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反滲透膜材質分析

發布日期:

2021-06-13 08:03:13

欄目:

反滲透設備資訊

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反滲透膜是一種用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能在外加壓力作用下使水溶液某一些組分選擇性透過,從而達到淡化、凈化或濃縮分離的目的。

反滲透現象早在1748年就被法國Able Knelt所發現。利用與滲透相反的過程進行海水淡化的設想是美國Haussler在  1950年提出來的,但是只有當1960Loeb HE   Sourirajan2用醋酸纖維素做材料、研制成功高分離效率高透水量的反滲透膜以后,反滲透膜分離才可能變成為現實。膜被稱為反滲透過程的心臟,在一定意義上說,反滲透系統質量的優劣、水平的高低關鍵在于反滲透膜性能的好壞,醋酸纖維素反滲透膜是用于水脫鹽的,但是,隨著各種類型反滲透膜的開發和膜性能的不斷提高,發滲透膜分離已不僅包括水處理領域,即水的脫鹽、純水制備、水的再利用和廢水回收,也包括食品加工、生物學和生物醫藥的研究。


一、反滲透膜性能要求和指標

為適應水處理應用的需要,反滲透膜具有應用上的可靠性和形成規模的經濟性,其一般要求如下

1、對水的滲透性要大,脫鹽率要高。

2、具有一定的強度和堅實程度,不致因水的壓力和拉力影響變形、破裂。膜的被壓實性盡可能小,水通量衰減小,保證穩定的產水量。

3、結構要勻稱,能制成所需要的結構。

4、能適應較大的壓力、溫度和水質的變化。

5、具有好的耐溫、耐酸堿、耐氧化、耐水解和耐生物污染侵蝕性能。

6、使用壽命要長。

7、成本要低。

二、反滲透膜的材質是什么?

常見的反滲透膜材料有兩大類。

1、醋酸纖維素膜元件

 一般用纖維素經酯化生成三醋酸纖維,再經二次水解成混合一、二、三醋酸纖維。

影響膜的脫鹽率與產水量的因素是乙酰含量高則脫鹽率高,但產水量少。

醋酸纖維素膜本質上的弱點是,隨時間的推移,酯基官能團將水解,同時脫鹽率逐漸下降而流量增加,隨著水解作用的加強,膜更易受到微生物侵襲,同時膜本身也將失去它的功能和完整性。

2、復合膜元件

復合膜的主要支持結構是經砑光機砑光后的聚酯無紡織物,其表面無松散纖維并且堅硬光滑,由于聚酯無紡織物非常不規則并且太疏松,不適合作為鹽屏障層的底層,因而將微孔工程塑料聚砜澆注在非紡織物表面上,聚砜層表面的孔控制在大約15nm,屏障層采用高交聯度的芳香聚酰胺,厚度大約在0.2um。高交聯度芳香聚酰胺由苯三酰氯和苯二胺聚合而成。

復合膜與醋酸纖維素膜相比有以下優點:

(1)化學穩定性好。

醋酸纖維素膜不可避免地會發生水解,醋酸纖維素膜連續運行允許的pH值范圍為46,清洗時允許是pH值范圍為37,pH值為5.7時水解速度慢,這就導致預處理時加酸來量大,清洗時可選用的藥品范圍窄,不易獲得滿意的清洗效果,復合膜連續運行允許的pH值范圍一般為211,清洗時允許的pH值范圍一般為112。

2)生物穩定性好。

復合膜不易受微生物侵襲,而醋酸纖維素膜易受微生物侵襲。

3)復合膜的傳輸性能好,即Kw大而Ks小。

4)復合膜在運行中不會被壓緊,因此產水量不隨使用時間而改變,而醋酸纖維素膜在運行中會被壓緊,因而產水量不斷下降。

5)復合膜的脫鹽率基本不隨使用時間而改變,而醋酸纖維素膜由于不可避免的水解,脫鹽率會不斷下降。

6)復合膜由于Kw大,其工作壓力低,反滲透給水泵用電量與醋酸纖維素膜相比減少了一半以上。

7)醋酸纖維素膜的壽命一般僅3年,而復合膜有些已使用5年或者8年,性能仍完好如初。復合膜的缺點是抗氧化性較差。

三、反滲透膜的影響因素

1、進水壓力對RO膜元件的影響

進水壓力本身并不會影響鹽透過量,但是進水壓力升高使得驅動反滲透的凈壓力升高,使得產水量加大,同時鹽透過量幾乎不變,增加的產水量稀釋了透過膜的鹽分,降低了透鹽率,提高脫鹽率,當進水壓力超過一定值時,由于過高的回收率,加大了濃差化,又會導致鹽透過量增加,抵消了增加的產水量,使得脫鹽率不再增加。

2、進水溫度對RO膜元件的影響

RO膜元件產水電導對進水水溫的變化十分敏感,隨著水溫增加水對通量也線性的增加,進水水溫每升高1℃,產水量就增加百分之三;(以25℃為標準)。

3、進水PH值對反滲透膜的影響

進水PH值對產水量幾乎沒有影響,而對脫鹽率有較大影響。PH值在7.5-8.5之間,脫鹽率達到上限。

4、進水鹽濃度對RO膜元件的影響

滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度的函數,進水含鹽量越高,濃度差也越大,透鹽率上升,從而導致脫鹽率下降。

四、反滲透膜脫鹽率下降過快的原因分析

1、高壓差導致脫鹽率下降

1)壓差升高同時往往伴隨著脫鹽率快速下降,在正常的流量下,壓差的上升通常是由于膜元件水流量通道的隔網進入雜質,污染物質和水垢引起的,導致產水流量的下降;

2)當超過設定的給水流量時,也會發生過大的壓差,當啟動時給水壓力提升過快,發生水錘壓差會很大,如果膜已經被污染,特別是微生物污染,壓差也會變大;

3)給水至濃水間的壓差表示的是水力阻力,與給水的流速、溫度有關,應該保持產水和濃水有一定的流速,出現高壓差的可能性有:水垢、微生物污染、阻垢劑沉淀、過濾器過濾介質漏、給水/濃水密封損壞。

2、在線化學清洗不合理導致脫鹽率下降

超純水設備在運行中是不可避免被污染。預處理和添加各種要種藥劑只能將反滲透被污染的可能性降到下限,而不能杜絕。因此,長期運行的反滲透系統在經過一定時間的運行后,要充分論證和確認是哪一種污染物。針對聚酰胺膜的特點,可以根據相應的污垢選取適當的清洗劑:

1)鹽酸配制成稀溶液,去除金屬氧化物質;

2)氫氧化鈉,配制成稀溶液,去除二氧化硅、微生物膜、有機物等,pH約為12,作用是對有機微生物粘膜的水解破壞而剝離,對于二氧化硅膠體垢,形成的硅酸鈉為可溶性,從而除垢;

3)乙二胺四乙酸四鈉,作為螯合劑廣泛應用于工業清洗;

4)十二烷基磺酸鈉,屬陰離子表面活性劑,目的是分散在溶液中的有機化合物,可使溶液的表面張力降低,引起正吸附,這樣可使溶液表面溶質分子的的濃度大于溶液內部溶質分子的濃度,十二烷基磺酸鈉是反滲透清洗是主要的表面活性劑;

5)甲醛,甲醛對細菌、真菌、病毒、芽胞及原蟲等皆有很強的殺滅力。


3、余氯的控制差導致脫鹽率下降

1)次氯酸鈉作為殺菌劑,廣泛應用于純水設備預處理中,在反滲透系統中,為防止反滲透的微生物污染,對反滲透進水要進行氯化處理;

2)用比色計測定余氯,控制余氯的質量濃度在砂過濾器進口處一般為0.5mg/L,不小于0.3mg/L,在反滲透前保安過濾器處應小于0.1mg/L,而聚酰胺類膜的突出問題是防止其被氧化;

3)進水余氯值和強氧化均對其造成不利的影響,要嚴格控制,因而定期檢測反滲透進水的余氯值非常重要。

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