反渗透膜污堵原因的分析

反渗透膜污堵原因的分析

及处理措施

郭红利

（神华宁煤集团煤炭化学工业分公司甲醇厂）

摘要：甲醇厂脱盐水系统反渗透装置反渗透膜污堵速度快等问题进行分析和采取的处理措施。

关键词：反渗透装置；原理；多介质过滤器；超滤装置；清洗；污染反渗透技术是当今最先进、最节能、效率最高的分离技术。以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型、高效流体分离单元操作技术，30年来取得了令人瞩目的飞速发展，已广泛应用于国民经济的各个领域。

1 反渗透除盐工作原理

反渗透亦称逆渗透（RO）。是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜（或称半透膜）分离出来（见图1）。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

反渗透膜是由具有高度有序矩阵结构的聚合纤维素组成的。它的孔径为0.1纳米-1纳米，即一百亿分之一米（相当于大肠杆菌大小的千分之一，病毒的百分之一）。

反渗透装置的特点是常温条件下，可以对溶质和水进行分离或浓缩，因而能耗低；杂质去除范围广，可去除无机盐和各类有机物杂质；较高的水回用率；分离装置简单，容易操作和维修。

图1 反渗透除盐原理示意图

2 反渗透膜污堵的原理

原水中均含有一定浓度的悬浮物和溶解性物质。悬浮物主要是无机盐、胶体和微生物、藻类等生物性颗粒。溶解性物质主要是易溶盐（如氯化物）和难溶盐（如碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐）金属氧化物，酸碱等。在反渗透过程中，进水的体积在减少，悬浮颗粒和溶解性物质的浓度在增加。悬浮颗粒会沉积在膜上，堵塞进水流道、增加摩擦阻力（压力降）。难溶盐在超过其饱和极限时，会从浓水中沉淀出来，在膜面上形成结垢，降低RO膜的通量，增加运行压力和压力降，并导致产品水质下降。这种在膜面上形成沉积层的现象叫做膜污染，膜污染的结果是系统性能的劣化。需要在原水进入反渗透膜系统之前进行预处理，去除可能对反渗透膜造成污染的悬浮物、溶解性有机物和过量难溶盐组分，降低膜污染倾向。对进水进行预处理的目的是改善进水水质，使RO膜获得可靠的运行保证。

目前我厂脱盐水岗位反渗透膜污堵速度快，几乎每周清洗一次（清洗频次见表1），清洗完后产水量很快恢复，但运行一周后产水量从120m3/h降到80m3/h，必须清洗否则影响制水（清洗步骤见表2），

如此反复清洗对反渗透膜造成很大的损害，而且还影响正常制水，如果不找出污堵的原因会对系统的正常运行造成很大的威胁。

3 反渗透膜的清洗

3.1 当反渗透系统（或装置）出现以下症状时，需要进行化学清洗或物理冲洗：

1）在正常给水压力下，产水量较正常值下降10～15%；

2）为维持正常的产水量，经温度校正后的给水压力增加10～15%；3）产水水质降低10～15%，透盐率增加10～15%；

4）给水压力增加10～15%；

5）系统各段之间压差明显增加。

3.2 污染情况分析

1）碳酸钙垢：

碳酸钙垢是一种矿物结垢。当阻垢剂/分散剂添加系统出现故障时，或是加酸pH调节系统出故障而引起给水pH增高时，碳酸钙垢有可能沉积出来。尽早地检测碳酸钙垢，对于防止膜层表面沉积的晶

体损伤膜元件是极为必要的。早期检测出的碳酸钙垢可由降低给水的pH值至3~5，运行1~2小时的方法去除。对于沉积时间长的碳酸钙垢，可用低pH值的柠檬酸溶液清洗去除。

2）硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢：

硫酸盐垢是比碳酸钙垢硬很多的矿物质垢，且不易去除。硫酸盐垢可在阻垢剂/分散剂添加系统出现故障或加硫酸调节pH时沉积出来。尽早地检测硫酸盐垢对于防止膜层表面沉积的晶体损伤膜元件是极为必要的。硫酸钡和硫酸锶垢较难去除，因为它们几乎在所有的清洗溶液中难以溶解，所以，应加以特别的注意以防止此类结垢的生成。

3）金属氧化物/氢氧化物污染：

典型的金属氧化物和金属氢氧化物污染为铁、锌、锰、铜、铝等。这种垢的形成导因可能是装置管路、容器(罐/槽)的腐蚀产物，或是空气中氧化的金属离子、氯、臭氧、钾、高锰酸盐，或是由在预处理过滤系统中使用铁或铝助凝剂所致。

4）聚合硅垢：

硅凝胶层垢由溶解性硅的过饱和态及聚合物所致，且非常难以去除。需要注意的是，这种硅的污染不同于硅胶体物的污染。硅胶体物污染可能是由与金属氢氧化物缔合或是与有机物缔合而造成的。硅垢的去除很艰难，可采用传统的化学清洗方法。现有的化学清洗药剂，如氟化氢铵，已在一些项目上得到了成功的使用，但使用时须考虑此方法的操作危害和对设备的损坏，加以防护措施。

5）胶体污染：

胶体是悬浮在水中的无机物或是有机与无机混合物的颗粒，它不会由于自身重力而沉淀。胶体物通常含有以下一个或多个主要组份，如：铁、铝、硅、硫或有机物。

6）非溶性的天然有机物污染(NOM)：

非溶性天然有机物污染(NOM——Natural Organic Matter)通常是由地表水或深井水中的营养物的分解而导致的。有机污染的化学机理很复杂，主要的有机组份或是腐植酸，或是灰黄霉酸。非溶性NOM 被吸附到膜表面可造成RO膜元件的快速污染，一旦吸收作用产生，渐渐地结成凝胶或块状的污染过程就会开始。

7）微生物沉积：

有机沉积物是由细菌粘泥、真菌、霉菌等生成的，这种污染物较难去除，尤其是在给水通路被完全堵塞的情况下。给水通路堵塞会使清洁的进水难以充分均匀的进入膜元件内。为抑制这种沉积物的进一步生长，重要的是不仅要清洁和维护RO系统，同时还要清洁预处理、管道及端头等。

3.3 清洗液的选择和使用

1）2.0%(W)柠檬酸(C6H8O7)的低pH(pH值为3~4)清洗液。以于去除无机盐垢(如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢等)、金属氧化物/氢氧化物(铁、锰、铜、镍、铝等)及无机胶体十分有效。

2）0.5%(W)盐酸低pH清洗液(pH为2.5)，主要用于去除无机物垢(如碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢等)，金属氧化物/氢氧化物(铁、