反滲透膜污染的簡述

原振幫?文海洋

摘 要：隨著反滲透水處理技術的不斷發展，反滲透膜水處理已成為當前先進的水處理脫鹽技術，其應用領域也越來越廣。然而伴隨反滲透水處理的應用，膜污染問題已成為其最大的制約因素之一。如何防止膜的污染及膜污染后的清理是一個重點和難點問題，膜污染不僅影響膜的性能，縮短膜的使用壽命，使膜的透水量下降，產水量降低，水質變差，耗費人力物力，增加運行費用和操作費用。因此，反滲透膜的污染的防治與清洗對于反滲透水處理工藝的發展至關重要。

關鍵字：反滲透；膜污染；預防；清洗

1 反滲透基本原理

對透過的物質具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過溶劑而不能透過溶質的薄膜稱之為理想半透膜。當把相同體積的稀溶液（例如淡水）和濃溶液（例如鹽水）分別置于半透膜的兩側時，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發地向濃溶液一側流動，這一現象稱為滲透。當滲透達到平衡時，濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個壓差，此壓差即為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質，即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關而與半透膜的性質無關。若在濃溶液一側施加一個大于滲透壓的壓力時，溶劑的流動方向將與原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側流動，這一過程稱為反滲透。 反滲透是滲透的一種反向遷移運動，是一種在壓力驅動下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法，它已廣泛應用于各種液體的提純與濃縮，其中最普遍的應用實例便是在水處理工藝中，用反滲透技術將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物及膠體等雜質去除，以獲得高質量的純凈水。

然而，在這種膜處理工藝過程中，反滲透膜元件會受到在給水中可能存在的懸浮物質或難溶物質的污染，這些污染物中最常見的為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、金屬氧化物垢、硅沉積物及有機或生物沉積物。各類污染物可能污染了反滲透膜，從而影響膜的性能，如不及時采取恰當的措施，將造成人力物力的浪費，降低了膜的透水量，縮短了膜的使用壽命和使用功效。

2 膜污染

反滲透膜的污染類型可分為顆粒污染、膠體污染、化學污染和微生物污染。由于其在反滲透膜表面的位置，溶解的鹽類、懸浮固體及微生物表面的聚積而造成膜污染。膜污染可以由以下過程引起：（a）無機物的沉積（結垢）；（b）顆粒物的沉積（膠體污染）；（c）有機分子的吸附（有機物污染）；（d）微生物的黏附及生長（生物污染）。

2.1 懸浮物和膠體顆粒

懸浮物和膠體是污堵反滲透膜的主要元素也是造成SDI值超標的主要原因，懸浮物、膠體污染的初期標志是反滲透系統的給水/濃水壓差增大。給水中的淤泥膠體來源通常有細菌、大分子有機物、黏土、膠體硅，不溶解的金屬鐵的腐蝕產物，腐殖酸產物，以及預處理系統內過多的聚合物與反滲透系統中帶電荷的阻垢劑結合沉淀。其中0.3—0.5 微米的懸浮顆粒和膠體最易引起膜的污染。

去除方法：常規的方法有混凝澄清、直流凝聚過濾、介質過濾、濾芯過濾、氧化（除鐵、錳）過濾的深度過濾，還有近期興起的微濾和超濾是處理濁度及非溶解有機物的有效方法。

2.2 難溶鹽（CaCO3、CaSO4）沉淀

常用的防止難溶鹽沉淀的方法有1）、軟化法，通常采用石灰-蘇打和離子交換樹脂軟化，鈣離子、鍶離子、鋇離子，鈉離子交換樹脂軟化，適用于小型苦咸水反滲透處理不適于海水，采用強陽離子交換樹脂軟化，鈣離子、鍶離子、鋇離子除去率高于95%，可避免碳酸鹽垢和硫酸鹽垢。2）酸化法，加入硫酸或鹽酸以降低進水的堿度使之達到pH5-6就可防止碳酸鈣沉淀。3）添加阻垢劑，如羧酸聚合物類磷酸鹽類、磺酸其鹽類、聚丙烯酰胺類、混合劑阻垢劑。4）多元處理5）控制運轉條件。

2.3 有機物污染

天然水中的有機物大多來自土壤中的腐殖質、生活污水和工業廢水。有揮發性低分子化合物如醇、酮、氨等，有極性陰離子型化合物如丹寧酸等，也有非極性弱離解的化合物如植物性蛋白等。它們呈懸浮、膠體、溶解三種形態存在于水中。

對于不同的有機物種類應對應不同的去除方法，1）低分子易揮發有機物，可用脫氣法除去；2）弱解離的大分子有機物可用吸附樹脂除去；3）非極性、中高分子量的有機物可用活性炭吸附法去除；4）在某些情況下可用超濾和微濾去除有機物。

由于可溶有機物與膠體不同，在天然水中處于真溶液狀態的小分子有機物親水性強，占有機物的主要部分，在水中雖呈負電性，但其為溶液狀態，不可能被凝聚，所以用沉降或混凝法無法去除。而用活性炭吸附幾乎可除去所有可溶性有機物且活性炭能可再生，但有些可溶有機物不能被活性炭吸附如酚、醇等需要用氧化法處理，因此不同有機物應恰當選擇合適的活性炭。用氯或NaClO進行氧化，幾乎能除去可溶性的、膠體狀的和懸浮性有機物，現在應經有大量的水處理廠采用臭氧滅菌和除去有機物代替了可能產生致癌鹵代物的加氯處理，使用效果好，但成本相對較高。

2.4 微生物污染

基本上所有的原水中都含有微生物，即病毒、細菌、真菌、藻類、熱源還有其他高等生物。這些微生物在進入反滲透膜過程中，以滲透膜為載體，借助反滲透濃水段濃縮的營養鹽而繁殖生長，使產水量和脫鹽率下降，并使產品水被污染，且使膜的壽命縮短。

反滲透膜污染可能有3種可能原因，1）反滲透膜受到垂直的動力，會將細菌遷移到截流表面；2）反滲透系統有較大的膜表面積，增加了黏附細菌的機率；3）預處理過程中引進了微生物污染源或提供了微生物適宜的生長環境。

防止反滲透膜微生物污染至今仍采取殺菌措施，沒有確切的控制標準。常采用氯化及其他殺生藥劑消毒如加氯、次氯酸鈉或二氧化氯、異噻唑啉酮等；紫外線殺菌；還有臭氧的消毒和滅菌。在水處理過程中通過對反滲透膜進行預防定期消毒，定期采取加入殺菌劑沖擊性殺菌，用高劑量亞硫酸氫鈉給水處理和定期對污染膜殺菌的手段可有效防止微生物污染。

3 結語

膜污染問題對于反滲透水處理系統的運行和效益起著至關重要的作用，它抑制膜的性能，使生產效益大大降低，同時縮短膜的使用壽命。因此，了解膜污染來源和采取正確的措施防止膜污染在生產中顯的很重要。

參考文獻

[1]《反滲透水處理應用技術》 張葆宗 主編 中國電力出版社；

[2]《反滲透水處理應用技術及膜水處理劑》 周正立 主編 化學工業出版社；

[3]《反滲透水處理系統工程》 馮逸仙 編著 中國電力出版社。

作者簡介

原振幫（1991-），男，漢族，河南省洛陽人，鄭州大學給水排水2011級本科生。

文海洋（1990-），男，漢族，河南省鄭州人，鄭州大學給水排水 2011級本科生。