苦咸水反滲透膜污染滲透反沖洗的影響因素及機(jī)理探究.pdf

1、反滲透（RO）是水處理常用的膜技術(shù)，在海水和苦咸水脫鹽和純水制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在RO技術(shù)的發(fā)展過程中，膜污染是一個(gè)重要的限制因素，膜污染會(huì)導(dǎo)致RO水通量下降、壓力損失增大、產(chǎn)水質(zhì)量下降、膜更換頻率增加、能耗和費(fèi)用增加等問題。因此膜污染的來源、機(jī)制及控制是該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。傳統(tǒng)的化學(xué)清洗法能夠有效解決膜污染再生的問題，但需要額外投加化學(xué)試劑，不但有可能對(duì)膜材料造成不可逆的破壞作用，而且排放出來的清洗溶液有可能對(duì)環(huán)境造成二次

2、污染。近年來，一種新興的基于滲透過程的膜清洗技術(shù)由于具有諸多技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)正在引起人們的關(guān)注。該方法通過降低原水側(cè)外加壓力或提高原水側(cè)滲透壓實(shí)現(xiàn)水分子的反向遷移，從而對(duì)膜表面的污染物進(jìn)行清洗去除。在滲透反沖洗操作過程中，無需向系統(tǒng)中額外投加化學(xué)藥劑，并且可以實(shí)現(xiàn)清洗過程中水泵連續(xù)運(yùn)行，節(jié)省產(chǎn)水時(shí)間和周期，此外由于避免了化學(xué)藥劑的使用，該清洗技術(shù)更加綠色和對(duì)環(huán)境友好。
　　本研究以板框式膜組件為基礎(chǔ)，Koch苦咸水反滲透膜（

3、有效膜面積33 cm2）為膜材料，以NaCl溶液作為原液開展利用滲透法清洗RO過程產(chǎn)生膜污染的研究，分別探索停泵方法（方法A）和注入高濃溶液（方法B）兩種方法對(duì)RO進(jìn)行反沖洗時(shí)的關(guān)鍵影響因素、相關(guān)機(jī)制及調(diào)控策略。
　　研究結(jié)果表明，在方法A中，當(dāng)原水濃度由2g/L提高到5g/L，總累積反沖洗水量由13.6 mL增加到18.2 mL，主要是由于原水濃度越高水分子遷移的驅(qū)動(dòng)力越大，進(jìn)而累積反沖洗水量越大。當(dāng)原水濃度繼續(xù)增加至6g/L時(shí)

4、，累積反沖洗水量只增加了0.1 mL。這主要是由于隨著濃度進(jìn)一步升高，初始較大的水通量對(duì)原水側(cè)膜表溶液的稀釋強(qiáng)烈，水通量快速下降。當(dāng)外加壓力由10 atm增加到14 atm時(shí)，累積反沖洗水量增加了1.3 mL。這主要是因?yàn)閴毫υ黾樱?huì)發(fā)生微小的形變，膜厚度降低，水分子遷移驅(qū)動(dòng)力降低。
　　在方法B中，當(dāng)反滲透時(shí)間為1h時(shí)，滲透反沖洗30s水通量、截留率分別恢復(fù)到97％和97%，延長清洗時(shí)間，，清洗效果提高不明顯。進(jìn)行5min滲透

5、反沖洗，反滲透4h情況，水通量、截留率恢復(fù)到95%和94%，當(dāng)反滲透進(jìn)行6h情況下，水通量、截留率只恢復(fù)到88%和87%。以幾種常見的鹽溶液（NaCl，MgSO4，Na2SO4和MgCl2）作為高濃度溶液進(jìn)行RO膜滲透反沖洗，當(dāng)滲透壓（42 atm）及其他條件相同時(shí)，清洗效果相近，1 min總累積反沖洗水量相差不到1 mL。不同于停泵方法，高濃度溶液注入原水管路時(shí)的流速對(duì)累積反沖洗水量有顯著影響。當(dāng)流速由0.8 L/min提高到1.6

6、L/min時(shí)，累積反沖洗水量增加了5.3 mL。這主要因?yàn)樵黾恿魉倏梢詼p輕原水側(cè)膜表濃差極化的程度。當(dāng)高濃度溶液以一定流速對(duì)膜進(jìn)行清洗時(shí)，高濃度溶液的濃度對(duì)清洗效果有較大影響。當(dāng)高鹽溶液濃度由20g/L提高到100g/L，1 min內(nèi)總累積反沖洗水量增加了30 mL。這主要因?yàn)殡S著濃度增加，水分子跨膜反向遷移的驅(qū)動(dòng)力增加，水通量及累積反沖洗水量都相應(yīng)提高。但是，隨著濃度的繼續(xù)增加，水通量增加不明顯，主要因?yàn)辂}離子的跨膜運(yùn)輸不可忽略，反滲

7、透膜多孔支撐層的內(nèi)部濃差極化變得很嚴(yán)重，驅(qū)動(dòng)力降低，對(duì)反向水通量有很大影響。當(dāng)溫度由5℃提高到25℃時(shí)，1min累積反沖洗水量增加了10.4mL，繼續(xù)升溫到45℃，累積反沖洗水量又增加了5mL。當(dāng)溫度升高時(shí)，水體粘度降低，跨膜擴(kuò)散速率提高，水通量則相應(yīng)增加，并且升溫會(huì)使有機(jī)污染層會(huì)發(fā)生膨脹，更易被去除。滲透反沖洗過程分為兩個(gè)階段：第一階段，30s前水通量較大，隨著累積反沖洗水量增加迅速，水通量快速降低；第二階段，30s后水通量降低緩慢，