浅谈水处理系统反渗透膜的污染与清洗

孔丽丹　苏海清

摘 要：反渗透技术是一种应用最为广泛的膜分离技术，反渗透膜在运行过程中受到污染后会引起系统出力下降或脱盐率降低，甚至会影响膜的使用寿命。反渗透膜污染的原因主要有微生物污染，金属氧化物沉积、结垢悬浮物和胶体污染等。该文基于反渗透膜的污染特征，对于不同的污染物有选择性的进行化学清洗，可以及时恢复反渗透膜的性能，保证反渗透系统安全可靠运行。通过适当的清洗配方进行清洗，完全可以使膜恢复各项性能，延长膜的使用寿命。

关键词：反渗透膜 污染 化学清洗

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0064-02

1 反渗透技术

RO（reverse osmosis）反渗透技术是一种应用最为广泛的膜分离技术，当系统所加压力大于溶液的渗透压时，水分子可以透过具有选择透过性能的半透膜，而水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来，达到水质分离净化的目的。目前已成熟应用于生产除盐、饮用水，也用于废水处理、物质回收与浓缩等领域。

2 反渗透膜污染的原因

反渗透膜在运行中不可避免的受到一些微量的无机物垢、胶体、微生物和金属氧化物等的污染或阻塞。这些物质沉淀在膜表面上日积月累，会引起反渗透膜产水量下降和脱盐率降低。膜污染一直以来就是运行管理与维护的重点与难点问题，它影响着膜的运行和出水水质，并将缩短膜的使用寿命，是制约膜技术广泛应用的关键因素。当反渗透膜性能下降到一定程度时（设备产水量比初始值或上次清洗后降低10%～15%，或脱盐率下降10%，或压差增加10%～15%），就要及时进行有效的清洗，恢复反渗透系统的性能，以避免造成不可逆膜污染。

反渗透膜入口阻塞的原因主要有三个方面：微生物污染、金属氧化物沉积、结垢以及悬浮物、胶体污染。其中，微生物为水中的细菌和有机物，重金属离子为钙、镁、铁、铜等重金属正价离子，胶体为水中生物的分泌物。若这些物质进入反渗透膜，将会因其自身特性对反渗透膜的膜孔造成污堵。

2.1 微生物污染

针对微生物发展的进程，宏观采取必要的运行控制，以阻止发展是有实际意义的，尤其是对生物膜的生长阶段的控制尤为重要，一方面要在运行中严格控制给水的细菌总数TBC和营养物质TOC、COD，另一方面是采取冲击式消毒或清洗，使反渗透膜上的生物污染物受到控制。对于聚酰胺复合膜，由于其化学结构的原因，含有酰胺基团极易被氧化性物质破坏，不能接受含有氧化剂的给水，按照膜制造商的一般要求，含有游离氯最大不能超过0.1 mg/L，破坏极限为1 000 ppm·h。所以进入聚酰胺复合膜的经过杀菌的给水必须预先脱氯，采取活性炭过滤吸附或加入还原剂（如亚硫酸氢钠），使得给水中游离氯含量达到反渗透膜的进水指标，保障膜的使用安全。

2.2 金属氧化物沉积、结垢

天然水中低溶解度盐类有碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、氟化钙及二氧化硅。这些盐类在反渗透过程中浓缩时会因超过其饱和浓度而析出，其产生的沉积物会在膜表面及进水通道内结垢。常见的金属氧化物沉积主要有氢氧化铁、氢氧化铝，主要来源于水源中的铁铝腐蚀产物、反渗透系统中的腐蚀产物。

2.3 悬浮物、胶体污染

当保安过滤器有缺陷造成过滤介质、腐蚀碎片及异物等的泄露或反渗透初次投用冲洗不彻底时，可能使膜元件受到污染，形成非晶体沉淀。膜表面上生成胶体沉淀是因反渗透进水含有表面带电荷的胶体颗粒引起的，这个趋向一般用污染指数SDI来评价。

3 反渗透膜的化学清洗

加药系统的作用是在预处理系统中加入杀菌剂及在进入膜前加入阻垢剂，防止系统长时间运行后水中的钙、镁离子发生结垢和水中的微生物对膜的破坏。清洗系统的作用是根据膜系统运行状况，定期或不定期加入一定比例的药品对反渗透膜进行清洗，从而保证反渗透膜的运行寿命和系统的运行质量。

3.1 化学清洗的依据

3.1.1 反渗透机组的压差

若压差比标准系统压差增加10%～15%，说明机组存在污堵现象，一段压差升高是因胶体状态的溶解物或微生物、细菌的滋长引起系统中反渗透膜表面污堵；二段压差增加是因总溶解固体或难溶物的离子含量增加，致使反渗透膜浓水侧溶液中某些难溶组分的浓度超过了其饱和浓度，在反渗透膜表面结垢使反渗透膜的性能下降。

3.1.2 反渗透机组产水量

反渗透机组产水量较标准流量降低了10%～15%，说明机组存在污堵现象。

3.1.3 反渗透机组产水脱盐率

反渗透机组产水量较标准系统脱盐率下降10%或产品水含盐量明显增加，说明出现污堵现象。

其基准是参比新膜最初始运行24～48 h内的运行性能。如预处理设计合理、运行正常，则一般半年至一年清洗一次，如小于3个月就需清洗，则应研究改进预处理的方式。

3.2 化学清洗的方法

3.2.1 垢样分析

打开反渗透机组压力容器的端盖，推出一支膜，观察是否有污垢。如果存在污垢，收集一部分垢样，在实验室采用不同的化学试剂进行试验，一方面对垢样成分进行分析，另一方面，选择适宜的清洗药剂。

3.2.2 清洗操作

对不同的污染物采用的清洗药剂不尽相同，使用中应考虑尽量采用经济有效的清洗药剂和清洗方法。反渗透系统大都分两段，为防止一段污染物进入二段造成二段污染，在碱洗时一般分段运行，先清洗二段再清洗一段，酸洗、杀菌时可以采用分段运行也可以两段一起运行。

3.2.3 碱洗

正常情况下，碱洗反渗透装置时用到的常规药剂有多聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠和氢氧化钠。多聚磷酸钠的配制浓度为1%～2%，十二烷基苯磺酸钠的配制浓度为0.25%，氢氧化钠调节药液pH值为11左右。当需要化学清洗时，向清洗药箱内注入产品水至规定高度，同时打开蒸汽门，对清洗水进行加热至35℃。将配制好的药液倒入清洗药箱内，启动化学清洗泵。在化学清洗过程中，要随时检测药液浓度与温度，要保持要求的浓度（pH值=11）与温度（35℃）。当药液PH值或温度下降时，需及时补药、提温。

3.2.4 酸洗

正常情况下，酸洗反渗透装置时用到的常规药剂有柠檬酸、氨水。柠檬酸的配制浓度为1%～2%，氨水调节药液PH值为3左右。当反渗透装置需要化学清洗时，向清洗药箱内注入产品水至规定高度，同时打开蒸汽门，对清洗水进行加热至35℃。将配制好的药液倒入清洗药箱内，启动化学清洗泵。在化学清洗过程中，要随时检测药液浓度与温度，要保持要求的浓度（pH值=4）与温度（35℃）。当药液PH值上升或温度下降时，需及时补药、提温。

在清洗过程中，如果一次清洗效果不好，可以有针对性地进行二次清洗，保证将反渗透膜内的污染物彻底清除掉。如果一次洗不干净，将缩短膜的使用周期，同时增加下次清洗的难度，如果出现几次清洗不完全，日积月累将会缩短膜的使用寿命。

4 结语

反渗透技术日趋成熟，使用领域日益广泛。在日常使用维护过程中，强化预处理效果，尽量减少反渗透膜的污堵；发生污堵后，采用合理的方法，适当的清洗配方进行清洗，完全可以使膜恢复各项性能，延长膜的使用寿命。

参考文献

[1] 张葆宗.反渗透水处理应用技术[M].北京：中国电力出版社，2004：165.

[2] 周军，杨艳琴，张宏忠，等.反渗透膜污染及其清洗的研究[J].过滤与分离，2007，17（1）：1-4，47.

[3] 张雪辉.反渗透系统膜污染分析及清洗研究[J].化学中间体，2015（2）：41-42.