反渗透膜的评价指标及影响因素




一、评价指标
一般说来,反渗透膜应具备以下性能: 
    ①单位面积上透水量大,脱盐率高; 
    ②机械强度好,多孔支撑层的压实作用小; 
    ③化学稳定性好,耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀; 
    ④结构均匀,使用寿命长,性能衰降慢; 
    ⑤制膜容易,价格便宜,原料充足。 

反渗透设备
   因此对反渗透膜的评价指标可以从以下几个方面分析: 
1、脱盐率和透盐率 
   脱盐率――通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。 
  透盐率――进水中可溶性杂质透过膜的百分比。 
  脱盐率=(1-产水含盐量/进水含盐量)×100% 
  透盐率=100%-脱盐率 
   反渗透膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定,脱盐率的高低取决于 反渗透 膜元件表面超薄脱盐层的致密度,脱盐层越致密脱盐率越高,同时产水量越低。反渗透对不同物质的脱除率主要由物质的结构和分子量决定, 海德能反渗透膜元件 对高价离子及复杂单价离子的脱除率可以超过99%,对单价离子如:钠离子、钾离子、氯离子的脱除率稍低,但也超过了98%;对分子量大于100的有机物脱除率也可达到 98%。 
2、产水量(水通量) 
产水量(水通量)――指反渗透系统的产能,即单位时间内透过膜水量,通常用吨/小时或加仑/天来表示。 
渗透流率――渗透流率也是表示反渗透膜元件产水量的重要指标。指单位膜面积上透过液的流率,通常用加仑每平方英尺每天(GFD)表示。过高的渗透流率将导致垂直于膜表面的水流速加快,加剧膜污染。 
3、回收率 
回收率--指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。膜系统的回收率在设计时就已经确定,是基于预设的进水水质而定的。回收率通常希望最大化以便提高经济效益,但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。 
回收率=(产水流量/进水流量)×100% 

EDI水处理
二、反渗透的影响因素 
反渗透 膜的水通量和脱盐率是反渗透过程中关键的运行参数,这两个参数将受到压力、温度、回收率、给水含盐量、给水PH值因素的影响。 
1、进水压力 
  进水压力本身并不会影响盐透过量,但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高,使得产水量加大,同时盐透过量几乎不变,增加的产水量稀释了透过膜的盐分,降低了透盐率,提高脱盐率。当进水压力超过一定值时,由于过高的回收率,加大了浓差极化,又会导致盐透过量增加,抵消了增加的产水量,使得脱盐率不再增加。  
2.、进水温度 
温度对反渗透的运行压力、脱盐率、压降影响最为明显。温度上升,渗透性能增加,在一定水通量下要求的净推动力减少,因此实际运行压力降低。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加,盐透过量增加,直接表现为产品水电导率升高。 
温度对反渗透各段的压降也有一定的影响,温度升高,水的粘度降低,压降减少,对于 反渗透 膜的通道由于污堵而使湍流程度增强的装置,粘度对压降的影响更为明显。 
反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感,随着水温的增加,水通量也线性的增加,进水水温每升高1℃,产水通量就增加2.5%~3.0%;其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降,这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。 
3、进水pH值 
各种膜组件都有一个允许的pH值范围,进水pH值对产水量几乎没有影响;但是即使在允许范围内, PH值 对脱盐率 也 有较大影响,一方面pH值对产品水的电导率也有一定的影响,这是因为反渗透膜本身大都带有一些活性基团,pH值可以影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移,pH值对进水中杂质的形态有直接影响,如对可离解的有机物,其截留率随pH值的降低而下降;另一方面由于水中溶解的CO2受pH值影响较大,pH值低时以气态CO 2 形式存在,容易透过反渗透膜,所以pH低时脱盐率也较低,随pH升高,气态CO 2 转化为HCO 3 - 和CO 3 2- 离子,脱盐率也逐渐上升,pH在7.5~8.5 之 间 时 ,脱盐率达到最高。 

  • 进水盐浓度
    渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数,含盐量越高渗透压也增加,进水压力不变的情况下,净压力将减小,产水量降低。透盐率正比于 反渗透 膜正反两侧盐浓度差,进水含盐量越高,浓度差也越大,透盐率上升,从而导致脱盐率下降。对同一系统来说,给水含盐量不同,其运行压力和产品水电导率也有差别,给水含盐量每增加l00ppm,进水压力需 增加 约 0 .007MPa,同时由于浓度的增加,产品水电导率也相应的增加。
    5、悬浮物  
    水中的悬浮物就是指在水滤过的同时,在过滤材料表面残留下的物质,以粒子成分为主体。悬浮物含量高会导致反渗透和纳滤系统很快发生严重堵塞,影响系统的产水量和产水水质。 
  • 回收率
    回收率对各段压降有很大的影响,在进水总流量保持一定的条件下,回收率增加,由于流经反渗透高压侧的浓水流量减少,总压降降低,回收率减少,总压降增大,实际运行表明,回收率即使变化很小,如1%,也会使总压差产生02MPa左右的变化。回收率对产品水电导率的影响取决于盐透过量和产品水量,一般说来,系统回收率增大,会增加浓水中的含盐量,并相应增加产品水的电导率。

 膜元件的安装与拆卸

安装结束前必需消除安装间隙,即使是合格的膜壳和膜元件也会有尺寸偏差,当系统运行时由于存在安装间隙,膜元件会在膜壳内来回滑动,撞击膜壳端板,从而导致故障。

    膜元件在安装时需要采用正确的安装方法,否则系统进入运行后会出现:系统污染迅速、电导率偏高、膜元件外壳破裂,膜元件端板破裂、系统产水量低、系统运行压力高、膜元件中心管破裂等一系列故障现象。
在安装时需要考虑以下内容:
    采用正确的安装方向:从膜壳的进水端往浓水端推进,反向安装膜元件会导致浓水密封环损坏;膜元件没有黑色密封圈的浓水端首先进入膜壳,膜元件有黑色密封圈的进水端后进入膜壳,如果反向可能导致系统运行时切向流速不够,浓差极化和污染速度增加;

    使用正确的润滑剂,推荐使用甘油(丙三醇)。严格禁止使用洗洁精、凡士林以及其它油类润滑剂,洗洁精属于阳离子表面活性剂会导致电负性的膜元件水量下降,其它油性润滑剂会导致膜元件中心管脆化损坏;

    安装结束前必需消除安装间隙,即使是合格的膜壳和膜元件也会有尺寸偏差,当系统运行时由于存在安装间隙,膜元件会在膜壳内来回滑动,撞击膜壳端板,从而导致故障。当进水侧膜壳端盖被锁定前,必需在膜壳与膜元件之间连接的适配器上安装垫片消除安装间隙。

延长反渗透膜使用寿命的方法反渗透设备试机完后,我们采用过两种方法保护膜。设备试机运行两天(15~24h),然后采用2%的甲醛溶液保养;或运行2~6h后,用1%的NaHSO3的水溶液进行保养(应排尽设备管路中的空气,保证设备不漏,关闭所有的进出口阀

1 防止膜性能的损坏

  新的反渗透膜元件通常浸润1%NaHSO3和18%的甘油水溶液后贮存在密封的塑料袋中。在塑料袋不破的情况下,贮存1年左右,也不会影响其寿命和性能。当塑料袋开口后,应尽快使用,以免因NaHSO3在空气中氧化,对元件产生不良影响。因此膜应尽量在使用前开封。

  反渗透设备试机完后,我们采用过两种方法保护膜。设备试机运行两天(15~24h),然后采用2%的甲醛溶液保养;或运行2~6h后,用1%的NaHSO3的水溶液进行保养(应排尽设备管路中的空气,保证设备不漏,关闭所有的进出口阀)。两种方法均可得到满意的效果。第一种方法成本高些,在闲置时间长时使用,第二种方法在闲置时间较短时使用。

2 反渗透设备的操作不当引起膜性能的损坏

2.1 反渗透设备中有残余气体在高压下运行,形成气锤会损坏膜

  常有两种情况发生:A、设备排空后,重新运行时,气体没有排尽就快速升压运行。应在2~4bar的压力下将余下的空气排尽后,再逐步升压运行。B、在预处理设备与高压泵之间的接头密封不好或漏水时(尤其是微滤器及其后的管路漏水)当预处理供水不很足时,如微滤发生堵塞,在密封不好的地方由于真空会吸进部分空气。应清洗或更换微滤器,保证管路不漏。总之,应在流量计中没有气泡的情况下逐步升压运行,运行中发现气泡应逐渐降压检查原因。

2.2 反渗透设备关机时的方法不正确

  A、关机时快速降压没有进行彻底冲洗。由于膜浓水侧的无机盐的浓度高于原水,易结垢而污染膜。B、用投加化学试剂的预处理水冲洗。因含化学试剂的水在设备停运期间可能引起膜污染。

  反渗透设备在准备关机时,应停止投加化学试剂,逐步降压至3bar左右用预处理好的水冲洗10min,直至浓缩水的TDS与原水的TDS很接近为止。

2.3 反渗透设备消毒和保养不力导致微生物的污染

  这是复合聚酰胺膜使用中普遍存在的问题,因为聚酰胺膜耐余氯性差,在使用中没有正确投加氯等消毒剂,加上用户对微生物的预防重视不够,容易导致微生物的污染。目前许多厂家生产的纯水微生物超标,就是消毒、保养不力造成的。

  主要表现为:出厂时,RO设备没有采用消毒液保养;设备安装好后没有对整个管路和预处理设备消毒;间断运行不采取消毒和保养措施;没有定期对预处理设备和反渗透设备消毒;保养液失效或浓度不够。

2.4 反渗透设备余氯监测不力

  如投加NaHSO3的泵失灵或药液失效,或活性炭饱和时因余氯损坏膜。

3 清洗不及时与清洗方法不正确导致的膜性能的损坏

  设备在使用过程中,除了性能的正常衰减外,由于污染而引起设备性能的衰减更为严重。通常的污染主要有化学垢,有机物及胶体污染,微生物污染等。不同的污染表现出的症状是不同的。不同的膜公司所提出的膜污染的症状也是有一定的差异。

 在工程中我们发现,污染时间的长短不一样,其症状也不一样。如:膜发生碳酸钙垢污染,污染时间为一个星期时,主要表现为脱盐率的迅速下降,压差缓慢增大,而产水量变化不明显,用柠檬酸清洗能完全恢复性能。污染时间为一年(某纯水机),盐通量由最初的2mg/L上升为37mg/L(原水为140mg/L~160mg/L),产水量由230L/h下降为50L/h,用柠檬酸清洗后,盐通量降为7mg/L,产水量上升至210L/h。

  再者污染往往不是单一的,其表现的症状也有一定的差别,使得污染的鉴别更困难。

  鉴别污染类型要综合原水水质,设计参数,污染指数,运行记录,设备性能变化及微生物指标等加以判断:

  (1)胶体污染:发生胶体污染时,通常伴随着以下两个特性:A、前处理中微滤器堵塞得很快,尤其是压差增大很快,B、SDI值通常在2.5以上。

  (2)微生物污染:发生微生物污染时,RO设备的透过水和浓缩水中的细菌总数都比较高,平时一定没有按要求进行保养和消毒。

  (3)钙垢:可依据原水水质及设计参数进行判断。对碳酸盐型水而言,如果回收率为75%时,设计时投加了阻垢剂,浓缩液的LSI应小于1;不投加阻垢剂时浓缩液的LSI应小于零,一般不会产生钙垢。

  (4)可用1/4英寸的PVC塑料管插入组件中测试组件不同部位的性能变化进行判断。

  (5)根据设备性能的变化判断污染的类型。

  (6)可用酸洗(如柠檬酸、稀HNO3),根据清洗的效果和清洗液判断钙垢,通过清洗液成分分析进一步证实。

  (7)对清洗液进行化学分析:取原水、清洗原液、清洗液,三个样分析。

  在确定了污染的类型后,可按表1中的方法清洗,然后消毒使用。在不能确定污染的类型时,通常采用清洗(3)+消毒+0.1%HCl(pH为3)的步骤清洗。作者采用清洗液(1)+清洗液(3)+消毒的步骤效果亦很好。

 

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