劉永寬

摘 要：膜污染降低了其在工業(yè)生產(chǎn)中的投入，介紹了導(dǎo)致反滲透膜污染的因素及預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：反滲透膜；膜污染；防治

反滲透膜是反滲透制水技術(shù)的核心元件，是一種擁有特殊性能的人工半透膜。工業(yè)生產(chǎn)中采用在滲透設(shè)備原水側(cè)施加大于足以改變滲透平衡的壓力，使水分子由原水側(cè)向純水側(cè)滲透，從而獲取純水的工藝，生產(chǎn)過(guò)程可以降低耗能、減少污染，且工藝操作簡(jiǎn)單，已獲得大面積應(yīng)用。

反滲透膜具有微小的膜孔徑，可有效去除水中小分子物質(zhì)及鹽類，但隨著膜設(shè)備應(yīng)用時(shí)間增長(zhǎng)，膜面不斷被污染導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)出力。因此，系統(tǒng)了解導(dǎo)致膜污染的原因及預(yù)防處理方法，對(duì)提高膜抗污染能力、增強(qiáng)制水設(shè)備持續(xù)出力、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、推動(dòng)反滲透膜技術(shù)發(fā)展及推廣應(yīng)用具有重要意義。

1 膜污染現(xiàn)象及產(chǎn)生原因

膜污染一般反映在膜通量下降以及分離率的降低，往往導(dǎo)致反滲透設(shè)備運(yùn)行壓差高，出力降低。膜污染通常由微生物吸附和生長(zhǎng)污染、大分子顆粒物附著污染和無(wú)機(jī)物沉淀污染幾種類型共同作用的結(jié)果。反滲透膜作為可壓縮性濾餅在濾壓增大過(guò)程中過(guò)濾阻力同樣會(huì)增大，而生產(chǎn)操作過(guò)程中濃差極化所形成的邊界層也將導(dǎo)致過(guò)濾阻力增大，這又會(huì)導(dǎo)致可逆的膜通量下降。因此，膜污染導(dǎo)致的設(shè)備出力降低往往涉及膜自身性質(zhì)、水質(zhì)以及工作條件多個(gè)方面，污染產(chǎn)生原因較復(fù)雜。

1.1 膜自身性質(zhì)對(duì)膜污染的影響

膜自身性質(zhì)是指包括膜所使用材料理化特性、結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)以及膜組件類型特征等。常用膜材料之一的聚酰胺復(fù)合膜雖然具有使用壓力低、脫鹽率高、通量高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但與醋酸纖維素膜相比不耐氯和氧化劑，抗結(jié)垢性能也不如醋酸纖維素膜。疏水性膜除鹽能力較強(qiáng)，但除有機(jī)物能力弱，比親水膜更易堵塞；膜組件結(jié)構(gòu)不同抗污染能力也不同，板框式結(jié)構(gòu)抗污染能力最強(qiáng)，圓管式、中空纖維式則相對(duì)較弱弱。因此，不同水質(zhì)條件下，對(duì)膜使用根據(jù)具體需求具體選擇，以減少使用過(guò)程中膜污染的頻率。

1.2 水質(zhì)與膜污染

水質(zhì)對(duì)膜污染因水質(zhì)不同預(yù)防方式各不相同，小分子有機(jī)物對(duì)膜污染主要是其與膜相互之間形成氫鍵吸附于膜面，降低了滲透面積從而使膜通量下降。膠體難以穿過(guò)滲透膜，在膜表面被截留吸附，當(dāng)進(jìn)水SDI指標(biāo)控制不當(dāng)時(shí)往往在滲透膜表面形成半膠束污垢導(dǎo)致膜污染。微生物對(duì)膜污染通常為細(xì)菌、生物膜、藻類和真菌。細(xì)菌可以將醋酸纖維為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化，因而醋酸膜易受細(xì)菌的侵蝕；對(duì)于復(fù)合膜，雖不易被細(xì)菌侵害，但各種微生物被吸附到膜面并在膜面生長(zhǎng)，各種粘膜會(huì)造成膜的污堵，其代謝產(chǎn)生的聚合物也會(huì)在膜面形成生物質(zhì)膜，導(dǎo)致膜污染。

1.3 工作條件與膜污染

膜的工作條件主要影響因素有溫度、壓力、pH、剪切速率等。隨水溫升高分子運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，膜通量增加，但膜穩(wěn)定性越差，使用壽命隨之縮短，因此一般膜工作允許溫度在5～45℃，最佳溫度要求在20～35℃。隨施加壓力的增加，水的滲透速度將會(huì)加快，膜通量隨之增加，但膠體在膜面沉積趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越強(qiáng)。當(dāng)溶質(zhì)與膜具有強(qiáng)的親和力時(shí)，提高壓力將增加膜孔內(nèi)溶質(zhì)分子的流動(dòng)性，產(chǎn)生的對(duì)流剪切力使溶質(zhì)分子穿透膜，導(dǎo)致膜分離率降低。剪切速率大時(shí)質(zhì)量傳遞快，濃差極化弱，膜通量高，且膜通量降低緩慢；但膜通量越大，水壓力停留時(shí)間增加，膜面的污垢層會(huì)越緊密，膜通量降低越快。

2 膜污染防治

2.1 使用抗污染膜或改性膜

抗污染膜分為兩種：一是膜的流通通道更寬，不易堵塞而抗污染，這種膜在純水制取中不宜采用；另一種是通過(guò)對(duì)膜表面改性，根據(jù)水質(zhì)選擇呈負(fù)電性、正電性或電中性的膜，依據(jù)電性同性相斥的原理，使特定性質(zhì)的污染物不易沉積在膜表面，從而實(shí)現(xiàn)抗污染特性。

2.2 針對(duì)水質(zhì)加強(qiáng)預(yù)處理

原水中能夠?qū)е履の廴镜奈镔|(zhì)物含量較高，不滿足膜要求的進(jìn)水條件，需進(jìn)行預(yù)處理，將造成膜污染的物質(zhì)最大化降低或去除，從而降低反滲透膜污染的趨勢(shì)。導(dǎo)致膜污染堵塞的主要原因有殺菌不徹底、膜系統(tǒng)入口濁度高以及入口SDI值大。對(duì)于微生物類，可以使用氯化、臭氧殺菌或使用殺菌劑，但使用過(guò)程中注意游離氯會(huì)對(duì)膜造成永久性傷害；對(duì)有機(jī)物、懸浮物和膠體等，可通過(guò)澄清、沉淀、過(guò)濾或活性炭吸附、絮凝微濾、超濾等方法去除，降低膜入口濁度和SDI值；對(duì)于易結(jié)垢鹽類，可使用阻垢劑進(jìn)行處理，處理過(guò)程注意阻垢劑作為富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)易促進(jìn)細(xì)菌繁殖。

2.3 優(yōu)化膜組件工作環(huán)境

在膜元件操作過(guò)程中，要根據(jù)膜元件廠商對(duì)膜的操作條件的要求嚴(yán)格控制膜元件工作環(huán)境，在具體應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以延長(zhǎng)膜的使用壽命，降低生產(chǎn)費(fèi)用。

2.4 膜污染后的清洗

在生產(chǎn)過(guò)程中，膜污染只能減少降低而無(wú)法完全避免，對(duì)膜進(jìn)行科學(xué)的清洗可將被污染膜的污染物清除，恢復(fù)膜的原有性能，延長(zhǎng)膜的使用壽命。最基本膜清洗方法是采用高壓純水對(duì)膜進(jìn)行正向或反向沖洗，可有效處理由濃差極化和濾餅壓縮引起的膜污染。對(duì)于由污染物進(jìn)入并堵塞膜孔道所引起的膜污染可采用化學(xué)劑清洗方法，在純水中加入具有特殊功能的化學(xué)劑，使其與膜孔道中或膜面上的污染物發(fā)生交換、整合、破乳等反應(yīng)，也可以配合超聲波處理器，從而達(dá)到除污目的。

3 結(jié)語(yǔ)

膜污染降低了反滲透設(shè)備的出力，成為了限制生產(chǎn)的因素，膜污染現(xiàn)象難以避免，但通過(guò)使用抗污染膜及膜組件、優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境、強(qiáng)化進(jìn)水預(yù)處理，仍可降低膜污染的發(fā)生，在膜污染之后對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理清洗再生，可使膜恢復(fù)原有出力，可大幅降低運(yùn)營(yíng)成本。進(jìn)一步加強(qiáng)膜設(shè)備污染的防治，是當(dāng)前乃至今后膜制純水工作努力的方向。