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反滲透系統常見(jiàn)問(wèn)題分析 + 反滲透技術(shù)

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反滲透系統常見(jiàn)問(wèn)題分析 + 反滲透技術(shù)

發(fā)布日期:2024-04-17

水污染事件頻頻曝光,飲用水安全越來(lái)越受到人們的重視。所以,本篇文章就與大家來(lái)分享一下反滲透技術(shù)與反滲透的那些事,因為反滲透技術(shù)可以進(jìn)行純水的制備、海水的淡化甚至工業(yè)廢水的處理等。

反滲透

反滲透又稱(chēng)逆滲透,一種以壓力差為推動(dòng)力,從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。因為它和自然滲透的方向相反,故稱(chēng)反滲透。根據各種物料的不同滲透壓,就可以使用大于滲透壓的反滲透壓力,即反滲透法,達到分離、提取、純化和濃縮的目的。

反滲透膜

反滲透膜是實(shí)現反滲透的核心元件,是一種模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。

模擬生物半透膜?又是一項仿生學(xué)的偉大成就。那么到底是哪種神奇的生物讓偉大的科學(xué)家發(fā)明了如此偉大的產(chǎn)物呢?今天,我們與大家來(lái)扒一扒反滲透膜的前世與今生。

1950年美國科學(xué)家DR.S.Sourirajan在觀(guān)察海鷗時(shí)發(fā)現,海鷗首先會(huì )吸一大口海水,然后過(guò)一段時(shí)間,再吐出一部分。他感到非常好奇,因為海鷗這種使用肺呼吸的陸生動(dòng)物是絕對不可能直接攝入高含鹽量的海水來(lái)補充水分的。


 

海鷗,反滲透膜生物原型

出于這種好奇,DR.S.Sourirajan和他的團隊對海鷗進(jìn)行了解剖,發(fā)現海鷗并沒(méi)有直接把海水喝下,而是把海水存在喉管里,海水經(jīng)由海鷗吸入體內后加壓,再經(jīng)由壓力作用將水分子貫穿滲透過(guò)粘膜轉化為淡水,海鷗把淡水吸收到身體內部,然后把剩下的高濃度海水再吐出來(lái)。海鷗喉管中的這層粘膜組織,就是反滲透膜的原型。


 

喝海水,就是這么自信

DR.S.Sourirajan認為此項重大發(fā)現很可能是人類(lèi)獲取飲水的方法的一個(gè)重大突破,隨即就投入了該原理工業(yè)化的研究,美國政府得知此事,投入了4億美元(約合現在31.6億美元)的資金,資助美國U.C.L.A大學(xué)醫學(xué)院教授Dr.S.SidneyLode配合DR.S.Soirirajan博士著(zhù)手研究反滲透膜。在巨大的資金支持和眾多科學(xué)家的努力之下,反滲透膜的最初模型誕生。


 

反滲透膜工作原理

1968年,美國阿波羅登月的各項技術(shù)準備都緊鑼密鼓地開(kāi)展著(zhù),其中最讓人頭痛的難關(guān)竟是最普通的水。當年阿波羅登月計劃的人員和設備的總需水量,竟達到6噸之多。航天是一項對重量要求很高的工作。

畢竟宇航員多一斤肥肉,發(fā)射成本可能就要多上百萬(wàn)美元,更別說(shuō)以噸計的水了……

胖子感受到來(lái)自這個(gè)世界的惡意

如何回收提純工業(yè)廢水、洗漱用水和尿液成為最大的攻關(guān)課題。于是反滲透膜這一技術(shù)很快被引用到宇航領(lǐng)域。


 

宇航員在無(wú)重力環(huán)境喝水

采用反滲透技術(shù)將使用過(guò)的污水,包括尿液等排瀉物,凈化處理,成為達到飲用標準的再生水,使太空船不用運載大量的飲用水升空,為阿波羅登月計劃做出了巨大貢獻。


 

美國絕密專(zhuān)利

幾十億美元的投入終結碩果,就是反滲透膜制水技術(shù)。在當時(shí)此項技術(shù)被美國宇航局列為絕密等級專(zhuān)利。

反滲透技術(shù)在航天領(lǐng)域成功應用之后,又轉移到軍工領(lǐng)域,自70年起開(kāi)始裝備美國潛艇、航母和作戰艦艇,用于海水直接制成飲水,在美國人們把反滲透形象的比喻為“體外腎臟”。

我國在90年代初開(kāi)始引進(jìn)此項技術(shù),裝備軍艦和潛艇。92年,中南海建立了一座反滲透水廠(chǎng),保證國家領(lǐng)導人飲水安全,同時(shí)為外賓提供飲水,從此反滲透技術(shù)走進(jìn)了新華門(mén),如今,反滲透技術(shù)被應用于凈水器的生產(chǎn)中,從此也走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)。

是不是深刻感受到了大自然那種神奇而又神秘的力量?敬畏自然,是人類(lèi)早晚應該明白的一件事。

反滲透系統常見(jiàn)問(wèn)題分析

1、泥砂顆粒及無(wú)機膠體污染


 


 


 

現象和癥狀:

– 泥砂顆粒堆積在第一段的前幾支膜元件的進(jìn)水端

– 系統壓力將偏大,系統脫鹽率偏低

– 膜元件解剖后,膜表面和進(jìn)水流道附著(zhù)可見(jiàn)污染物

? 原因:

– 預處理失效或設計存在缺陷

– 多介質(zhì)過(guò)濾器/活性炭床反沖洗和快洗不充分

– 進(jìn)水的SDI值偏高

– 硬砂顆粒機械擦傷膜片

? 清洗或解決方案:

– 難以化學(xué)清洗恢復,可以嘗試采用酸堿清洗

– 加強介質(zhì)過(guò)濾器/活性炭床反沖洗

– 加強SDI值監控

– 加強保安過(guò)濾器的監控和更換。

2、預處理活性炭破碎泄漏


 

 


 

現象和癥狀:

– 黑色物質(zhì)堆積在第一段的前幾支膜元件的進(jìn)水端

– 系統壓力將偏大,產(chǎn)水量偏少,系統脫鹽率偏低

– 膜元件解剖后,膜表面和進(jìn)水流道附著(zhù)活性炭顆粒

? 原因:

– 不正確或不充分的活性炭床反沖洗和快洗

– 長(cháng)時(shí)間運行后,活性炭由于和氯或臭氧反應消耗導致破碎機械強度下降而破碎。

– 炭粒機械擦傷膜片

? 清洗或解決方案:

– 難以化學(xué)清洗恢復

– 更換新活性炭;充分的炭床反沖洗;加強保安過(guò)濾器的監控和更換。

3、無(wú)機結垢-碳酸鹽鈣垢(CaCO3)


 


 

結垢常常發(fā)生在最后一段,然后逐漸向前一段擴散,含鈣、重碳酸根或硫酸根的原水可能會(huì )在數小時(shí)之內即因結垢堵塞膜系統

酸洗pH值對去除碳酸鈣垢的影響


 

? 現象和癥狀:

– 系統產(chǎn)水量低,脫鹽率下降,壓降增加。

– 膜元件變重

? 原因:

– RO進(jìn)水三高(高硬度;高pH;高堿度)

– RO系統高回收率

? 清洗或解決方案:

– 系統可用酸進(jìn)行清洗恢復。

– 應降低進(jìn)水的三高(高硬度;高pH;高堿度) 和RO系統回收率

– 調整阻垢劑的加入量

4、無(wú)機結垢-硫酸鈣垢(CaSO4)



 

 

無(wú)機結垢硫酸鋇/硫酸鍶垢(BaSO4/SrSO4)



 

現象和癥狀:

– 系統產(chǎn)水量低,脫鹽率下降,壓降增加。

– 膜元件變重

? 原因:

– RO進(jìn)水鈣、鋇、鍶、硫酸根含量高

– RO系統高回收率導致超過(guò)溶解限制

– 阻垢劑失效

? 清洗或解決方案:

– 系統很難進(jìn)行清洗恢復。

– 應降RO系統回收率

– 調整阻垢劑的加入量或更換阻垢劑

5、微生物污染



 


 

膜元件解剖后,膜表面和進(jìn)水流道附著(zhù)粘稠狀物質(zhì),并伴有臭味。

堿洗pH值對去除生物污染的影響


 

現象和癥狀:

– 系統產(chǎn)水量低,脫鹽率下降,壓降增加。

– 壓力容器開(kāi)啟或膜元件解剖后,有臭味。

? 原因:

– 進(jìn)水中富含營(yíng)養物質(zhì),例如TOC和COD偏高

– 進(jìn)水或阻垢劑中含有微生物。

? 清洗或解決方案:

– 清洗并消毒整個(gè)系統,包括預處理和膜本體部分,同時(shí)應注意如

果清洗和消毒不徹底,會(huì )出現迅速的重新污染

– 系統可用強堿進(jìn)行清洗恢復,例如采用PH=12-13的堿液清洗。

– 安裝或優(yōu)化預處理以應對原水的微生物污染

– 消除微生物的來(lái)源

– 使用抗污染膜元件(FR系列)。

– 采用非氧化性殺菌劑,例如:DBNPA進(jìn)行定期沖擊式殺菌。

6、鐵污染


 

被鐵污染的膜元件,膜表面為紅褐色,進(jìn)水流道呈淺紅色


 

被鐵污染的膜元件的膜表面為紅褐色,滴加酸后露出膜片的真面目。

現象和癥狀:

– 系統脫鹽率低,產(chǎn)水量降低

– 壓力容器開(kāi)啟后,膜元件端面呈紅褐色

– 膜元件解剖后,膜表面呈紅褐色

? 原因:

– RO進(jìn)水中含有過(guò)量的鐵

– 預處理系統中的管道或壓力容器腐蝕

? 清洗或解決方案:

– 膜系統可以采用酸性NaHSO3(PH<5)或H3PO4以及檸檬酸清洗恢復。

– 有時(shí)候鐵會(huì )加速膜的氧化導致膜元件不可恢復性的損傷

7、壓降(ΔP)過(guò)大



  

玻璃鋼外殼沿軸向破裂, 進(jìn)水端污染嚴重



  

出水端抗壓力器(ATD)沖掉,濃水流道網(wǎng)格沖出



  

對膜元件破壞性分析發(fā)現:黑色粘稠液體流出。整個(gè)膜元件內部完全被污染,膜葉之間(進(jìn)水流道)布滿(mǎn)黑色粘稠物質(zhì)。無(wú)臭味,排除生物污染,確認為無(wú)機污染物嚴重污堵進(jìn)水流道導致的高壓降所致。

? 現象和癥狀:

– 系統脫鹽率大幅下降,有時(shí)候伴隨產(chǎn)水量增加。

– 膜元件解剖后,膜表面出現氣泡和分層

? 原因:

– 系統設計缺陷,例如產(chǎn)水管道上的止回閥安裝位置不合理。

– 不正確的操作,例如清洗完畢后忘記開(kāi)啟產(chǎn)水閥門(mén)。

– 不可預測的機械故障

? 清洗或解決方案:

– 膜元件被不可恢復性的損傷,難以修復,只能更換膜元件。

8、產(chǎn)水背壓


 

產(chǎn)水管道上安裝截止閥,操作人員在系統清洗過(guò)程中關(guān)閉此截止閥,清洗關(guān)閉完畢后忘記開(kāi)啟,隨后停機后重新啟動(dòng)系統,發(fā)現系統脫鹽率下降。



 

 


 

產(chǎn)水背壓損壞的膜表面通??吹狡叫杏诋a(chǎn)水管的膜最外邊出現拆痕,常??拷钔鈧鹊哪ご辰泳€(xiàn)處。膜的破裂最有可能出現在進(jìn)水側、最外側和濃水側這三處粘接密封線(xiàn)附近,其他位置受到進(jìn)水網(wǎng)絡(luò )地支撐,很多網(wǎng)格的小格內就會(huì )出現很多氣泡狀剝離和分層。


 

 為了預防產(chǎn)水背壓,可以采用以上兩種措施:在產(chǎn)水管道的合理安裝止回閥,或三向閥。

現象和癥狀:

– 系統脫鹽率大幅下降,有時(shí)候伴隨產(chǎn)水量增加。

– 膜元件解剖后,膜表面出現氣泡和分層

? 原因:

– 系統設計缺陷,例如產(chǎn)水管道上的止回閥安裝位置不合理。

– 不正確的操作,例如清洗完畢后忘記開(kāi)啟產(chǎn)水閥門(mén)。

– 不可預測的機械故障

? 清洗或解決方案:

– 膜元件被不可恢復性的損傷,難以修復,只能更換膜元件。

9、膜氧化


 

遭氧化傷害的膜元件采用真空試驗等機械的方法是檢測不出來(lái)的,這類(lèi)化學(xué)性的傷害,可通過(guò)對膜元件或其中的小片膜樣品經(jīng)過(guò)Fujiwara試驗評測顯示出來(lái),如Fujiwara實(shí)驗中實(shí)驗溶液變成粉紅色,證明膜片已被氧化。

膜氧化(由余氯導致)

原子光譜化學(xué)分析法(ESCA):

 

未經(jīng)污染或氧化的新膜片應該僅由C, O, N 和H組成,沒(méi)有其它元素。對于使用過(guò)的膜片,可以通過(guò)分析膜材料中的增加的元素種類(lèi)和含量,來(lái)確定膜片是否被氧化或污染。原子光譜化學(xué)分析法(ESCA)證明膜片被氯氧化

現象和癥狀:

– 系統脫鹽率大幅下降,同時(shí)伴隨產(chǎn)水量增加。

– 膜元件解剖后, Fujiwara實(shí)驗中實(shí)驗溶液變成粉紅色,原子光

譜化學(xué)分析法(ESCA)發(fā)現氯元素。

? 原因:

– RO系統前的脫氯措施出現問(wèn)題,例如,活性炭失效或NaHSO3

量不足。

– 膜元件接觸到強氧化劑。

? 清洗或解決方案:

– 膜元件被不可恢復性的損傷,難以修復,只能更換膜元件。