第４２卷第８期 聚氯乙烯 Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．８ Ａｕｇ．，２０１４ ２０１４年８月 反渗透系统膜污染现状及解决方法 莘仲明’，郭凌云 （湖州欧美新材料有限公司，浙江湖州３１３０００） ［关键词】反渗透；膜；污染；膜处理化学品 ［摘要】分析了反渗透系统膜污染的现状：①有机物、胶体及颗粒的污染，②系统结垢的污染，③细菌和微生 ［文献标志码］Ｂ ［文章编号］１００９—７９３７（２０１４）０８—００４０—０４ 物的污染。提出了各种解决方法，例举了反渗透系统膜污染处理的实际应用案例。 ［中图分类号】ＴＱ３２５．３ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｏｆ ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＳＨＥＮ Ｚｈｏｎｇｍｉｎｇ，ＧＵＯ Ｌｉｎｇｙｕｎ （Ｈｕｚｈｏｕ Ｏｃｈｅｍａｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｕｚｈｏｕ ３ １ ３０００，Ｃｈｉｎａ） Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ；ｍｅｍｂｒａｎｅ；ｐｏＨｕｆｉｏｎ；ｍｅｍｂｒａｎｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｏＵｕｆｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｏｆ ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ｓｙｓ— ｔｅｍ，ｉ．ｅ．①ｐｏＵｕｔｉｏｎｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｏｒｇａｎｉｃｓ，ｃｏｌｌｏｉｄ，ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，②ｐｏｎｕｆｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｓｃａｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓ— ｔｅｍ，③ｐｏＲｕｔｉｏｎｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｂａｃｔｅｒｉａ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ．Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｓｏｍｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏＵｕｆｉｏｎ ｉｎ ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ． 自２Ｏ世纪６０年代初，由洛布和索里拉金教授 透膜的通量，增加运行压力和压力降，并导致产品水 质下降。这种在膜表面形成沉积层的现象叫做膜污 制成了第一张高通量和高脱盐率的反渗透膜以来， 随着反渗透膜实用性能的不断提高，反渗透膜技术 染，其结果是系统性能的劣化。膜的污染主要有以 下３种情况。 １．１有机物和胶体及颗粒的污染 反渗透进水中的淤泥和胶体的来源有相当大的 差异，通常包括细菌、黏土、胶体硅和铁的腐蚀产物。 图１～图４为膜元件受到污染后的状况，胶体 和颗粒污堵可严重地影响反渗透元件的性能，主要 在各行各业的应用也逐渐扩大；特别是在高脱盐率、 大水通量、低操作压力的聚酰胺复合膜出现以后，反 渗透膜法以其高效、节能、环保的显著特点正在逐渐 取代传统离子交换法，成为重要的脱盐水装置，最近 几年在ＰＶＣ行业也得到了广泛的应用。由于反渗 透膜对进水水质有着严格的要求，而普通水的水质 一般达不到要求，因此需通过有效投加膜处理化学 品来满足膜系统进水水质要求，使得反渗透系统能 够安全、稳定运行。 表现为：①膜压降升高；②产水量降低；③须增加压 力克服通量下降，从而消耗额外电能；④不可逆凝胶 层将会增加化学清洗的难度。 １膜系统的故障 反渗透系统进水中存在各种形式的可导致反渗 透膜表面污染的物质，例如水合金属氧化物、含钙沉 淀物、有机物及生物；难溶盐在超过其饱和极限时， 对于此类污染的解决方法为：①使用各类预处 理设备（如过滤器、超滤、保安过滤器等）；②投加适 量的絮凝剂改善预处理效果，保证进膜水质；③一旦 出现了污染，应及时采取措施进行清洗。 会从浓水中沉淀出来，在膜面上形成结垢，降低反渗 ・ ［收稿日期】２０１４－０２－２６ ［作者简介】莘仲明（１９６７一），男，高级工程师，１９８９年毕业于浙江大学，现从事水处理化学品应用技术研究。 ４０ 第８期 莘仲明等：反渗透系统膜污染现状及解决方法 １．２系统结垢的污染 反渗透系统中的结垢主要是由于原水中的离子 被浓缩后，难溶性盐在浓水侧变成过饱和状态在膜 上析出和浓差极化使溶质在膜上析出。结垢的主要 成分有碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、氟化钙、硅 垢等。 图５～图８为膜元件结垢后的状况，结垢污堵 可严重地影响反渗透元件的性能，主要表现为：①膜 压降升高，②产水量降低，③脱盐率降低，④提高压 图１ 铁胶体对膜污染照片 Ｆｉｇ．１ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｉｒｏｎ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ 力克服通量下降消耗额外电能，⑤频繁化学清洗的 物料成本消耗及造成膜性能衰减，⑥严重时将导致 系统停机。 图２絮凝剂对膜污染照片 Ｆｉｇ．２ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ 图５硫酸盐垢照片 Ｆｉｇ．５ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｓｕｌｆａｔｅ ｆｏｕｌｉｎｇ 图３颗粒物质对膜污染及损伤照片 Ｆｉｇ．３ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒｓ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ａｎｄ ｄａｍａｇｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ 图６碳酸盐垢照片 Ｆｉｇ．６ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｆｏｕｌｉｎｇ 图７ 硫酸钡ＳＥＭ照片 图４有机物对膜污染照片 Ｆｉｇ．４ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒｓ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｉｇ．７ ＳＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｂａｒｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ ４１ 聚氯乙烯 ２０１４丘 表面清除。 图９为膜元件受细菌污染后的状况，细菌及微 生物污染可严重地影响反渗透元件的性能，主要表 现为：①膜压降急剧升高，②产水量大幅降低，③提 高压力克服通量下降须消耗额外电能，④由于短时 间内产生很大压降而导致膜元件损坏，⑤伴随产生 其他的污染。 对此类污染的解决办法为：①在预处理阶段投 加杀菌剂；②使用超滤、纳滤等工艺设备进行过滤； ③使用紫外、臭氧发生器等设备进行杀菌；④在反渗 图８碳酸钙ＳＥＭ照片 Ｆｉｇ．ｇ ＳＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ 透膜内投加非氧化性杀菌剂；⑤对于已经被污染的 反渗透系统，用高浓度的非氧化性杀菌剂浸泡，并清 洗膜系统，同时清洗所有管线。 对此类污染的解决方法为：①在进水中加酸调 节ｐＨ值，可以降低ＬＳＩ（朗格利尔饱和指数），防止 碳酸钙的形成，但是若加酸量控制不当，会影响产水 水质；②降低回收率，则浓水侧的离子浓度随之降 低，但是降低回收率是以牺牲产水量为代价的，会造 成系统的生产效率下降；③投加高性能的阻垢分散 剂，可以有效降低系统结垢的概率；④系统一旦结 垢，及时用膜清洗剂进行清洗。 １．３细菌和微生物的污染 在反渗透膜系统中，结垢以及胶体污染对其造 成的影响在短期内就能体现。如果系统给水有结垢 倾向却没有及时添加阻垢剂，那么系统在一个月以 内甚至更短的时间就能体现出来。而生物污染是一 个缓慢的过程，初期阶段影响不明显，一旦有明显的 影响后又很难控制。在膜元件的两层膜片之间有一 层进水隔网，其金字塔结构能够使进水在膜表面形 成湍流，从而保持颗粒物质的悬浮。当进水隔网的 开放空间被生物滋长污染后，就破坏了产生湍流的 机制。湍流的减弱使颗粒和其他悬浮物质沉淀并在 生物膜基质上积累，从而引起污染，在这种情况下运 行反渗透系统会造成不可恢复的膜污染。一旦生物 图９膜的细菌污染照片 膜形成，它就会通过细菌基质吸收和富集，通过靠近 细胞表面的可溶性有机物和无机养分来自我维持。 微生物污垢的成分很复杂。 污染物包含有淤积于细菌有机基质和细菌残渣 Ｆｉｇ．９ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ２案例介绍及分析 ２．１ 内蒙古自治区某化工企业 系统工艺流程：原水泵一活性炭过滤器一化器一ｒｌｌ ／ｈ。 多介质过滤器一中间水箱一 软 中的无机物质，一种污染物可维持其他污染物的存 在，细菌母体的有机物质捕捉无机物质，无机物质反 过来提供建立更多细菌团所需要的生殖环境。生物 膜基质是一种活体，基质的每个细胞维持着整个活 体的存活，即使死亡的细菌体也是新细胞的食物。 因此有效的生物控制包括杀死细菌并将死细菌从膜 ４２ 反渗透装置一软化水箱。反渗透装置处理量为２×１００ （１）反渗透装置（１ ～２ 装置，２０１３年９月）清 洗前的运行数据见表１。 第８期 莘仲明等：反渗透系统膜污染现状及解决方法 表１反渗透装置清洗前运行数据 行良好，证明了膜阻垢剂优异的阻垢性能。 Ｔａｂｌｅ １ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｏｆ ｕｎｗａｓｈｅｄ ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ｕｎｉｔ 表３投加膜阻垢剂的运行数据（２０１２年８月） Ｔａｂｌｅ ３ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｎｔｉｓｃａｌｅｓ ａｎｄ ｒｕｎｎｉｎｇ ｄａｔａ ｉｎ Ａｕｇｕｓｔ ２０１２ （２）反渗透装置（１ ～２ 装置，２０１３年９月）清 洗后的运行数据见表２。 衰２反渗透装置清洗后运行数据 表４投加膜阻垢剂的运行数据（２０１３年３月） Ｔａｂｌｅ ２ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｏｆ ｗａｓｈｅｄ ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ｕｎｉｔ Ｔａｂｌｅ ４ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｎｔｉｓｅａｌｅｓ ａｎｄ ｒｕｎｎｉｎｇ ｄａｔａ ｉｎ Ｍａｒｃｈ ２０１３ 观察表１、表２数据发现：经过专用清洗剂清洗 后，系统基本恢复到运行初期状况，清洗效果明显。 ２．２山东省某化工企业 ３ 结论 系统工艺流程：原水泵一高效过滤器一多 反渗透工艺由于具有高脱盐率、自动化程度高、 介质过滤器一反渗透装置一中间水箱一离子 绿色环保等优点，近几年在氯碱行业也得到了广泛 交换器一纯水箱。反渗透装置处理量为６×１１０ 的普及，然而其运行过程中膜污染现状及如何来解 ｍ ／ｈ。 决又困扰着业内同仁。目前，通过投加膜处理化学 （１）反渗透装置（１ ～３ 装置，２０１２年８月）投 品来防止膜系统污染已得到了使用单位的认可，正 加膜阻垢剂后的运行数据见表３。 确选用和投加膜处理化学品是防止膜系统污染的最 （２）反渗透装置（１ ～３ 装置，２０１３年３月）投 有效方法之一，它既有环保效益，又有经济效益，值 加膜阻垢剂后的运行数据见表４。 得推广应用。 由表３、表４可知：系统自投加膜阻垢剂后，半 ［编辑：杜桂敏］ 年多时间内没有进行过化学清洗，反渗透系统也运 （上接第３９页） ＰＶＣ产业的汞消耗，最终实现无汞化清洁生产。 因低汞触媒汞含量本身就低，所以汞的流失量 ［参考文献】 大幅度降低，汞消耗和汞污染也随之相应减少，降低 【１］严福英．聚氯乙烯工艺学［Ｍ］．北京：化学工业出版社， 了生产成本。目前开发的低汞触媒中氯化汞质量分 １９９０：４０—４１． 数为５．Ｏ％一６．０％，新疆天业（集团）有限公司 ［２］郑石子，颜才南，胡志宏，等．聚氯乙烯生产与操作［Ｍ］． １２０万ｔ／ａ ＰＶＣ装置全部采用低汞触媒，大幅度降低 北京：化学工业出版社，２００７：２１８—２１９． 了汞消耗和汞污染，为ＰＶＣ行业汞污染防治和减排 ［３］杨瑞文．电石法制氯乙烯及聚氯乙烯生产过程中三废治 理和排放情况调查报告［Ｊ］．聚氯乙烯，１９８４（１）：３９— 树立了典范。 ４８． ３ 结语 ［４］吴彬，刘中海，张永龙．电石法聚氯乙烯汞污染防治总结 汞污染的治理任重而道远，因为它关系着电石 ［Ｊ］．聚氯乙烯，２０１１，３９（１２）：２８—３２． 法ＰＶＣ生产是否能够持续发展，所以需要把汞污染 【５］李国栋，周军，张新力．电石法聚氯乙烯生产中汞消耗与 防治作为重点工程．，从战略定位、技术研发和生产实 汞污染的降低［Ｊ］．中国氯碱，２００９（３）：４２－４５． 践等方面，自上而下强力推动，不断降低电石法 ［编辑：杜桂敏］ ４３