膜系統(tǒng)常見污染問題及控制

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反滲透系統(tǒng)在日常的運行中，難免會出現(xiàn)系統(tǒng)的無機物結(jié)垢、膠體顆粒物的沉積、微生物的滋生、化學污染以及其它問題，這些因素影響著系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。下面主要闡述膜系統(tǒng)在日常中出現(xiàn)的問題及控制方法。

　　一、無機物的結(jié)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造成無機物結(jié)垢，但是在反滲透系統(tǒng)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)就會沉積，在膜表面形成硬垢，導致系統(tǒng)壓力升高、產(chǎn)水量下降，嚴重的還會造成膜表面的損傷，使系統(tǒng)脫鹽率降低。

　　衡量水質(zhì)是否結(jié)垢有兩種計算方法：

　　控制苦咸水結(jié)垢指標

　　對于濃水含鹽量TDS≤10,000mg/L的苦咸水，朗格利爾指數(shù)（LSIC）作為表示CaCO3結(jié)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(shù)

　　pHC：反滲透濃水pH值

　　pHS：CaCO3溶液飽和時的pH值

　　當LSIC≥0，就會出現(xiàn)CaCO3結(jié)垢。

　　控制海水及亞海水結(jié)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(wèi)飽和指數(shù)（S&DSIC）作為表示CaCO3結(jié)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(wèi)飽和指數(shù)

　　pHC：反滲透濃水pH值

　　pHS：CaCO3溶液飽和時的pH值

　　當S&DSIC≥0，就會出現(xiàn)CaCO3結(jié)垢。

　　其它無機鹽結(jié)垢預處理的控制方案

　　碳酸鈣結(jié)垢預處理的控制方案

　　在反滲透系統(tǒng)的結(jié)垢中，以碳酸鹽垢為主，大多數(shù)地表水和地下水中的CaCO3幾乎呈飽和狀態(tài)，由下式表示CaCO3化學平衡：

　　Ca2+ + HCO3–  <——>  H+ + CaCO3

　　從化學平衡式可以看出，要抑制CaCO3的結(jié)垢，有幾種途徑：

　　降低Ca2+的含量

　　降低了Ca2+含量，可以使化學平衡向左側(cè)移動，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(jié)垢的風險。

　　方法：添加螯合劑、阻垢劑，增加Ca2+的溶解度，使平衡向左移動。

　　調(diào)節(jié)pH值

　　主要是通過添加無機酸，從而提高H+的濃度，使平衡向左移動?；瘜W原理如下：

　　CO2 + H2O <——> H2CO3          ――――⑴

　　H2CO3 <——> H+ + HCO3-         ――――⑵

　　HCO3- <——> H+ + CO32-          ――――⑶

　　離子交換除堿法

　　主要是通過降低CO32-的濃度來降低碳酸鈣結(jié)垢的風險。

　　硫酸鈣結(jié)垢預處理的控制方案

　　離子交換除鈣

　　石灰軟化除鈣

　　添加反滲透專用阻垢劑

　　氟化鈣結(jié)垢預處理的控制方案

　　離子交換除鈣

　　石灰軟化除鈣

　　陰樹脂交換

　　添加反滲透專用阻垢劑

　　硫酸鍶結(jié)垢預處理的控制方案

　　離子交換除鍶

　　陰樹脂交換

　　添加反滲透專用阻垢劑

　　硫酸鋇結(jié)垢預處理的控制方案

　　離子交換除鋇

　　陰樹脂交換

　　添加反滲透專用阻垢劑

　　硅酸鹽結(jié)垢預處理的控制方案

　　預處理中的過濾

　　石灰軟化

　　提高進水的溫度

　　提高進水的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的反滲透系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)短期運行造成一定的影響。但由于系統(tǒng)長時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，都會造成系統(tǒng)膠體、顆粒物的污染。

　　針對膠體污染，通過淤泥密度指數(shù)（Silt Density Index ，SDI）來衡量。SDI數(shù)值反應了在規(guī)定時間內(nèi)，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：首先應充分排除過濾池中的空氣壓力，使給水以30psi 的恒定壓力通過直徑為Φ 47mm 、孔徑為0.45um的測試濾膜后開始測定：首先測定開始通過濾膜的500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

　　在實際中，當T1為T0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處理系統(tǒng)進行調(diào)整，使其SDI值降至5.0以下。SDI值不能反應完全反滲透系統(tǒng)的污堵情況，因為SDI儀測試是死端過濾，而反滲透系統(tǒng)是錯流過濾。

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

　　降低反滲透進水膠體、顆粒物污染最有效的方法：

　　合適的預處理（錳砂過濾、多介質(zhì)過濾、活性炭過濾、超濾、微濾等等）；

　　添加膠體分散劑；

　　系統(tǒng)預防性的清洗；

　　三、微生物的污染

　　自來水一般通過控制余氯來抑制微生物的滋生，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(tǒng)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。微生物生長及排泄出的酸性粘泥會堵塞膜的微孔，致使壓差上升，給系統(tǒng)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的污染，經(jīng)過大量的元件解剖及污染物分析實驗，大多數(shù)污染是由微生物的繁殖引起的。

　　微生物污染過程主要有以下階段：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；第二階段進水微生物中黏附速度快的細胞形成初期黏附過程（生物膜生長緩慢）；第三階段后續(xù)大量菌種的黏附，特別是EPS（細胞聚合物，Extracelluar Polymers.它黏附在膜面上的細胞體包裹起來，形成黏度很大的稅和凝膠層，進一步增強了污垢和膜的結(jié)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，生物膜的生長和脫除達到平衡。造成膜的不可逆的堵塞氏過濾阻力上升，膜通量下降。

　　抑制反滲透系統(tǒng)微生物繁殖的方法：

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

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

　　四、化學污染

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

　　常見的情況有：預處理時絮凝劑選用不當；運行時阻垢劑的選用不當；清洗時清洗藥劑選用不當；預處理控制不嚴格，致使進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）。

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

　　除了上述幾種常見的問題，我們也會碰到沙礫、活性進入膜系統(tǒng)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。