硅酸盐对反渗透膜出力的影响分析

硅酸盐对反渗透膜出力的影响分析

作者：孙正华，张小红

来源：《江苏科技信息》 2017年第34期

摘要：文章主通过硅酸盐对反渗透膜污堵造成设备出力下降的原因进行分析，提出污堵后对反渗透膜的化学清洗及预防措施，确保反渗透能够在水源中硅酸盐含量较高的情况下安全运行。

关键词：硅酸盐；污堵反渗透；化学清洗；预防措施

1反渗透的工作原理

反渗透装置（简称“RO装置”）在除盐系统中属关键设备，装置利用膜分离技除去水中大部分离子、SiO2等，大幅降低TDS、减轻后续除盐设备的运行负担［1］。RO是将一部分原水沿与膜垂直的方向通过膜，水中的盐类和胶体物质在膜表面浓缩，剩余一部分原水沿与膜平行的方向将浓缩的物质带走，在运行过程中自动清洗。膜元件的水通量越大，回收率越高，则其膜表面浓缩的程度越严重。由于浓缩作用，膜表面的物质浓度高于主体水流中物质浓度，产生所谓浓差极化现象。浓差极化会使膜表面盐的浓度高，增大膜的渗透压，引起膜脱盐率下降。为提高给水的压力而需要多消耗能量，因此在运行过程中必须采取合适的措施减少浓差极化的程度。

2污堵原因分析

厂家技术人员经过几次常规的化学清洗后，系统仍不能恢复到最初的出力。于是决定取出二支反渗透膜，寄送到美国陶氏（DOW）公司进行解剖，分析膜污堵原因。

2.1化学清洗

为了确定膜元件的可恢复性，陶氏公司采用常规的酸、碱清洗方法，对膜元件先进行标准化学清洗循环。如表1所示，清洗前后反渗透的出力并没有发生明显的变化，否定了有机物和钙镁盐垢污堵的可能。

2.2电感耦合等离子体发射光谱法（ICP）分析

为查清膜污染的原因，采用电感耦合等离子体发射光谱法，此方法主要用于检测膜片表面附着的金属、硅和有机物。分析结果为：膜的表面有少量的杂质（泥沙类），膜表面存有较多的Ca，Fe，Si元素。通常存在这类物质，则反映膜元件受到相应难溶盐或金属络合物的污染。图1，图2为膜解剖照片，元素分析如表2所示。

2.3取样分析

为进一步确定膜污染物的类型，将水样送到南京电力科学研究院进行水质分析，水质分析报告显示（矿井-300m、-600m水样）全硅的含量分别为14.7mg/L和26.7mg/L；pH分别为7.51和7.70。根据反渗透膜的进水水质要求，全硅含量极限值为25mg/L。设备调试初期，主要水源为-600m矿井疏干水。

硅酸化合物也是天然水中的一种主要杂质，往往是由于水和含有硅酸盐和铝硅酸盐的岩石相接触后溶解在水中的，一般地下水的硅酸化合物含量比地面水含量多。

当pH=7-8时，水中同时有H2SiO3和HSiO3－。

从硅酸的电离度小以及它与钙、镁离子会形成难容硅酸盐的情况可以看出，当pH较低时，它成游离酸的溶液，或钙镁硅酸盐胶溶状态存在；当pH较高时，如水中有钙镁离子则成钙镁硅酸盐的胶溶状态。

经过上述综合分析可知，造成反渗透膜污染的主要原因为硅酸和硅酸盐垢。

3处理方法

采用0.1%的HF和0.4%HCI进行化学清洗。

（1）检查清洗装置是否正常，保安过滤器滤芯是否需要更换，确定没有问题后，向清洗水箱中注入2/3体积的除盐水，启动加热设备，进行循环配药，最高温度不能超过40℃。

（2）检查反渗透及清洗系统状态，确定反渗透制水系统的阀门是否处于关闭状态，清洗系统的阀门是否处于开启状态、反渗透系统就地控制盘旋钮是否扳向手动位置。

（3）对反渗透进行分段清洗，先清洗一段再清洗二段，然后一、二段串洗，每次循环60min后浸泡2h。先小流量然后大流量进行清洗。

（4）清洗结束后，将系统中的清洗液排掉，然后用水进行大流量的冲洗，直至中性，停止备用。

注意事项：清洗时必须先小流量，后用大流量进行清洗，避免产生水冲击（因压力容器内有空气）将膜组件损坏。清洗时清洗液的pH值降低时要及时补充清洗药剂，保持清洗液的浓度。注意清洗液的颜色浊度变化，必要时重新更换清洗液，防止对膜产生污染。

4预防措施

RO膜的浓水侧不允许析出SiO2，当SiO2过饱和时会聚合而形成不溶解的胶体硅或有机硅胶结垢［2］。硅垢一旦形成则极难去除。纯水25℃时，无定形硅的溶解度约为100mg/L （以SiO2计），溶解度随温度呈直线变化，在0℃时为0，到40℃时为160mg/L。在中性溶液中，溶解的只有硅酸；许多运行的RO装置浓水中的二氧化硅超过文献中的极限浓度，但并未析出二氧化硅，主要采取下列措施：

（1）控制系统的回收率，使浓水中的SiO2浓度降低，避免超过溶度积，是防止结垢的主要方法；

（2）采用增加或加强预处理工艺，用石灰软化，可降低给水中50%的SiO2；

（3）由于无定形SiO2的溶解度取决于温度，所以水温高有利于防止硅垢产生；

（4）另外，选择药剂也很关键,应该选择分散性能优异的阻垢分散剂，在此方面进口品牌药剂优于国产药剂。

4结论

由于在设计中提供的水质分析报告为-300m的疏干水和京杭运河水的水质报告，与实际运行的-600m的疏干水的水质分析报告存在较大差异。矿上在供水时，没有说明水源情况，设备一直按正常情况下调试运行，没有及时调整运行方式，导致反渗透因进水硅酸盐超标出现污堵。化学清洗恢复膜的性能后，采取了一系列相应的预防措施，设备运行至今一直正常。

参考文献

［1］巩耀武，管炳军.火力发电厂化学水处理实用技术［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［2］初立杰.电厂化学［M］.北京：中国电力出版社，2010.

（责任编辑王真）