水污染事件頻頻曝光，飲用水安全越來越受到人們的重視。所以，本篇文章就與大家來分享一下反滲透技術(shù)與反滲透膜的那些事，因為反滲透技術(shù)可以進(jìn)行純水的制備、海水的淡化甚至工業(yè)廢水的處理等。
反滲透
反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。因為它和自然滲透的方向相反，故稱反滲透。根據(jù)各種物料的不同滲透壓，就可以使用大于滲透壓的反滲透壓力，即反滲透法，達(dá)到分離、提取、純化和濃縮的目的。
反滲透膜
反滲透膜是實現(xiàn)反滲透的核心元件，是一種模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。
模擬生物半透膜?又是一項仿生學(xué)的偉大成就。那么到底是哪種神奇的生物讓偉大的科學(xué)家發(fā)明了如此偉大的產(chǎn)物呢?今天，我們與大家來扒一扒反滲透膜的前世與今生。
1950年美國科學(xué)家DR.S.Sourirajan在觀察海鷗時發(fā)現(xiàn)，海鷗首先會吸一大口海水，然后過一段時間，再吐出一部分。他感到非常好奇，因為海鷗這種使用肺呼吸的陸生動物是絕對不可能直接攝入高含鹽量的海水來補充水分的。
海鷗，反滲透膜生物原型
出于這種好奇，DR.S.Sourirajan和他的團(tuán)隊對海鷗進(jìn)行了解剖，發(fā)現(xiàn)海鷗并沒有直接把海水喝下，而是把海水存在喉管里，海水經(jīng)由海鷗吸入體內(nèi)后加壓，再經(jīng)由壓力作用將水分子貫穿滲透過粘膜轉(zhuǎn)化為淡水,海鷗把淡水吸收到身體內(nèi)部，然后把剩下的高濃度海水再吐出來。海鷗喉管中的這層粘膜組織，就是反滲透膜的原型。
喝海水，就是這么自信
DR.S.Sourirajan認(rèn)為此項重大發(fā)現(xiàn)很可能是人類獲取飲水的方法的一個重大突破，隨即就投入了該原理工業(yè)化的研究，美國政府得知此事，投入了4億美元(約合現(xiàn)在31.6億美元)的資金，資助美國U.C.L.A大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授Dr.S.SidneyLode配合DR.S.Soirirajan博士著手研究反滲透膜。在巨大的資金支持和眾多科學(xué)家的努力之下，反滲透膜的最初模型誕生。
反滲透膜工作原理
1968年，美國阿波羅登月的各項技術(shù)準(zhǔn)備都緊鑼密鼓地開展著，其中最讓人頭痛的難關(guān)竟是最普通的水。當(dāng)年阿波羅登月計劃的人員和設(shè)備的總需水量，竟達(dá)到6噸之多。航天是一項對重量要求很高的工作。
畢竟宇航員多一斤肥肉，發(fā)射成本可能就要多上百萬美元，更別說以噸計的水了……
胖子感受到來自這個世界的惡意
如何回收提純工業(yè)廢水、洗漱用水和尿液成為最大的攻關(guān)課題。于是反滲透膜這一技術(shù)很快被引用到宇航領(lǐng)域。
宇航員在無重力環(huán)境喝水
采用反滲透技術(shù)將使用過的污水，包括尿液等排瀉物，凈化處理，成為達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)的再生水，使太空船不用運載大量的飲用水升空，為阿波羅登月計劃做出了巨大貢獻(xiàn)。
美國絕密專利
幾十億美元的投入終結(jié)碩果，就是反滲透膜制水技術(shù)。在當(dāng)時此項技術(shù)被美國宇航局列為絕密等級專利。
反滲透技術(shù)在航天領(lǐng)域成功應(yīng)用之后，又轉(zhuǎn)移到軍工領(lǐng)域，自70年起開始裝備美國潛艇、航母和作戰(zhàn)艦艇，用于海水直接制成飲水，在美國人們把反滲透形象的比喻為“體外腎臟”。
我國在90年代初開始引進(jìn)此項技術(shù)，裝備軍艦和潛艇。92年，中南海建立了一座反滲透水廠，保證國家領(lǐng)導(dǎo)人飲水安全，同時為外賓提供飲水，從此反滲透技術(shù)走進(jìn)了新華門，如今，反滲透技術(shù)被應(yīng)用于凈水器的生產(chǎn)中，從此也走進(jìn)了千家萬戶。
是不是深刻感受到了大自然那種神奇而又神秘的力量?敬畏自然，是人類早晚應(yīng)該明白的一件事。
反滲透系統(tǒng)常見問題分析
1泥砂顆粒及無機膠體污染
現(xiàn)象和癥狀：
– 泥砂顆粒堆積在第一段的前幾支膜元件的進(jìn)水端
– 系統(tǒng)壓力將偏大，系統(tǒng)脫鹽率偏低
– 膜元件解剖后，膜表面和進(jìn)水流道附著可見污染物
? 原因：
– 預(yù)處理失效或設(shè)計存在缺陷
– 多介質(zhì)過濾器/活性炭床反沖洗和快洗不充分
– 進(jìn)水的SDI值偏高
– 硬砂顆粒機械擦傷膜片
? 清洗或解決方案：
– 難以化學(xué)清洗恢復(fù)，可以嘗試采用酸堿清洗
– 加強介質(zhì)過濾器/活性炭床反沖洗
– 加強SDI值監(jiān)控
– 加強保安過濾器的監(jiān)控和更換。
2預(yù)處理活性炭破碎泄漏
現(xiàn)象和癥狀：
– 黑色物質(zhì)堆積在第一段的前幾支膜元件的進(jìn)水端
– 系統(tǒng)壓力將偏大，產(chǎn)水量偏少，系統(tǒng)脫鹽率偏低
– 膜元件解剖后，膜表面和進(jìn)水流道附著活性炭顆粒
? 原因：
– 不正確或不充分的活性炭床反沖洗和快洗
– 長時間運行后，活性炭由于和氯或臭氧反應(yīng)消耗導(dǎo)致破碎機械強度下降而破碎。
– 炭粒機械擦傷膜片
? 清洗或解決方案：
– 難以化學(xué)清洗恢復(fù)
– 更換新活性炭;充分的炭床反沖洗;加強保安過濾器的監(jiān)控和更換。
3無機結(jié)垢-碳酸鹽鈣垢(CaCO3)
結(jié)垢常常發(fā)生在最后一段，然后逐漸向前一段擴散，含鈣、重碳酸根或硫酸根的原水可能會在數(shù)小時之內(nèi)即因結(jié)垢堵塞膜系統(tǒng)
酸洗pH值對去除碳酸鈣垢的影響
? 現(xiàn)象和癥狀：
– 系統(tǒng)產(chǎn)水量低，脫鹽率下降，壓降增加。
– 膜元件變重
? 原因：
– RO進(jìn)水三高(高硬度;高pH;高堿度)
– RO系統(tǒng)高回收率
? 清洗或解決方案：
– 系統(tǒng)可用酸進(jìn)行清洗恢復(fù)。
– 應(yīng)降低進(jìn)水的三高(高硬度;高pH;高堿度) 和RO系統(tǒng)回收率
– 調(diào)整阻垢劑的加入量
4無機結(jié)垢-硫酸鈣垢(CaSO4)
無機結(jié)垢硫酸鋇/硫酸鍶垢(BaSO4/SrSO4)
現(xiàn)象和癥狀：
– 系統(tǒng)產(chǎn)水量低，脫鹽率下降，壓降增加。
– 膜元件變重
? 原因：
– RO進(jìn)水鈣、鋇、鍶、硫酸根含量高
– RO系統(tǒng)高回收率導(dǎo)致超過溶解限制
– 阻垢劑失效
? 清洗或解決方案：
– 系統(tǒng)很難進(jìn)行清洗恢復(fù)。
– 應(yīng)降RO系統(tǒng)回收率
– 調(diào)整阻垢劑的加入量或更換阻垢劑
5微生物污染
膜元件解剖后，膜表面和進(jìn)水流道附著粘稠狀物質(zhì)，并伴有臭味。
堿洗pH值對去除生物污染的影響
現(xiàn)象和癥狀：
– 系統(tǒng)產(chǎn)水量低，脫鹽率下降，壓降增加。
– 壓力容器開啟或膜元件解剖后，有臭味。
? 原因：
– 進(jìn)水中富含營養(yǎng)物質(zhì),例如TOC和COD偏高
– 進(jìn)水或阻垢劑中含有微生物。
? 清洗或解決方案：
– 清洗并消毒整個系統(tǒng)，包括預(yù)處理和膜本體部分，同時應(yīng)注意如
果清洗和消毒不徹底，會出現(xiàn)迅速的重新污染
– 系統(tǒng)可用強堿進(jìn)行清洗恢復(fù)，例如采用PH=12-13的堿液清洗。
– 安裝或優(yōu)化預(yù)處理以應(yīng)對原水的微生物污染
– 消除微生物的來源
– 使用抗污染膜元件(FR系列)。
– 采用非氧化性殺菌劑，例如：DBNPA進(jìn)行定期沖擊式殺菌。
6鐵污染
被鐵污染的膜元件，膜表面為紅褐色，進(jìn)水流道呈淺紅色
被鐵污染的膜元件的膜表面為紅褐色，滴加酸后露出膜片的真面目。
現(xiàn)象和癥狀：
– 系統(tǒng)脫鹽率低，產(chǎn)水量降低
– 壓力容器開啟后，膜元件端面呈紅褐色
– 膜元件解剖后，膜表面呈紅褐色
? 原因：
– RO進(jìn)水中含有過量的鐵
– 預(yù)處理系統(tǒng)中的管道或壓力容器腐蝕
? 清洗或解決方案：
– 膜系統(tǒng)可以采用酸性NaHSO3(PH<5)或H3PO4以及檸檬酸清洗恢復(fù)。
– 有時候鐵會加速膜的氧化導(dǎo)致膜元件不可恢復(fù)性的損傷
7壓降(ΔP)過大
玻璃鋼外殼沿軸向破裂, 進(jìn)水端污染嚴(yán)重
出水端抗壓力器(ATD)沖掉，濃水流道網(wǎng)格沖出
對膜元件破壞性分析發(fā)現(xiàn)：黑色粘稠液體流出。整個膜元件內(nèi)部完全被污染，膜葉之間(進(jìn)水流道)布滿黑色粘稠物質(zhì)。無臭味，排除生物污染，確認(rèn)為無機污染物嚴(yán)重污堵進(jìn)水流道導(dǎo)致的高壓降所致。
? 現(xiàn)象和癥狀：
– 系統(tǒng)脫鹽率大幅下降，有時候伴隨產(chǎn)水量增加。
– 膜元件解剖后，膜表面出現(xiàn)氣泡和分層
? 原因：
– 系統(tǒng)設(shè)計缺陷，例如產(chǎn)水管道上的止回閥安裝位置不合理。
– 不正確的操作，例如清洗完畢后忘記開啟產(chǎn)水閥門。
– 不可預(yù)測的機械故障
? 清洗或解決方案：
– 膜元件被不可恢復(fù)性的損傷，難以修復(fù)，只能更換膜元件。
8產(chǎn)水背壓
產(chǎn)水管道上安裝截止閥，操作人員在系統(tǒng)清洗過程中關(guān)閉此截止閥，清洗關(guān)閉完畢后忘記開啟，隨后停機后重新啟動系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)脫鹽率下降。
產(chǎn)水背壓損壞的膜表面通常看到平行于產(chǎn)水管的膜最外邊出現(xiàn)拆痕，常常靠近最外側(cè)的膜袋粘接線處。膜的破裂最有可能出現(xiàn)在進(jìn)水側(cè)、最外側(cè)和濃水側(cè)這三處粘接密封線附近，其他位置受到進(jìn)水網(wǎng)絡(luò)地支撐，很多網(wǎng)格的小格內(nèi)就會出現(xiàn)很多氣泡狀剝離和分層
為了預(yù)防產(chǎn)水背壓，可以采用以上兩種措施：在產(chǎn)水管道的合理安裝止回閥，或三向閥。
現(xiàn)象和癥狀：
– 系統(tǒng)脫鹽率大幅下降，有時候伴隨產(chǎn)水量增加。
– 膜元件解剖后，膜表面出現(xiàn)氣泡和分層
? 原因：
– 系統(tǒng)設(shè)計缺陷，例如產(chǎn)水管道上的止回閥安裝位置不合理。
– 不正確的操作，例如清洗完畢后忘記開啟產(chǎn)水閥門。
– 不可預(yù)測的機械故障
? 清洗或解決方案：
– 膜元件被不可恢復(fù)性的損傷，難以修復(fù)，只能更換膜元件。
9膜氧化
遭氧化傷害的膜元件采用真空試驗等機械的方法是檢測不出來的，這類化學(xué)性的傷害，可通過對膜元件或其中的小片膜樣品經(jīng)過Fujiwara試驗評測顯示出來，如Fujiwara實驗中實驗溶液變成粉紅色,證明膜片已被氧化。
膜氧化(由余氯導(dǎo)致)
原子光譜化學(xué)分析法(ESCA):
未經(jīng)污染或氧化的新膜片應(yīng)該僅由C, O, N 和H組成，沒有其它元素。對于使用過的膜片，可以通過分析膜材料中的增加的元素種類和含量，來確定膜片是否被氧化或污染。原子光譜化學(xué)分析法(ESCA)證明膜片被氯氧化
現(xiàn)象和癥狀：
– 系統(tǒng)脫鹽率大幅下降，同時伴隨產(chǎn)水量增加。
– 膜元件解剖后， Fujiwara實驗中實驗溶液變成粉紅色，原子光
譜化學(xué)分析法(ESCA)發(fā)現(xiàn)氯元素。
? 原因：
– RO系統(tǒng)前的脫氯措施出現(xiàn)問題，例如，活性炭失效或NaHSO3
量不足。
– 膜元件接觸到強氧化劑。
? 清洗或解決方案：
– 膜元件被不可恢復(fù)性的損傷，難以修復(fù)，只能更換膜元件。
來源:水世界訂閱號
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