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业界资讯

反渗透系统常见问题分析 + 反渗透技术诞生的故事

水污染事件频频曝光,饮用水安全越来越受到人们的重视。所以,本篇文章就与大家来分享一下反渗透技术与反渗透膜的那些事,因为反渗透技术可以进行纯水的制备、海水的淡化甚至工业废水的处理等。

反渗透

反渗透又称逆渗透,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。因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压,就可以使用大于渗透压的反渗透压力,即反渗透法,达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

反渗透膜

反渗透膜是实现反渗透的核心元件,是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。

模拟生物半透膜?又是一项仿生学的伟大成就。那么到底是哪种神奇的生物让伟大的科学家发明了如此伟大的产物呢?今天,我们与大家来扒一扒反渗透膜的前世与今生。

1950年美国科学家DR.S.Sourirajan在观察海鸥时发现,海鸥首先会吸一大口海水,然后过一段时间,再吐出一部分。他感到非常好奇,因为海鸥这种使用肺呼吸的陆生动物是绝对不可能直接摄入高含盐量的海水来补充水分的。

离子交换树脂

海鸥,反渗透膜生物原型

出于这种好奇,DR.S.Sourirajan和他的团队对海鸥进行了解剖,发现海鸥并没有直接把海水喝下,而是把海水存在喉管里,海水经由海鸥吸入体内后加压,再经由压力作用将水分子贯穿渗透过粘膜转化为淡水,海鸥把淡水吸收到身体内部,然后把剩下的高浓度海水再吐出来。海鸥喉管中的这层粘膜组织,就是反渗透膜的原型。

离子交换树脂

喝海水,就是这么自信

DR.S.Sourirajan认为此项重大发现很可能是人类获取饮水的方法的一个重大突破,随即就投入了该原理工业化的研究,美国政府得知此事,投入了4亿美元(约合现在31.6亿美元)的资金,资助美国U.C.L.A大学医学院教授Dr.S.SidneyLode配合DR.S.Soirirajan博士着手研究反渗透膜。在巨大的资金支持和众多科学家的努力之下,反渗透膜的最初模型诞生。

离子交换树脂

反渗透膜工作原理

1968年,美国阿波罗登月的各项技术准备都紧锣密鼓地开展着,其中最让人头痛的难关竟是最普通的水。当年阿波罗登月计划的人员和设备的总需水量,竟达到6吨之多。航天是一项对重量要求很高的工作。

毕竟宇航员多一斤肥肉,发射成本可能就要多上百万美元,更别说以吨计的水了……

胖子感受到来自这个世界的恶意

如何回收提纯工业废水、洗漱用水和尿液成为最大的攻关课题。于是反渗透膜这一技术很快被引用到宇航领域。

离子交换树脂

宇航员在无重力环境喝水

采用反渗透技术将使用过的污水,包括尿液等排泻物,净化处理,成为达到饮用标准的再生水,使太空船不用运载大量的饮用水升空,为阿波罗登月计划做出了巨大贡献。

离子交换树脂

美国绝密专利

几十亿美元的投入终结硕果,就是反渗透膜制水技术。在当时此项技术被美国宇航局列为绝密等级专利。

反渗透技术在航天领域成功应用之后,又转移到军工领域,自70年起开始装备美国潜艇、航母和作战舰艇,用于海水直接制成饮水,在美国人们把反渗透形象的比喻为“体外肾脏”。

我国在90年代初开始引进此项技术,装备军舰和潜艇。92年,中南海建立了一座反渗透水厂,保证国家领导人饮水安全,同时为外宾提供饮水,从此反渗透技术走进了新华门,如今,反渗透技术被应用于净水器的生产中,从此也走进了千家万户。

是不是深刻感受到了大自然那种神奇而又神秘的力量?敬畏自然,是人类早晚应该明白的一件事。

反渗透系统常见问题分析

1、泥砂颗粒及无机胶体污染

离子交换树脂

离子交换树脂

离子交换树脂

现象和症状:

– 泥砂颗粒堆积在第一段的前几支膜元件的进水端

– 系统压力将偏大,系统脱盐率偏低

– 膜元件解剖后,膜表面和进水流道附着可见污染物

• 原因:

– 预处理失效或设计存在缺陷

– 多介质过滤器/活性炭床反冲洗和快洗不充分

– 进水的SDI值偏高

– 硬砂颗粒机械擦伤膜片

• 清洗或解决方案:

– 难以化学清洗恢复,可以尝试采用酸碱清洗

– 加强介质过滤器/活性炭床反冲洗

– 加强SDI值监控

– 加强保安过滤器的监控和更换。

2、预处理活性炭破碎泄漏

离子交换树脂


离子交换树脂

现象和症状:

– 黑色物质堆积在第一段的前几支膜元件的进水端

– 系统压力将偏大,产水量偏少,系统脱盐率偏低

– 膜元件解剖后,膜表面和进水流道附着活性炭颗粒

• 原因:

– 不正确或不充分的活性炭床反冲洗和快洗

– 长时间运行后,活性炭由于和氯或臭氧反应消耗导致破碎机械强度下降而破碎。

– 炭粒机械擦伤膜片

• 清洗或解决方案:

– 难以化学清洗恢复

– 更换新活性炭;充分的炭床反冲洗;加强保安过滤器的监控和更换。

3、无机结垢-碳酸盐钙垢(CaCO3)

离子交换树脂

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结垢常常发生在最后一段,然后逐渐向前一段扩散,含钙、重碳酸根或硫酸根的原水可能会在数小时之内即因结垢堵塞膜系统

酸洗pH值对去除碳酸钙垢的影响

离子交换树脂

• 现象和症状:

– 系统产水量低,脱盐率下降,压降增加。

– 膜元件变重

• 原因:

– RO进水三高(高硬度;高pH;高碱度)

– RO系统高回收率

• 清洗或解决方案:

– 系统可用酸进行清洗恢复。

– 应降低进水的三高(高硬度;高pH;高碱度) 和RO系统回收率

– 调整阻垢剂的加入量

4、无机结垢-硫酸钙垢(CaSO4)

离子交换树脂

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无机结垢硫酸钡/硫酸锶垢(BaSO4/SrSO4)

离子交换树脂

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现象和症状:

– 系统产水量低,脱盐率下降,压降增加。

– 膜元件变重

• 原因:

– RO进水钙、钡、锶、硫酸根含量高

– RO系统高回收率导致超过溶解限制

– 阻垢剂失效

• 清洗或解决方案:

– 系统很难进行清洗恢复。

– 应降RO系统回收率

– 调整阻垢剂的加入量或更换阻垢剂

5、微生物污染

离子交换树脂

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膜元件解剖后,膜表面和进水流道附着粘稠状物质,并伴有臭味。

碱洗pH值对去除生物污染的影响

离子交换树脂

现象和症状:

– 系统产水量低,脱盐率下降,压降增加。

– 压力容器开启或膜元件解剖后,有臭味。

• 原因:

– 进水中富含营养物质,例如TOC和COD偏高

– 进水或阻垢剂中含有微生物。

• 清洗或解决方案:

– 清洗并消毒整个系统,包括预处理和膜本体部分,同时应注意如

果清洗和消毒不彻底,会出现迅速的重新污染

– 系统可用强碱进行清洗恢复,例如采用PH=12-13的碱液清洗。

– 安装或优化预处理以应对原水的微生物污染

– 消除微生物的来源

– 使用抗污染膜元件(FR系列)。

– 采用非氧化性杀菌剂,例如:DBNPA进行定期冲击式杀菌。

6、铁污染

离子交换树脂

被铁污染的膜元件,膜表面为红褐色,进水流道呈浅红色

离子交换树脂

被铁污染的膜元件的膜表面为红褐色,滴加酸后露出膜片的真面目。

现象和症状:

– 系统脱盐率低,产水量降低

– 压力容器开启后,膜元件端面呈红褐色

– 膜元件解剖后,膜表面呈红褐色

• 原因:

– RO进水中含有过量的铁

– 预处理系统中的管道或压力容器腐蚀

• 清洗或解决方案:

– 膜系统可以采用酸性NaHSO3(PH<5)或H3PO4以及柠檬酸清洗恢复。

– 有时候铁会加速膜的氧化导致膜元件不可恢复性的损伤

7、压降(ΔP)过大

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玻璃钢外壳沿轴向破裂, 进水端污染严重

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出水端抗压力器(ATD)冲掉,浓水流道网格冲出

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对膜元件破坏性分析发现:黑色粘稠液体流出。整个膜元件内部完全被污染,膜叶之间(进水流道)布满黑色粘稠物质。无臭味,排除生物污染,确认为无机污染物严重污堵进水流道导致的高压降所致。

• 现象和症状:

– 系统脱盐率大幅下降,有时候伴随产水量增加。

– 膜元件解剖后,膜表面出现气泡和分层

• 原因:

– 系统设计缺陷,例如产水管道上的止回阀安装位置不合理。

– 不正确的操作,例如清洗完毕后忘记开启产水阀门。

– 不可预测的机械故障

• 清洗或解决方案:

– 膜元件被不可恢复性的损伤,难以修复,只能更换膜元件。

8、产水背压

离子交换树脂

产水管道上安装截止阀,操作人员在系统清洗过程中关闭此截止阀,清洗关闭完毕后忘记开启,随后停机后重新启动系统,发现系统脱盐率下降。

离子交换树脂

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产水背压损坏的膜表面通常看到平行于产水管的膜最外边出现拆痕,常常靠近最外侧的膜袋粘接线处。膜的破裂最有可能出现在进水侧、最外侧和浓水侧这三处粘接密封线附近,其他位置受到进水网络地支撑,很多网格的小格内就会出现很多气泡状剥离和分层。

离子交换树脂

 为了预防产水背压,可以采用以上两种措施:在产水管道的合理安装止回阀,或三向阀。

现象和症状:

– 系统脱盐率大幅下降,有时候伴随产水量增加。

– 膜元件解剖后,膜表面出现气泡和分层

• 原因:

– 系统设计缺陷,例如产水管道上的止回阀安装位置不合理。

– 不正确的操作,例如清洗完毕后忘记开启产水阀门。

– 不可预测的机械故障

• 清洗或解决方案:

– 膜元件被不可恢复性的损伤,难以修复,只能更换膜元件。

9、膜氧化

离子交换树脂

遭氧化伤害的膜元件采用真空试验等机械的方法是检测不出来的,这类化学性的伤害,可通过对膜元件或其中的小片膜样品经过Fujiwara试验评测显示出来,如Fujiwara实验中实验溶液变成粉红色,证明膜片已被氧化。

膜氧化(由余氯导致)

原子光谱化学分析法(ESCA):

离子交换树脂

未经污染或氧化的新膜片应该仅由C, O, N 和H组成,没有其它元素。对于使用过的膜片,可以通过分析膜材料中的增加的元素种类和含量,来确定膜片是否被氧化或污染。原子光谱化学分析法(ESCA)证明膜片被氯氧化

现象和症状:

– 系统脱盐率大幅下降,同时伴随产水量增加。

– 膜元件解剖后, Fujiwara实验中实验溶液变成粉红色,原子光

谱化学分析法(ESCA)发现氯元素。

• 原因:

– RO系统前的脱氯措施出现问题,例如,活性炭失效或NaHSO3

量不足。

– 膜元件接触到强氧化剂。

• 清洗或解决方案:

– 膜元件被不可恢复性的损伤,难以修复,只能更换膜元件。



TAG:   反渗透 反渗透技术 反渗透膜 膜污染
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