生存的營養，故應對有機物（以總有機碳表示，TOC）的含量進行監測。2mg/LTOC大致相當於5mg/L的總有機生物量，TOC和TBC之間有一定的相應關係，可以間接地監視生物膜的發展。

C、定期檢查反滲透前的濾芯過濾器及給水管、濃水管內部的清潔程度，當發現有黏狀物或臭味即為產生生物粘泥的征兆。

D、為反滲透係統裝上有代表性的模擬膜元件的監控係統。

（3）生物黏膜的控製

A、采取衝擊式消毒或清洗，使反滲透膜上的生物汙染物受到控製，維持在一個可以承受的水平。

B、如果膜的汙染超過允許值時，膜的阻力上升，產水量下降，必須果斷停止運行，進行清洗，如有延誤，則清洗將更困難。實踐證明，當產水量下降至原產水量的50％時，則清洗難以奏效。

C、反滲透膜的消毒殺菌方式

a、氯化

加氯、次氯酸鈉或二氧化氯均可以，但應注意，對於聚酰胺膜給水必須脫氯，可采用活性炭吸附脫氯或加入亞硫酸鈉或焦亞硫酸鈉化學脫氯。

b、異噻唑啉酮殺菌

c、紫外線殺菌，常用於小型反滲透係統

d、臭氧消毒滅菌

2、膜的防垢技術措施

按照結垢的順序有：碳酸鈣、硫酸鈣、二氧化矽絡合物、硫酸鋇、硫酸鍶、氟化鈣。而鋁、鐵或錳的氫氧化物一般應在預處理時沉澱析出，因而不會在膜上結晶。

（1）鈉離子軟化

采用鈉離子交換樹脂軟化，可有效除去鈣離子、鍶離子、鋇離子，可有效防止碳酸鹽垢和硫酸鹽垢，這種處理方法不改變水的pH值，適於中小型苦鹹水反滲透處理。

（2）弱酸性陽離子交換樹脂脫堿

隻能除去鈣離子、鍶離子、鋇離子的碳酸氫鹽（暫時硬度），因此隻是部分軟化，同時水的pH值降至4～5，適於含高碳酸鹽的水。

應注意：此種方法處理後的水的pH值變化範圍為3.5～6.5，pH值的變化使脫鹽率難以控製，當pH小於4.2時，無機酸的透過量會增大，產品水TDS（總溶解固體物）變高。為避免產品水pH值過低，可在脫二氧化碳後加入氫氧化鈉。

（3）石灰軟化法

此法可除去鈣、鎂的碳酸鹽硬度，但並不徹底，水中的非碳酸鹽硬度可用碳酸鈉進一步除去。

石灰－蘇打處理也可降低二氧化矽濃度約60～70％，同時可大量減少鋇、鍶及有機物。

石灰軟化法處理的給水在進入反滲透前需經凝聚過濾與pH調整。

（4）加酸

加酸可防止碳酸鈣垢的析出。加酸根據LSI指數進行：多數天然水的LSI為正值，如果不使用阻垢劑，濃水的LSI必須調為負值，如果采用阻垢劑則允許LSI稍高，加酸量可降低；若采用高效阻垢劑，則往往使加酸量降到很低，甚至不需加酸，如現在有的阻垢劑允許LSI到2.8。

由於反滲透對硫酸根離子的脫除率高於氯離子，且硫酸更經濟，因此因首選硫酸。

加酸以後可防止碳酸鈣垢，但是否需加阻垢劑還要看硫酸鈣、鍶、鋇等的離子積是否超過其溶度積。

（5）加入阻垢劑

阻垢劑具有溶限效應，加入較少的量即可達到較好的阻垢效果。如，SHMP（六偏磷酸鈉）是一種常用的阻垢劑，但使用時要防止水解，加入到給水中的劑量一般為5mg/L，濃水中可達20mg/L。

現在多使用有機阻垢劑，可在LSI超過2時使用。但應注意有機阻垢劑可能與預處理所使用的用於凝聚的陽離子聚電解質或多價陽離子產生沉澱，一旦產生這種沉澱，則較難從膜上除去，因此應避免超劑量使用。

（6）矽垢的防止

原水中的二氧化矽由於條件不同會以不同的形態存在，即可能以溶解態和膠態存在，甚至形成無定形或石英晶體沉澱。

在反滲透給水預處理中，為了防止膜的矽垢汙染，常采用下列方式：

加鎂劑澄清過濾；

加矽垢的阻垢劑及超濾膜分離法（常用）。

3、反滲透膜的清洗

（1）需要進行清洗的標誌和汙垢的判別

A、需要進行清洗的標誌：

  a、產品水流量減小

  b 、膜的脫鹽率下降

  c、給水/濃水的壓力差增加

B、汙垢的判別

  根據下列分析結果判別汙垢：

a、給水成分分析

b、以前清洗的檢驗結果

c、SDI測定的過濾膜上的汙物分析

d、5μm過濾器濾芯上沉積物的分析

e、檢查給水管道內表麵，打開壓力容器端部觀察在膜元件的進水端汙垢的外觀（如紅棕色可能是鐵汙垢，生物汙垢或有機物通常為黏性膠狀物）

（2）常用清洗劑

A、鹽酸：鹽酸可清除碳酸鈣水垢和多數金屬氧化物。常用濃度為0.2％，清洗溫度不超過45度。

B、磷酸：對碳酸鈣和金屬氧化物有效，常用濃度0.5％。

C、氨基磺酸：有機強酸，60度以下使用。

D、檸檬酸：清洗pH值一般控製在2.5～4.5，溫度盡可能高一些，但不可超過45度。

E、EDTA：主要是絡和清洗，在清洗二氧化矽和微生物黏膜時，清洗液中常加入EDTA，並在堿液條件下配合剝離微生物黏膜。

F、堿液（氫氧化鈉或磷酸鈉）：堿液主要是為了去除微生物膜、有機物和二氧化矽，其使用濃度一般0.1％。

G、硫代硫酸鈉：硫代硫酸鈉清洗對於金屬氧化物來說屬於還原性溶解，如將高價鐵還原成低價鐵，增加其溶解性去除。

H、表麵活性劑：應使用陰離子表麵活性劑，避免使用陽離子表麵活性劑，因其可能發生不可逆轉的汙堵。

（3）清洗用化學品

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