反渗透预处理及膜清洗

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1、反渗透预处理及膜污染一、反渗透概述反渗透(Reverse Osmosis, RO),又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离 出溶剂的膜分离操作。反渗透膜的膜孔径非常小，只允许体积小于0.1纳米的小分子物质通 过，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。现在越来越广泛地应 用于化工、环保、食品、医药、电子、电力、冶金、轻纺、海水淡化等领域，具有广阔的发 展前景。1、基本原理当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想 半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜 纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水 一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧 施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而 减慢，

2、当施加的压力达到某一数值时，水通 过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压 力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力 时，水的流向会逆着自然渗透的方向作反向 渗透。此时，盐水中的水将流入纯水侧，从 而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透 液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。2、反渗透分离机理对于反渗透分离机理的解释主要流行以下三种理论：(1) 溶解-扩散模型Lonsdale等人提出解释反渗透现象的溶解-扩散模型。他将反渗透的活性表面皮层看 作为致密无孔的膜，并假设溶质和溶剂都能溶于均质的非多孔膜表面层内，各自在浓度或 压力造成的化学势推动下扩散通过膜。溶解度的差异及溶质和溶剂在膜相中扩散性的差异 影

3、响着他们通过膜的能量大小。其具体过程分为：第一步，溶质和溶剂在膜的料液侧表面 外吸附和溶解；第二步，溶质和溶剂之间没有相互作用，他们在各自化学位差的推动下以 分子扩散方式通过反渗透膜的活性层；第三步，溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。在以上溶质和溶剂透过膜的过程中，一般假设第一步、第三步进行的很快，此时透过速率取决于第二步，即溶质和溶剂在化学位差的推动下以分子扩散方式通过膜。由于膜的 选择性，使气体混合物或液体混合物得以分离。而物质的渗透能力，不仅取决于扩散系数， 并且决定于其在膜中的溶解度。（2）优先吸附一毛细孔流理论当液体中溶有不同种类物质时，其表面张力将发生不同的变化。例如水中溶有醇、酸

4、、 醛、脂等有机物质，可使其表面张力减小，但溶入某些无机盐类，反而使其表面张力稍有 增加，这是因为溶质的分散是不均匀的，即溶质在溶液表面层中的浓度和溶液内部浓度不 同，这就是溶液的表面吸附现象。当水溶液与高分子多孔膜接触时，若膜的化学性质使膜 对溶质负吸附，对水是优先的正吸附，则在膜与溶液界面上将形成一层被膜吸附的一定厚 度的纯水层。它在外压作用下，将通过膜表面的毛细孔，从而可获取纯水。（3）氢键理论在醋酸纤维素中，由于氢键和范德华力的作用，膜中存在晶相区域和非晶相区域两部 分。大分子之间存在牢固结合并平行排列的为晶相区域，而大分子之间完全无序的为非晶 相区域，水和溶质不能进入晶相区域。在接近

5、醋酸纤维素分子的地方，水与醋酸纤维素羰 基上的氧原子会形成氢键并构成所谓的结合水。当醋酸纤维素吸附了第一层水分子后，会 引起水分子熵值的极大下降，形成类似于冰的结构。在非晶相区域较大的孔空间里，结合 水的占有率很低，在孔的中央存在普通结构的水，不能与醋酸纤维素膜形成氢键的离子或 分子则进入结合水，并以有序扩散方式迁移，通过不断的改变和醋酸纤维素形成氢键的位 置来通过膜。在压力作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点羰基上的氧原子形成氢 键，而原来水分子形成的氢键被断开，水分子解离出来并随之移到下一个活化点并形成新 的氢键，于是通过一连串的氢键形成与断开，使水分子离开膜表面的致密活性层而进入膜

6、 的多孔层。由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能够畅通流出膜外。除上述模型，许多学者还提出不少另外的模型。如非平衡热力学模型、空间电荷模型、 固定电荷模型、静电电阻模型等。3、反渗透膜过滤方式反渗透有两种过滤方式，全程过滤和错流过滤。为了减少浓差极化现象，提高透水速率， 在工程应用中一般采用错流过滤操作方式。（1）全程过滤 全程过滤指在膜两侧的压力差的趋动下，溶质和溶剂垂直于分离膜方向运 动，溶质被膜截留，溶剂通过膜而被分离。全程过滤也叫死端过滤，在过滤过程中主体料液 与透过液运动方向相同，随着操作时间的增加，膜污染会越来越严重，过滤阻力越来越大， 膜的渗透速率将下降，必须周期性地停下来清洗

7、膜表面或者更换膜，所以全程过滤是间歇性 的。图1为全程过滤示意图。（2）错流过滤 错流过滤指主体料液与膜表面相切而流动，料液中的溶质被膜截留，透过 液垂直于膜面而通过膜流出，因此错流过滤也被称为切向流过滤。在错流过滤过程中，料液 流经膜表面时产生的剪切力会把膜面上滞留的颗粒带走，使污染层保持在一个较薄的水平 上，能有效的控制浓差极化和滤饼堆积，所以长时间操作仍可保持较高的膜通量。图2为错 流过滤示意图。料液| 料液 一A 截留物t一i透过液图1全程过滤示意图图2错流过滤示意图4、膜的分离性能参数(1) 截流率:截流率表示混合物体系分离的难易程度。截流率有表观截流率和本征截流率之 分，表达式如下

8、：表观截流率：R=1-CP/Cb本征截流率:R，=1-CP/Cm式中Cb：溶质在膜的料液侧的主体溶液中的浓度；Cm：溶质在料液侧的膜表面上的浓度；CP:溶质在渗透产物侧的浓度。(2) 膜通量:膜通量是指单位时间内单位膜面积上通过的物质的量。膜通量表达式:J=V/St式中J:膜通量；V:透过液的体积;S:膜的有效面积;t运行时间。5、反渗透系统完整的反渗透处理系统一般由预处理部分、膜处理部分和后处理部分组成。膜装置本身 包括膜元件、以一定方式排列的含膜元件的压力外壳、给膜压力外壳供水的高压泵、管道、 仪表、装置支架和阀门等，还应包括设置就地清洗系统。目前反渗透系统淡化苦咸水的一般工艺流程如下：化

9、学药品V原水 预处理单元 反渗透单元 后处理单元 一 出水6、反渗透优点反渗透方法可以从水中除去90%以上的溶解性盐类和99%以上的胶体微生物及有机物 等。与其它水处理方法相比具有以下优点:无相态变化、常温操作、设备简单、效益高、占 地少、操作方便、能量消耗少，适应范围广、自动化程度高和出水质量好等。尤其以风能、 太阳能作动力的反渗透净化苦咸水装置，是解决无电和常规能源短缺地区人们的生活用水问 题的经济、可靠途径。二、预处理系统在进行反渗透系统设计之前，必须有原水水质的全面分析。为了保证反渗透膜的正常运 行，原水必须经过完善的预处理。（一）反渗透预处理的必要性合适的预处理对反渗透装置长期安全运

10、行是十分重要的。有了满足反渗透进水水质要求 的预处理，就可以确保：产品水流量维持稳定；脱盐率维持在某一值上的时间较长；产品回 收率保持不变等。可以防止悬浮杂质、微生物、胶体物质等附着在膜表面上或污堵膜元件水 流通道；可以防止膜表面上一些难溶盐如CaCO3、CaSO4等沉积引起结垢；确保膜免受机械或 化学损伤，以使膜有良好的性能和足够长的使用寿命。（二）预处理系统的目的预处理的目的就是去除给水中会对反渗透膜产生污染或导致劣化的物质。一旦预处理系 统不能发挥作用，有污染物进入反渗透系统，这些物质可能会在膜表面堆积，若给水中含有 微生物，它的繁殖会导致更严重的后果。预处理系统的目的不外乎以下几点：（

11、1）保证SDI最大不超过5.0，争取低于3.0；15（2）保证浊度低于1.0NTU，争取小于0.2NTU；（3）保证没有余氯或类似氧化物，如臭氧等；（4）保证没有其它可能导致膜污染或劣化的化学物质。（三）预处理一般原则预处理工艺的选定依赖于进水水质，膜工艺以及所要求的处理后水质。而进水水质是我 们选择预处理工艺的最重要的因素。1、一般水质分析项目进水水质分析主要包含以下项目：PH值、碱度、SO42-、CI-、NO3-、F-、H2S、PO43-、SiO2、 硬度、Fe,Mn、Na+、Ba+、Sr2+、AL+、Cu2+、Zn2+、Ca2+、Mg2+、K+、游离性余氯以及 CO2等。2、水源综合分析

12、项目SDI值（Silt Density Index）SDI也称为淤泥密度指数（fouling index），是表征反渗透系统进水水质的重要指标。 该指标是表示R/O膜系统在依据此给水条件下运行发生污染可能性的一种尺度:SDI数值表征 了在规定时间内，孔径为0.45|J m测试膜片被溶在被测试给水中的淤泥、胶体、黏土、硅胶体、 铁的氧化物、腐植质等污染物堵塞的比率和污染程度oSDI的具体标准检验法在美国ASTMTEST （D189-82）的文件中有所叙述，具体测试过程如下：首先应充分排除过滤池中的空气压力，使给水以30PSI的恒定压力通过直径为47mm、 孔径为0.45|J m的测试滤膜后开始测

13、定：首先测定开始通过滤膜的500（250）毫升水所需要的 时间T0 ；在使水连续通过滤膜15分钟（T）后，再次测得通过滤膜的500（250）毫升水所需要的时间T1 ；在取得以上3个时间数据之后，由此可以计算出该水源的SDI值：即：SDI=1-T0/T1 - 100/T在实际工程中，当二为孔的四倍时，SDI为5；在SDI为6.7时，水会完全堵塞测试膜，而 无法取得时间数据T1，在这种情况下需要对反渗透预处理系统进行调整，使其SDI指标降至 5.0以下。SDI数值测试方法的局限性在于该测试方法与反渗透膜系统的运行方式有所不同:因为 在测定SDI时，给水中的所有污染物均被测试滤膜过滤；而反渗透系统在

14、运行时，膜表面则 有相当部分的污染物沿着膜表面被RO浓水一道流走。但是，经过大量的工程实践证明，以该 种测试方法而得到的SDI值还是能说明反渗透系统给水的污染程度：一般说来，在RO系统给 水SDI值低于3时，对膜系统的污染不重，设备运行基本不会出现膜系统的过快污染；当SDI 大于5时，则说明在反渗透系统运行时可能会引起较重的膜污染。有机物、生物污染物的综合监测有机污染物、微生物和细菌普遍存在于地表水和废水之中。反渗透系统在处理该类水源 时，水中尚存的有机物在膜分离过程中非常容易被吸附在膜表面上，但是我们在设计及对原 水取样分析时想得到准确的分析结果却十分不易。一般情况下在设计使用该类水源的反渗

15、透 系统时，对有机物的全面分析只能从总有机碳含量（TOC），生物化学耗氧量（BOD）和化学 耗氧量（COD）几方面对水源进行鉴定。工程实践证明：一般说来当原水TOC含量在2毫克/ 升以上时就应引起足够的重视；在TOC含量高于3毫克/升时就应该对存在于原水中的有机物 进行细致的分析才好：这是因为水中有的有机物不仅会污染R/O膜，而且长期附在膜面上还 会引起R/O膜的超薄屏障层的化学降解，进而引起膜性能的退化和降低。但是，在有的水源 下，虽然水中有机物含量很高，但是实践证明其对膜材料却无丝毫损害，所以工程设计时在 对特殊水源的有机物分析十分重要。原水的生物含量检测也是十分重要的，必须引起足够的 重

16、视，这是因为微生物在进入R/O系统后，虽然不会吞噬膜材料，但是其在膜元件表面及内 部寻找到形成生物膜的理想环境，以致于对膜元件形成生物污堵。由此而引起的生物污堵严 重并增大到一定程度时，甚至会导致反渗透膜系统中的膜元件发生“望远镜现象”，造成膜 元件的机械损坏。氧化还原电位ORP氧化还原电位ORP是表征水体中氧化性物质和还原性物质多少的一种参数。当氧化还原 电位呈正值时表示水体中含氧化性物质，当氧化还原电位呈负值时表示水体中含还原性物 质。水体中的氧化物质通常是游离性氯、臭氧等，聚酰胺复合膜的耐氯性都比较差，VONTRON 系列膜元件要求的进水游离性氯含量不超过0.1ppm，所以反渗透进水的氧

17、化还原电位较低， 必须采用活性炭过滤器或投加还原剂的方法去除水体中的氧化性物质。自然界的水体氧化还原电位通常为负值，这是因为这些水中含佃贷、SO：+、Fe2+等。 反渗透系统对H2S和Fe2+也很敏感，因为这两种物质可能会在系统内部造成胶体污染和微生物 污染，可以采用活性炭吸附、絮凝过滤、离子交换等方法在系统预处理中去除。表1概括了不同指标的进水要求。表1反渗透进水的水质允许值检查表导政膛河染的指标薜律方法悬浮物警浊度：1 NTU过滤，驱溢沉淀，微渡.超涯SDI-.5.0N；A 100 i /ml过泌，舞我沉淀微滤.超注微生物1 r.-ml杀菌，微澹，超滤金属氧化物对,Fe3 50 pg：L化

18、+沉淀或过他就Mn 60 pg：L曲用分芯剂结垢物质CaDOsISKU回收率,pH值.如垢制CaSOd230%BuSOqf a DOO %1垢刑SrSO4 300原刑CaF2米水愧液座 1.7 mgjL邑枚本C3?(P0q；揪水删愀度不能超过溶懈度回权率SiCh 100 吨有机物0气浮、眼电TOG 10rngl_活性毒过，,吸咐脂COD、lOing/L活性炭、过蝇吸附树脂BGD、:5 mg/L活性炭、过滤.吸附-脂弓化的惜标允许值去除方法pH值3-10拍入醪或谀调节泪度5-45 t?戒化剂余氯 0.1 mg/L碱t活性炭吸0其他0衰同活性制选择阳离子两性表时性剂时新网酒精0t会结垢当原水中的含

19、盐量过高时，LSI就不适用了，这时需要用Stiff&Davis指数（SDSI）进 行评价。SDSI=pH-pCa-pAlk-K (TDS4000mg/L)式中：pCa钙浓度的负对数值；pAIk碱度的负对数值；K一系数，和水温和离子强度互有关。(3) 阻垢剂当通过计算或者软件模拟发现反渗透浓水的LSI或SDSI指数大于0时、或其他难溶盐 超过其溶度积时，为了防止无机盐结垢，可以在原水中加入阻垢剂。A、碳酸钙结垢碳酸钙结垢可以用LSI (当TDSV4000mg/L时)或SDSI (当TDS4000mg/L时)进行估 算。下表给出了不同LSI或SDSI值所对应的处理方法。LSI 或 SDSI对应办法

20、-0.2可以不添加阻垢剂一 0.2- 0.5添加六聚磷酸钠(SHMP)+ 0.5- 1.8添加有机系阻垢剂+1.8加酸调整小于+1.8后再添加阻垢剂阻垢剂的添加量SHMP:浓水中的SHMP的浓度一般控制在2040mg/L,根据回收率调节添加浓度，在 反渗透系统的进水处注入。有机系阻垢剂：根据阻垢剂制造厂的计算软件决定加入量。B、其他无机盐结垢除碳酸盐以外，很多其他无机盐同样具有较低的饱和溶解度。在反渗透系统中经常遇到 的有：硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、一些磷酸盐以及部分金属的氢氧化物，甚至还有硅。这些 物质需要有针对性采用不同的专用阻垢剂。(4) 水的软化含有钙、镁等硬度成分的水作为锅炉或者冷却水

21、使用时，硬度成分会在传热面或管线内 侧沉淀。可以采用絮凝、沉淀、过滤、化学软化或者离子交换等方法对水进行软化。石灰软化法是通过添加氢氧化钙而起到降低硬度的目的，非碳酸硬度通过添加碳酸钠可 以起到降低的作用。石灰软化工艺还可以降低硅的浓度。添加铝酸或者二氯化铁，在沉淀物 中会含有碳酸钙、硅酸、氧化铝和铁的混合物。采用60 - 70r的高温石灰脱硅酸工艺，加 入石灰和氧化镁，可以把硅酸浓度降低到1mg/L以下。而且通过石灰软化处理还可以明显的 降低钡、锶以及部分有机物。2、胶体污染的防治胶体是具有1nm到1m粒径，像粘土一样很难自然沉降的微粒子。在水中通常带负电。 因此胶体粒子间由于静电斥力的作用

22、，不会发生聚合。(1)絮凝絮凝是加入絮凝剂中和胶体粒子表面的电荷，使得胶体粒子间的排斥力变弱，最终导 致微粒子之间变的更容易聚集。絮凝通过以下三个方式起作用：（1）胶体间的引力和反作 用力；（2）粒子和粒子的接触、冲撞；（3）化学作用（金属氢氧化物的溶解度）。多数常 用絮凝剂与水中的碱成分反应易生成金属氢氧化物，如果加入絮凝剂的量过多，会导致生成 的氢氧化物析出并对膜元件造成污染。影响絮凝的因素，除了絮凝剂的注入量以外，还有pH值、搅拌条件、共存离子以及水 温等。在实际设计中，必须预先对这些絮凝条件进行预测。（2）介质过滤介质过滤可以有效的去除反渗透给水中的悬浮物，降低浊度和SDI值。仅靠絮凝

23、、砂滤 无法把原水中的粒子有效捕捉时，还可以配合使用絮凝沉淀和气浮组合。但是，添加过滤辅 助药剂或者絮凝剂，有可能会导致反渗透膜污染。因此需要做小型烧杯实验，以确认药剂的 添加是否对反渗透系统有影响。在选择滤速时，依据原水水质的不同可以有所变化。通常对于地下水水源，由于水中的 胶体、悬浮物含量较少，可以选择较高的滤速；对于污染较严重的地表水，滤速的设定一定 不能太高，以免对反渗透系统造成严重污染。（3）活性炭活性炭是一种多孔、疏水性的吸附剂，可以用来吸附溶解性有机物以及游离氯和臭氧等 氧化剂，用活性炭作为反渗透膜系统的预处理已经被广泛使用。通常被采用的活性炭有两种 类型：颗粒活性炭（GAC）和

24、粉末活性炭（PAC）。（4）微滤和超滤微滤（MF）和超滤（UF）是近几年才大规模应用的反渗透和纳滤预处理工艺。同絮凝、 沉淀以及砂滤比较，其过滤的水质稳定、设备管理比较简单，也不会产生过滤残渣或絮凝污 泥等废弃物。作为预处理，微滤和超滤膜的使用可以完全去除不溶解的物质，降低颗粒物的污染风险， 使得反渗透的设计水通量可以适当增加约10-20%。但是微滤和超滤也不能包治百病，并非 采用了微滤和超滤就可以排除一切对反渗透和纳滤产生污染的物质。这一方面是由于微滤以 及用于反渗透预处理的超滤膜都属于筛分过滤，过滤孔径大约在0.02 - 0.05微米之间，虽 然大部分不溶解的物质都会被截留，但是很多溶解在

25、水中的有机物同样会对反渗透系统产生 污染，而这恰恰是微滤和超滤预处理不能解决的。另一方面，微滤和超滤预处理系统经常要 伴随着药剂的加入，例如：絮凝剂、阻凝剂、氧化剂、酸和碱等，这些化学物质有可能在微 滤和超滤的产水中存留，进而导致反渗透膜的污染和劣化。其中尤其要注意的是絮凝剂和氧 化剂，从目前大量的双膜法（MF/UF+RO）案例来看，大多数微滤和超滤系统会在线投加絮凝 剂，种类以铁盐和铝盐为主，这是为了在原水中造成微絮凝以提高微滤和超滤的产水水质， 部分絮凝剂未能充分反应并透过微滤和超滤膜进入产水侧，由于在产水水箱中有一定的停留 时间，导致这些透过的絮凝剂发生二次絮凝，这对反渗透膜会造成严重的

26、污染。氧化剂的投 加主要是为了杀灭水中的微生物，在微滤和超滤的反洗步骤中也经常使用，但是残留的氧化 剂如果没有充分的还原，就会造成反渗透膜的氧化，导致不可恢复的破坏。因此，在选择微 滤和超滤作为预处理时，一定要严格控制药剂的投加量、严格按照微滤和超滤制造商提供的 设计参数设计，虽然微滤和超滤系统自动化程度高、运行操作简单，但也同样要做好维护工 作，确保系统稳定的运行。（5）保安过滤器通过预处理的水在进入反渗透系统之前通常会设置5以m左右的保安过滤器，能够把水 中残余的颗粒和不利于反渗透膜的因素降到最低，防止管路和中间水箱带入污染物。需要注 意的是保安过滤器可能会成为微生物污染的发生源，保安过滤

27、器同样需要定期清洗和杀菌。（6）除铁和除锰在有的井水中含有还原态的Fe2+和 Mn2+。这种水在氧化后或者当水中的氢氧根超过5mg/L 时，Fe2+会转变为Fe3+，生成胶体的氢氧化物。铁比锰更容易造成反渗透膜的污染。用反渗透系统来处理这样的水时，重要的是不要接 触空气。在进入反渗透装置前对原水进行氧化，然后使用过滤器脱除，也可以防止铁和锰带 来的污染。3、生物污染的防治（1）微生物污染的特征反渗透系统给水中的微生物会在膜表面沉降、凝结形成一层生物膜。一般来说生物膜的 厚度若超过了一定的界度就会形成生物污染。使得原水侧的通路阻力增大，原水和浓缩水之 间的压力差增加。同时，由于微生物膜阻挡，系统

28、运行的有效压力也会减少，从而导致系统 脱盐率的下降。（2）杀菌消毒 药品杀菌A氯消毒 用氯消毒的方式能确实的起到效果，在处理上也很容易实现，对效果的确认可 以用余氯残留量或者浓度测定。因为易于管理而被广泛运用。但氯会和黑腐质等溶解性有机 物发生反应，产生三卤代烷烃（THM）等对人体有害的副产物，目前已经有了许多替代氯的 消毒剂被采用了。B二氧化氯消毒二氧化氯作为消毒剂使用越来越广泛，由于其物理、化学性质上的不稳 定性使其无法贮藏，因此都在现场通过反应生成C1O2并直接使用，反应大都遵循以下方程 式。2NaC1O +H O +H SO 2C1O +O +Na SO +2H O 32 224222

29、42通常ClO2的注入量约在0.6 - 2.0mg/L以下。和氯的使用相比，ClO2的消毒效果是氯的 1/10-1/2 左右。C氯氨消毒 氯氨在市场上没有单独销售，一般采用在原水中同时注入氨氮和氯，在某些 氨氮含量较高的水体中可以直注入氯，生成氯氨。用氯氨消毒时，不会生成过多的类似于 THM的有害物质，比较安全。D臭氧消毒 被臭氧处理过的水，如果含有漠化物则会生成次漠酸根离子（BrO-），进而生 成漠酸离子根（BrO）。BrO被确认有致癌性，为回避风险不推荐使用臭氧杀菌。 紫外线杀菌和使用氯等的药剂杀菌不同，采用紫外线杀菌完全没有药剂残留，也没有副产物的生成。 消毒效果会依据作用对象的不同而不

30、同。采用UV253.7在1-21mJ/cm2的照射剂量下可以进行 细菌消毒（90%不活化）。4、有机污染的防治芳香族聚酰胺反渗透复合膜是含有苯环的有机物，通常显负电性。带正电荷的有机物即 使在低浓度时，也会吸附在膜的表面造成水通量的激剧下降。有机物污染的特征一般用肉眼 很难判断。用高感度的傅立叶红外光谱（FT-IR）分析难以判断时，可以采用Zeta电位测 试法帮助判断膜表面吸附情况。表面活性剂中的非离子型和两性的物质对膜性能的影响也非 常严重。通常的药剂清洗很难使膜性能恢复。平常使用的家用洗洁剂因含有表面活性剂，在 装填膜元件时禁止作为润滑剂使用。5、膜劣化的防止膜的劣化，主要是受物理或化学作

31、用发生不可逆的细微构造或分子构造变化，导致膜性 能下降的现象。（1）物理劣化已知物理劣化的显著事例是从水泵发出的超声波会造成膜破损（脱盐率下降），超过允 许的压力或超过上限温度（45r）的运行，也都会造成膜劣化导致水通量下降。（2）化学劣化化学劣化就是指反渗透膜受氧化剂影响，芳香聚酰胺的聚合链被切断，或者因过量酸、 碱等药剂清洗，导致膜分离性能的衰减。醋酸纤维素反渗透膜会受到来自细菌分解影响导致 高分子聚合链断裂，进而导致脱盐率下降。三、反渗透膜清洗（一）反渗透膜与膜组件反渗透分离技术的核心是膜本身，不同的膜出于所用的材料、制备工艺和后处理等方面 的不同，在结构上则各有差异。这主要有均相和异相

32、、对称和不对称，致密和多孔，复合和 一体之别。膜本身包括表层或超薄致密层，过渡层和支撑下层等以及它们的厚度、孔径及其 分布、孔的形状和孔隙率等。不同结构的膜，其性能也各异。广泛应用的反渗透膜多为不对 称膜和复合膜。一般情况下，反渗透膜的选择主要依赖于两个主要因素:给水的盐度和所要求的复水率。 根据不同的水源、对水质的要求、成水的最终要求、去除某物质的侧重点的要求的不同以及 通水量和操作的压力等不同，膜产品的型号和指标分很多种。任何一个膜分离过程，不仅需要具有优良分离特性的膜，还需要结构合理、性能稳定的 膜分离装置。膜组件是膜分离装置的核心，它是将膜、支撑膜的支撑体和间隔物或管式外壳 等通过一定

33、的勃合或组装构成的一个单元，在外界压力的作用下实现对溶质和溶剂的分离。目前工业上常用的反渗透膜组件主要有卷式、中空纤维式、毛细管式、管式和板框式等。 一般情况认为板框式和管式组件处理量较小，尤其适用于高粘度、含大量悬浮杂质的对象。 处理量大时，应使用中空纤维和卷式。为了使反渗透装置达到给定的回收率，必须将装置内的组件合理排列。组件的排列方式 有一级或多级（一般为二级），具体可分为一级一段（图3 一 1）:这种方式水的利用率较低， 一般用于海水淡化。一级二段（图3 一 2）:这种方式可以得到很高的水回收率，浓水排放 量少，能够充分利用水源。二级一段（图3 一 3）。这种方式是将第一级产水作为下一

34、级的 进水进行反渗透分离，而浓水返回前一级。这种方式即提高了水的回收率又提高了产水水质。它适用于海水淡化和沙漠高盐度苦咸水淡化。（二）反渗透膜污染与清洗:段七.在正常运行一段时间后，反渗透膜元件会受到给水中可能存在的悬浮物或难溶盐的污 染，这些污染中最常见的是碳酸钙沉淀、硫酸钙沉淀、金属（铁、锰、铜、镍、铝等氧化物 沉淀、硅沉积物、无机或有机沉积混合物、NOM天然有机物质、合成有机物（如：阻垢剂/分 散剂，阳离子聚合电解质）、微生物（藻类、霉菌、真菌）等污染。污染性质和污染速度取决于各种因素，如给水水质和系统回收率。通常污染是渐进发展 的，如不尽早控制，污染将会在相对较短的时间内损坏膜元件。当

35、膜元件确证已被污染，或 是在长期停机之前，或是作为定期日常维护，建议对膜元件进行清洗。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: 在正常给水压力下，产水量较正常值下降1015%； 为维持正常的产水量，经温度校正后的给水压力增加1015%； 产水水质降低1015%，透盐率增加1015%； 给水压力增加1015%； 系统各段之间压差明显增加。清洗频度与系统预处理程度有直接的关系，当SDI153时，清洗频度可能为每年4次； 当SDI15在5左右时，清洗频度可能要加倍。但清洗频度取决于每一个项目现场的实际情况。1、清洗液的选择高效的清洗配方是确保清洗质量的关键。目前，反渗透膜的

36、清洗配方一般都是膜生产商 提供的，按性能一般分为酸洗、碱洗、盐洗和氧化清洗4大类。其配方具有保守性和关健技 术的保密性，且有不同地区，不同水质的差异性，不同单位使用后的清洗效果相差很大。所 以，应根据理论分析和现场试验来选择了有效的配方。选择合适的药剂进行清洗，首先需要确定污染物的成分，然后根据污染物的性质来选择 合理的清洗药剂。有时针对某种特殊的污染物或污染状况，要使用RO药剂制造商的专用化 学清洗药剂。常规清洗液介绍：溶液1： 2.0%(W)柠檬酸(C6H8O7)的低pH(pH值为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

37、、铝等) 及无机胶体十分有效。溶液 2： 2.0(W)%STPP(三聚磷酸钠 Na5P3O10)和 0.8%(W)的 Na-EDTA 混合的高 pH(pH 值 为10)洗液。它专用于去除硫酸钙垢和轻微至中等程度的天然有机污染物。STPP具有无机 螯合剂和洗涤剂的功用。Na-EDTA是一个具有螯合性的有机螯合清洗剂，可有效去除二价 和三价阳离子和金属离子。STPP和Na-EDTA均为粉末状。溶液 3： 2.0(W)%STPP(三聚磷酸钠 NaPO )和 0.25%(W)的 Na-DDBSC H (CH ) -SO Na，5 3 106 52 123十二烷基苯磺酸钠混合的pH值为10的高pH洗液。

38、该洗液用于去除较重度的天然有机物 (NOM)污染。STPP具有无机螯合剂和洗涤剂的功用，Na-DDBS则作为阴离子洗涤剂。溶液4： 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、锰、铜、镍、铝等)，及无机 胶体。这种清洗液比溶液1要强烈些，因为盐酸(HCl)是强酸。盐酸的下述浓度值是有效的： (18 波美=27.9%，20 波美=31.4%，22 波美=36.0%)。溶液5： 1.0%(W)亚硫酸氢钠(Na2S2O4)高pH清洗液(pH为11.5)。它用于去除金属氧化 物和氢氧化物，且可一定程度的扩展

39、至去除硫酸钙、硫酸钡和硫酸锶垢。亚硫酸氢钠是强 还原剂，也被称为连二亚硫酸氢钠。亚硫酸氢钠为粉末状。溶液6： 0.1%氢氧化钠和0.03%（W）SDS （十二烷基磺酸钠）高pH混合液（pH为11.5）。 它用于去除天然有机污染物、无机/有机胶体混合污染物和微生物（菌素、藻类、霉菌、真 菌）污染。SDS是会产生一些泡沫的阴离子表面活性剂型的洗涤剂。溶液7： 0.1%（W）氢氧化钠高pH清洗液（pH为11.5）。用于去除聚合硅垢。这一洗液 是一种较为强烈的碱性清洗液。2、清洗工艺对清洗效果的影响清洗配方确定后，清洗工艺和操作是确保清洗质量的有效保证。（1）顺流清洗和逆流清洗比较顺流清洗就是清洗剂流

40、向与运行时水流方向一致的清洗方式。逆流清洗是清洗液与运行时水 流方向相反的清洗方式。顺洗是普遍采用的清洗工艺，它对胶体污堵、结垢污堵的清洗效果 较好。这2种物质易化学溶解，且结垢主要在二段，所以脱落溶解后易随水流冲出。（2）分段清洗与混合清洗效果比较试验当清洗多段反渗透装置时，最有效的清洗方法分段清洗，这样可控制最佳清洗流速和清 洗液浓度，且各段应配制新药剂，其目的是预防交叉污染。混合清洗，即用同一箱药对一、 二段进行动静交替，串联清洗。（3）动态清洗与动静交替清洗的比较动态清洗就是一直以流动状态清洗到结束。动静交替清洗就是流动状态时将温度、PH 值等调好后再静态浸泡一段时间的清洗方式。试验说

41、明，动静交替清洗效果比单一动态清洗 效果好。这是因为单一动态清洗冲刷、剥落下的污物被冲压到格栅的边角处成为死角，分散、 溶解的时间增长。至静态浸泡时，压实的污物又还散到药液中，反应溶解加快。3、清洗技术参数控制对清洗质量的影响（1）清洗温度、pH值对清洗效果的试验清洗温度和pH值直接影响膜的化学稳定性和清洗效果。温度升高，有利于化学反应加 快，提高清洗质量，但也增加了膜的溶解性，温度低则效果差。对于芳香族聚酰胺膜，温度 宜控制在3540C内，对膜无影响，效果大有提高。pH值高有利于有机物、微生物的清洗， pH值低有利于垢和金属氧化物的清洗。（2）清洗流量、压差与清洗效果的关系清洗的原则应是低压

42、差，大通量的清洗方式，单个膜的平均压降应控制在0.06MPa以内。 清洗流量小容易发生偏流，有死角，流量大易损坏膜。试验证明，清洗流量是运行流量的 1.01.2倍最合适。在药剂的作用下，这个流速就能保证在正常运行时粘附在膜表面、网 络中的污染物充分接触药剂反应溶解分散后冲刷出去，若没有死角和偏流现象，清洗效果会 更好。4、RO膜元件的清洁和冲洗注意事项RO膜元件可置于压力容器中，在高流速的情况下，用循环的清洁水（RO产品水或不含游 离氯的洁净水）流过膜元件的方式进行清洗。RO的清洗程序完全取决于具体情况，必要时更 换用于循环的清洁水。在60psi（4bar）或更低压力条件下进行低压冲洗，即从清

43、洗罐中（或相当的水源）向压力 容器中泵入清洁水然后排放掉，运行几分钟。冲洗水必须是洁净的、去除硬度、不含过渡金 属和余氯的RO产品水或去离子水。在清洗罐中配制特定的清洗溶液。配制用水必须是去除硬度、不含过渡金属和余氯的 RO产品水或去离子水。温度和pH应调到所要求的值。启动清洗泵将清洗液泵入膜组件内，循环清洗约一小时或是要求的时间（咨询供应商技 术人员）。在起始阶段，清洗液返回至RO清洗罐之前，将最初的的回流液排放掉，以免系 统内滞留的水对清洗溶液造成稀释。在最初的5分钟内，慢慢地将流速调节到最大设计流速 的1/3。这可以减少由污物的大量沉积而造成的潜在污堵。在第二个5分钟内，增加流速至 最大

44、设计流速的2/3,然后，再增加流速至设计的最大流速值。如果需要，当pH的变化大 于1，就要重新调回到原数值。根据需要，可交替采用循环清洗和浸泡程序。浸泡时间建议选择1至8小时。要谨慎地 保持合适的温度和pH。化学清洗结束之后，要用清洁水（去除硬度、不含金属离子如铁和氯的RO产品水或去离 子水）进行低压冲洗，从清洗装置/部件中去除化学药剂的残留部分，排放并冲洗清洗罐，然 后再用清洁水完全注满清洗罐以作冲洗之用。从清洗罐中泵入所有的冲洗水冲洗压力容器至 排放。如果需要，可进行第二次清洗。一旦RO系统已用贮水罐中的清洁水完全冲洗后，就可用预处理给水进行最终的低压冲 洗。给水压力应低于60psi（4b

45、ar），最终冲洗持续进行直至冲洗水干净，且不含任何泡沫和 清洗剂残余物。通常这需要1560分钟。操作人员可用干净的烧瓶取样，摇匀，监测排放 口处冲洗水中洗涤剂和泡沫的残留情况。洗液的去除情况可用测试电导的方法进行，如冲洗 水至排放出水的电导在给水电导的1020%以内，可认为冲洗已接近终点；pH表也可用于测 定，来比较冲洗水至排放出水与给水的pH值是否接近。一旦所有级段已清洗干净，且化学药剂也已冲洗掉，RO可重新开始置于运行程序中， 但初始的产品水要进行排放并监测，直至RO产水可满足工艺要求（电导、pH值等）。为得到 稳定的RO产水水质，这一段恢复时间有时需要从几小时到几天，尤其是在经过高pH清

46、洗后。5、清洗过程（1） 一级反渗透膜的清洗关闭一级反渗透装置进水阀，开启进药清洗阀、一级反渗透清洗液进液阀和药洗回流阀， 关闭一级浓水排放阀和一级纯水排放阀，开启一级浓水清洗液排放阀和一级纯水清洗液排放 阀，开启电控箱上“清洗泵启动”按钮，清洗泵运行的指示灯亮，将最初变色的化学清洗溶 液排入下水道后，将药洗回流阀关闭，将干净的化学清洗溶液循环至清洗箱，开始对一级反渗透装置进行清洗。循环40分钟后，关闭电控箱上“清洗泵启动”按钮，关闭进药清洗阀 和药液回流阀，浸泡2小时后，再启动清洗泵1小时，阀门的开启和关闭形式同第一次清洗， 再停止，清洗阶段结束。（2）一级反渗透膜的冲洗开启一级反渗透的进水

47、阀30 （一小部分）、一级纯水清洗液排放阀、一级浓水排放阀、 一级浓水清洗液排放阀和药洗回流阀，关闭进药清洗阀和一级反渗透清洗液进液阀，启动制 水系统，开启“一级RO启动”，逐渐加大一级反渗透的进水流量，30分钟后调整一级浓水 流量、一级纯水流量为正常水量，电导率合格后，各阀门同制水状态，开始进入正常产水程 序。（3）二级反渗透膜的清洗关闭二级反渗透装置进水调节阀，开启进药清洗阀、二级反渗透清洗液进液阀和药洗回 流阀，关闭二级浓水排放阀和二级淡水排放阀，开启二级浓水清洗液排放阀和二级淡水清洗 液排放阀，开启电控箱上“清洗泵启动”按钮，清洗泵运行的指示灯亮，将最初变色的化学 清洗溶液排入下水道后

48、，将药洗回流阀关闭，将干净的化学清洗溶液循环至清洗箱，开始对 二级反渗透装置进行清洗。循环40分钟后，关闭电控箱上“清洗泵启动”按钮。关闭进药 清洗阀和药液回流阀。浸泡2小时后，再启动清洗泵1小时，阀门的开启和关闭形式同第一 次清洗，再停止，清洗阶段结束。（4）二级反渗透膜的冲洗开启二级反渗透的进水调节阀、二级纯水清洗液排放阀、二级浓水排放阀、二级浓水清 洗液排放阀、二级纯水清洗液排放阀和药洗回流阀，关闭进药清洗阀和二级反渗透清洗液进 液阀，启动制水系统，开启“一级RO启动”和“二级RO启动”，逐渐加大二级反渗透的进 水流量，30分钟后调整二级浓水流量、二级纯水流量为正常水量，电导率合格后，各阀门 同制水状态，开始进入正常产水程序。