反滲透膜污染的分析與判斷

       為了提高清洗效果，清洗前需要對膜污染的狀況進(jìn)行分析，確定污染物的種類，根據(jù)反滲透膜污染、結(jié)垢的具體情況，選擇有針對性的清洗劑進(jìn)行清洗。

        1、分析途徑

     （1）分析設(shè)備性能數(shù)據(jù)。

     （2）分析給水中潛在的污染、結(jié)垢成分。

     （3）分析SDI儀的膜過濾器收集的污染物。

     （4）分析濾芯過濾器的污染物。

     （5）檢查管道內(nèi)表面和膜元件兩端的狀況。

     （6）必要時剖開膜元件進(jìn)行分析，查找污染、結(jié)垢成分。

       2、分析方法

       膜污染嚴(yán)重時，可通過染色試驗(yàn)、顯微鏡分析、傅立葉變換紅外線光譜（FTIR）分析、掃描電子顯微鏡（SEM）分析、能源頻射X光線（EDX）分析等查找原因，判斷故障位置。以上幾種分析鑒定方法有的必須犧牲膜元件，有的需要借助專門儀器、設(shè)備，費(fèi)用較高。實(shí)際應(yīng)用中常常采用以下簡便易行的分析方法。

      （1）目測

        在確定系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生污染，需要實(shí)施化學(xué)清洗時，最好先打開壓力容器端板，直接觀察污染物在壓力容器端板與膜元件之間的間隙內(nèi)累積的情況。一般根據(jù)直接觀察即可基本確定污染物的類型，繼而確定相應(yīng)的清洗方案。

A、前段污染觀察

預(yù)處理濾料（砂粒、活性炭）泄漏、膠體污染、有機(jī)物污染和生物污染，前端最嚴(yán)重，可以從前端膜元件入口觀察到顆粒物及粘液狀污染。發(fā)生生物污染時會發(fā)現(xiàn)腥臭味粘液物質(zhì)，灼燒刮取的生物粘泥（粘膜），會有蛋白質(zhì)的焦臭氣味。

B、末端污染觀察

無機(jī)鹽結(jié)垢在系統(tǒng)末端最為嚴(yán)重，在末端膜元件端頭處可以摸到粗糙的粉狀物。用鹽酸（pH 3~4）溶解時有氣體冒出，說明沉淀物極可能是CaCO3。硫酸鹽垢、硅垢在pH很低時也很難溶解。如果垢在0.1 mol/L HF溶液中是可溶的，則可能是硅垢。

     （2）稱　重

       污染的膜元件進(jìn)水流道附著了污染物，整體重量會加大。將取出的膜元件豎立放置，瀝干水分后稱重，與膜元件的參考重量進(jìn)行對比，多余的重量即為附著污染物的重量。

     （3）參考污染特征進(jìn)行判斷

       另外，還可參考反滲透膜污染物的污染特征進(jìn)行分析判斷。

反滲透膜的化學(xué)清洗

1、清洗條件

下列情況出現(xiàn)時需要及時清洗膜元件:

（1）標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量降低10%;

（2）進(jìn)水和濃水之間的壓差上升了15%;

（3）標(biāo)準(zhǔn)化透鹽率增加10%~15%;

（4）系統(tǒng)各段壓差明顯上升。

一般以設(shè)備最初運(yùn)行48 h所得到的運(yùn)行記錄為標(biāo)準(zhǔn)化后的對比數(shù)據(jù)。

2、清洗設(shè)備

（1）清洗箱

起混合與循環(huán)作用，要求耐腐蝕，材料可選用玻璃鋼、聚氯乙烯塑料或鋼罐內(nèi)襯橡膠等。清洗水箱應(yīng)設(shè)有溫度計(jì)。清洗箱的大小大致是空的壓力容器的體積與清洗液循環(huán)管路的體積之和，一般應(yīng)考慮20%的裕度。

（2）清洗泵

應(yīng)耐腐蝕，如玻璃鋼泵。它所提供的壓力應(yīng)能克服保安過濾器的壓降、膜組件的壓降和管道阻力損失等，一般選用壓力為0.3~0.5 MPa。水泵的材質(zhì)至少必須是316不銹鋼或非金屬聚酯復(fù)合材料。

（3）其　他

清洗系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有必要的閥門、流量計(jì)和壓力表以控制清洗流量，連接管線既可以是硬管也可以是軟管，應(yīng)耐酸堿腐蝕。

3、清洗藥劑

膜分離系統(tǒng)的化學(xué)清洗方法主要有酸法和堿法兩種，具體采用何種清洗方法取決于膜系統(tǒng)的污染物性狀。

4、清洗步驟

（1）清洗單段系統(tǒng)

A、系統(tǒng)沖洗

用反滲透產(chǎn)品水（也可用符合反滲透進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)處理水或過濾水）沖洗反滲透膜組件和系統(tǒng)管道。

B、配制清洗液

清洗液原則上用反滲透產(chǎn)品水配制。清洗劑應(yīng)充分溶解并混合均勻，然后調(diào)節(jié)pH （酸洗一般用氨水調(diào)節(jié)，堿洗一般用鹽酸調(diào)節(jié)），并反復(fù)確認(rèn)清洗溫度是否合適。

C、低流量輸入清洗液

清洗液以盡可能低的壓力置換元件內(nèi)的原水，其壓力僅需達(dá)到足以補(bǔ)充進(jìn)水至濃水的壓力損失即可，即壓力必須低到不會產(chǎn)生明顯的滲透產(chǎn)水。低壓置換操作能夠最大限度地減低污垢再次沉淀到膜表面。視情況排放部分剛開始循環(huán)回來的清洗液，以防止清洗液的稀釋。

D、循環(huán)

當(dāng)原水被置換完后，讓清洗液循環(huán)回清洗水箱并保證清洗液溫度恒定，循環(huán)時間一般為60min。對回流清洗液視情況進(jìn)行處理。如果回流清洗液已明顯變色或變濁則應(yīng)排放掉，重新配置清洗液;若回流清洗液pH變化超過0.5時，最好調(diào)整pH，必要時更換清洗液。

E、浸泡

停止清洗泵的運(yùn)行，讓膜元件完全浸泡在清洗液中。一般浸泡1 h就足夠了;但對于頑固的污染物，需要延長浸泡時間，浸泡10~15 h或浸泡過夜。

F、高流量循環(huán)

高流量循環(huán)30~60 min。高流量能沖洗掉被清洗液清洗下來的污染物。在高流量條件下，可能會出現(xiàn)過高壓降的問題。單元件的最大允許壓降為0.1 MPa，多元件壓力容器最大允許壓降為0.35 MPa，以先超出為限。

G、沖洗

用反滲透產(chǎn)品水或合格的預(yù)處理出水沖洗系統(tǒng)內(nèi)的清洗液，最低沖洗溫度為20℃，沖洗時間約1 h。

（2）清洗多段系統(tǒng)

對多段反滲透裝置，原則上應(yīng)分段進(jìn)行清洗，清洗水流方向與運(yùn)行方向相同。一般情況下，清洗液可不排地溝，直接循環(huán);當(dāng)污染比較輕微時，可以多段一起進(jìn)行清洗;當(dāng)元件污染嚴(yán)重時，清洗液在最初幾分鐘可排地溝，然后再循環(huán)。清洗每一段循環(huán)時間通常為1.5 h，污染嚴(yán)重時應(yīng)加長時間。清洗完畢后，應(yīng)用反滲透出水沖洗反滲透裝置，時間不少于30 min。當(dāng)膜污染嚴(yán)重時，清洗第一段的溶液不要用來清洗第二段，應(yīng)重新配制清洗液。為提高清洗效果，可讓清洗液浸泡膜元件，但時間不應(yīng)超過24 h。

5、清洗要點(diǎn)

（1）高流速

清洗流速應(yīng)比正常運(yùn)行時的流速高，一般為正常運(yùn)行濃水流速的1.2倍。

（2）低壓力

清洗壓力應(yīng)盡可能低，建議控制在0.3 MPa以下。如果在0.3 MPa以下很難達(dá)到流量要求時，應(yīng)盡可能地控制進(jìn)水壓力，以不出產(chǎn)水為標(biāo)準(zhǔn)。一般進(jìn)水壓力不能大于0.4 MPa。

6、清洗時的注意事項(xiàng)

（1）謹(jǐn)慎選擇清洗藥劑

應(yīng)謹(jǐn)慎選擇清洗所用藥劑，而且清洗時應(yīng)嚴(yán)格遵守藥品的使用說明和工藝條件，并要仔細(xì)觀察清洗時清洗液的溫度和pH變化。在對大型系統(tǒng)清洗之前，建議從待清洗的系統(tǒng)內(nèi)取出1支膜元件，進(jìn)行單個膜元件清洗效果試驗(yàn)，確認(rèn)清洗效果后再實(shí)施整套系統(tǒng)的清洗。

（2）清洗液的潔凈度

清洗液的潔凈度直接影響清洗效果。清洗液含較多的雜質(zhì)及顆粒物，會對膜系統(tǒng)造成二次污染，還會對膜表面造成一定的機(jī)械性損傷。用于反向清洗的清洗液中小分子雜質(zhì)應(yīng)盡可能少。較為理想的清洗溶劑為膜系統(tǒng)的產(chǎn)水，當(dāng)然也可以使用合格的預(yù)處理出水來配制清洗液。

（3）清洗液流動方向

一般要求清洗液流動方向與系統(tǒng)正常運(yùn)行時的水流方向相同，以防止元件產(chǎn)生“望遠(yuǎn)鏡”現(xiàn)象，因?yàn)閴毫θ萜鲀?nèi)的止推環(huán)僅安裝在壓力容器的濃水端。反向清洗僅針對進(jìn)料端被嚴(yán)重污堵的組件，并且不能在膜的透過液一側(cè)反向施壓，以免使膜本身出現(xiàn)機(jī)械性損傷。此處反向清洗是指在膜組件的濃排端泵入清洗液，在膜外側(cè)進(jìn)行組件內(nèi)循環(huán)，使清洗液流經(jīng)膜表面，以適當(dāng)?shù)牧魉僭谀け砻嫘纬梢欢ǖ臎_刷力，將系統(tǒng)內(nèi)和膜表面的污染物清除排出。筆者參與的膜清洗（反滲透膜組件組成方式為一級三段式，排列方式為10∶5∶3）通常是將第一段的第一支膜反向后置于第一段的末端（注意濃水密封圈也相應(yīng)地移至另一端），再按正常清洗程序進(jìn)行清洗。

（4）清洗液的溫度

清洗液的溫度對清洗效果的影響極大。在合理的溫度范圍中，盡可能地提高清洗液溫度可更有效地恢復(fù)膜的原有性能。這是因?yàn)?較高的清洗溫度可以使清洗液的溶解度和洗滌能力有所提高;另外，高于正常工作溫度的清洗液有助于膜微孔的擴(kuò)張，促進(jìn)微孔內(nèi)污物的排出。

（5）清洗順序

膜分離系統(tǒng)的化學(xué)清洗，大多數(shù)情況下采用酸法、堿法交替進(jìn)行的方法，但一定要注意酸法、堿法不能連接進(jìn)行。合理的清洗順序?yàn)?酸洗→水洗至呈中性→堿洗→水洗至呈中性或堿洗→水洗至呈中性→酸洗→水洗至呈中性。