反渗透膜污染过程与膜清洗的试验研究

从图４中可以看出，经过纯水清洗后通量恢复
很小，仅占总恢复通量的１４％，经过酸洗后通量恢
复较大，占总恢复通量的８６％。因此该无机结垢过
程形成的丰要是不可逆污染；有机污染的反渗透膜
清洗前后膜通量的变化，经过纯水冲洗后膜通量的
恢复仅占全部可恢复通量的１８％。化学冲洗后膜通
量恢复达到８２％，污染层以不可逆污染为主，这与
液的浓缩以及ｐＨ升高会产生结垢。从图２中可以 看出，随着运行时间的延长，膜元件的产水量逐渐降 低，并且在衰减程度上呈现先快后慢的趋势。但整体 来看通量降低过程缓慢而平稳，分析结垢过程，是在 浓差极化的作用下，钙离子、碳酸氢根离子、碳酸根 离子等在膜面附近富集，随着富集离子浓度的增大， 钙离子与碳酸根离子的离子积达到溶度积，在膜表 面结晶并沉积，形成无机结垢污染，造成膜通量下 降。随着时间的延长，这一过程持续进行，垢层逐渐 累积越来越厚，直至将整个膜面覆盖，通量降低更加 严重，甚至可能没有产水。
第３６卷第３期
对污染试验后的膜元件进行清洗，以分析所形 成的污染层结构。试验中水力冲洗溶液为纯水，流量 为正常运行流量的‘１．５倍。酸洗溶液为质量分数 ０．１％的盐酸，碱洗溶液为质量分数０．１％的氢氧化钠 溶液，化学清洗后用纯水将清洗液冲洗干净。无机污 染用酸洗，有机污染用碱洗。试验中通量测试采用质 量浓度为２５０ ｍｇ·Ｌ。１氯化钠溶液，操作压力０．４２ ＭＰａ，回收率１５％。无机与有机污染的反渗透膜清洗 前后膜通量的变化如图４所示。
糙度，使得靠近膜面的浓差极化层受流动主体的影 响变小，该层离子浓度增加。 ２．２有机胶体污染
有机胶体污染试验选用奶粉为污染物，奶粉溶 液中主要成分是蛋白质、脂肪等有机物。一些有机物 如蛋白质等在水溶液中会显电性，一些大分子物质 以胶体状态存在，因此，这种污染物会造成严重的膜 污染。试验配制的奶粉溶液质量浓度为３０ ｍｇ·Ｌ．’， 为观察膜脱盐性变化，溶液中加有质量浓度为２５０ ｍｇ·Ｌ－Ｉ的氯化钠。运行条件：压力０．４１ ＭＰａ，室温操 作，回收率１０％－－一１５％。膜通量和产水电导随时间的 变化如图３所示。
时间，ＩＩ 图２膜通量和脱盐率随时间的变化 Ｆｉｇ．２ Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｓａｌｔ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｖａ＇ＳＵＳ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ
碳酸氢根在水中的存在状态与原水的ｐＨ有 关，一般在ｐＨ ７－－一８的范围内以碳酸氢根为主要存 在形式。在ｐＨ＞８时水中会有碳酸根出现。反渗透 运行过程中，由于二氧化碳气体可透过膜片进入产 水导致产水ｐＨ降低而浓水的ｐＨ升高，因此，在原 溶液中虽然没有浑浊或沉淀的出现，在浓水中因溶
姗Ｒｎ狂ｃＮＴＡＩ，ＳＴＩ】Ｄ｝Ｙ ＯＮ Ｒｏ Ｍ匣ＭＢＲＡＮＥ Ｆ《）ＩⅡ鹏Ｐ】Ｍ）ＣＥＳＳ ＡＮＤＭ舳ＲＡＮＥ ａ阻强ＮⅨＧ
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（１．Ｓｃｈｏｏｌ矿Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓ酊ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｄｉａｎ １１６０２３，Ｃｈｉｎ田
ｏｒｇａｎｉｃ
ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ．Ｃｌｅａｎｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｎｄ ＳＥＭ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｓｈｏｗｅｄ：ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ８０％ｗｅｒｅ ｉｒｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇ． 鬣盯稍幽：ｒ翻ｃｅｌ＇ｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｍｅｎｔ；ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ；ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｅｆＩｉｍｎ勰∞
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０ 初始值污染后纯水冲洗后清洗后
图４酸碱洗前后膜通量的变化
Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆｍｅｍｂｍｎｅ ｆｌｕｘｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｏｒ ｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ
ｗａｔｅｒＶａ［ｓ雌ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｉｍｅ’
由图３可知，与无机污染通量变化趋势不同，有
机污染反渗透膜通量先快速的衰减，此后衰减速率
变慢，趋于稳定。分析污染过程：反渗透膜表面一般
带负电荷而奶粉中主要蛋白质在ｐＨ接近中性的情 况下同样显示负电性，因此电荷吸附不是主要作用。
有机物在膜面吸附主要是疏水相互作用闱。该作用使
试验中膜通量．，和脱盐率Ｒ计算公式如下：
户ｖ。
（１）
式中：ｙ为透过液体积；Ｓ为膜有效面积；ｔ为时
间。
Ｒ＝（１－ｐｒ／Ｐｏ）Ｘ１００％。
（２）
式中：Ｐ，为产水盐的质量浓度；ｐ。为原水盐的质量 浓度。
收稿日期：２００９－０６．３０ 作者简介：李毓亮（１９８３－－），男，硕士研究生，研究方向为膜法水处理ｉ联系电话：１５９９８４２９７４９；Ｅ．ｍａｉｌ：ｌｅｅｌｉａｎ９２００８＠ｇｍａｉｌ．ｇｏｒｅ 联系作者：张兴文，教授；Ｅ－ｍａｉｈｚｘｗ－ｄｌ＠１６３．ｅｏｍ
３结论
反渗透膜无机碳酸钙结垢污染会造成通量的缓 慢下降，当碳酸钙结垢发展到一定阶段后，会导致膜 元件脱盐率的下降；膜的有机胶体污染过程发展较 快，会降低膜的通量，但能提高膜元件的脱盐率：不 论是无机碳酸钙结垢还是有机胶体的污染，简单的 水力冲洗去除污染物效果不好，化学清洗膜通量的 恢复可达８０％以上，但不可避免有通量损失；膜污 染是影响反渗透膜运行的重要因素，在实际运用过 程中应尽可能加强预处理，减轻膜污染。
第３６卷第３期
４６
２０１０年３月
水处理技术
Ｖ０１．３６ ＮＯ．３ Ｍａｌｌ＂．，２０１０
反渗透膜污染过程与膜清洗的试验研究
李毓亮·，金焱２，张兴文１
（１．大连理工大学环境与生命学院，辽宁大连１ １６０２３： ２．北京时代沃顿膜科技有限公司，北京１０２２４９）
摘要：采用兄初碳酸钙和有杠肢体时反渗透膜进行了污染试验，测试了污染过程中膜性能的变化趋势。结果表明，２种污染 都会导致膜通量的下降，无机碳酸钙污染发展到一定程度会降低膜元件的脱盐率，有机皎体污染能提高膜元件的脱盐率。清
ｌ试验部分
实验室反渗透系统装置如图１所示，反渗透膜 元件为ｖｏｎｔｒｏｎ ＵＬＰ １８１２．５０，水质的电导率采用ｕ１． ｔｒａｍｅｔｅｒＴＭ ＩＩ ４ｐ电导率仪测定，ＳＥＭ电镜为飞利 浦Ｑｕａｎｔａ４００。
Ｆｉｇ．１
图１试验装置 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｅｔ－ｕｐ
无机结垢同样会影响到反渗透膜的脱盐性，从 图２还可以看出，试验初期，反渗透膜稳定脱盐率在 ９８％以上，当无机结垢发展了一定程度以后，反渗透 膜的脱盐率呈现下降的趋势，最后低于９８％标准稳 定脱盐。其原因可能为：无机垢层增加了膜表面的粗
Ｆｉｐ
时『ＩＩ】／ｒａｉｎ 图３膜通量和产水电导随时问变化
Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｌｕｘ ａｎｄ．ｃ０“？ｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆｐｅｒｍｅａｔｅ
参考文献：
【ｌ】 江海．反渗透膜元件的清洗与再应用【Ｄ】．天津城市建设学院， ２００８：８—９．
【２】 王湛．膜分离技术基础【Ｍ】．北京：化学工业出版社，２０００：２２－２３． 【３】 金可勇，俞ｊ传，潘学杰．耐污染反渗透膜在城市生活污水回
用中的应用研究【ｊ】．水处理技术，２００５，３１（ｔ１）：１６－１８． 【４】Ｌｉ ｑｉｌｉｎ，Ｘｕ出ｉｈｕａ．Ｆｏｕｌｉｎｇ ｏｆｒｅｖｅｒ∞ｏｓｍｏｓｉｓ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｂｙ
蛋白质等有机物迅速在膜面吸附形成凝胶层，增大
膜阻力，阻止水分子的通过，从而造成水通量下降。
从图３还可以看出，产水电导随时间的变化趋
势与膜通量的变化趋势相似，这一点也验证了凝胶
层的形成过程，对于溶液中的无机盐离子，该凝胶层
相当于另一层脱盐层，因此反渗透膜元件的脱盐性
能得到提高。单只膜元件脱盐率达到９９％以上，高
万方数据
李毓亮等，反渗透膜污染过程与膜清洗的试验研究
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由于水中含盐量与电导率相关，试验采用电导 率代替含盐量计算脱盐率。
２结果与讨论
２．１无机结垢 在常温条件下，以氯化钙和碳酸氧钠的混合液作
为原溶液，氯化钙和碳酸氢钠的投加量分别为８００ ｍｇ·Ｌ．１和４００ ｍｇ·Ｌ－ｔ，原水中不投加阻垢剂。以０．４１ ＭＰａ压力为操作压力，原水ｐＨ ７一．－８，回收率１０％～ ｌ ５％。连续运行直至通量衰减到初始值的１ ５％。膜通 量和脱盐率随时间的变化如图２所示。
无机污染层分布类似。
经２种污染后的膜元件清洗后与各自初始值相
比都有通量损失，说明一些污染物与膜片的相互作
用力很强，即使在很强的化学药剂清洗和水力冲刷
作用下也不能将其去除，造成永久性的通量损失。 为进一步确定污染状况，对无机污染的反渗透
膜进行了ＳＥＭ电镜试验，从试验结果可以看出，污 染后在膜的表面形成碳酸钙沉淀，酸洗后可去除大 部分污染物。但膜面仍有一些晶体物质的残留，膜面 的粗糙度明显高于新膜，这也是清洗后膜通量不能 完全恢复的原因。
洗试验和ＳＥＭ电镜照片结果显示，２种膜污染中的不可逆污染占８帆拟上．
关键词：反渗透膜元件；无机碳酸钙污染；有机胶体污染；膜性能
中图分类号ｌ ＴＱ０２８．８
文献标识码：Ａ
文章编号ｌ １０００—３７７０（２０１ ０）０３－００４６—００３
反渗透膜分离技术是近年来迅速发展的水处 理技术，广泛应用于海水淡化、电力、石油化工、电 子、医药、市政环保等各个领域ｌ－１，反渗透技术在应 用过程遇到的最大问题是膜污染，反渗透膜的污染 不仅降低了系统运行的经济性，而且也成为影响反 渗透技术进一步推广的关键。众所周知，卷式反渗透 是以压力为主要推动力，以错流方式运行，在高压的 状态下达到溶剂与溶质的分离［２１。由于反渗透膜膜 片本身非常致密，膜孔径在１ ＩＬｒｎ以下，随着运行时 间的延长，各种污染物很容易堵塞膜孔，在膜面形成 污染层，影响通量和脱盐率。因此需要定期进行膜的 清洗，来恢复性能，但不可恢复的损失难以避免，这 就造成了运行成本的提高。为降低膜污染，目前采取 的措施包括膜面改性、优化组件结构、加强预处理与 维护［３１等等，但都无法避免污染。
２．Ｖｏｎｔｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，＆驴打垮１０２２４９，Ｃｈｉｎａ）
ｃ钔ｂ讲咖ａｎｄ ＾ｂ—ｍ眭Ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｆｉｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｃａｌｃｉｕｍ
ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｌｌｏｉｄａｌ．Ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ
膜污染主要包括有机胶体颗粒物的吸附、无机 结垢以及微生物的滋生。由于污染物的形态、结构、 所带电荷及其它特性的不同，它们对膜性能的影响 也不一样，了解各类型污染物对膜元件性能的影响， 对于预防、判断和清洗膜污染都有重要的意义。本试 验以自配水为原水，模拟实际现场反渗透膜元件的 无机碳酸钙污染和有机胶体污染的过程，观察反渗 透膜污染、监测膜性能的相关表现并探讨了膜污染 机理。＋
ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｅ他ｔｅｓｔｅｄ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｌｅａｄ ｔｏ ａ ｄｅｃｌｉｎｅ ｉｎ ｆｌｕｘ．
ｗｏｕｌｄ袖ｃｃ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｃｏｌｌｏｉｄａｌ Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ａｃｅｒｔａｉｎ ｄｅｇｒｅｅ．ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ
于该膜元件初始脱盐率。
２．３膜元件清洗与污染层分布
膜元件清洗可以间接反映出膜面污染层的情
况。反渗透膜的污染一般分为可逆污染和不可逆污
染嘲，可逆污染层物质结构疏松，与膜面吸附不紧
密，可以在水力冲洗条件下去除，不可逆污染一般与
膜面接触紧密，水力冲洗不能去除，只有通过化学药
剂反应除去。
万方数据
水处理技术
ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒｓ ｉｎ ｗａｓｔｅｗａ［ｔｅｒ ｍ鲫ａａａｒｙ ｅｆｆｌｕｅｎｔ：Ｒｏｌｅ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｍｆａｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｉｎｉｔｉａｌ ｐｅｒｍｅａｔｅ ｆｌｕｘ【Ｊ】．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ．２００７（２９０）：１７３·１８１． ｆ５】 王海芳，晋日亚．膜分离技术应用于给水处理中的膜污染研究 【Ｊ】．环境工程学报２００８，２（９）：１ １６０－１ １６２．