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摘要：反渗透膜技术是目前应用最为广泛的一种膜分离技术，在电力、冶金、电子、制药等多个工业领域的水质处理中较为常见，但反渗透膜在系统运行过程中不可避免会产生膜元件污染问题，其中化学清洗是提高反渗透膜元件各项性能的有效方式。基于上述背景，本文简要概述了反渗透膜的污染原因及化学清洗方法，以期能使被污染的膜元件恢复至较高水平。
关键词：反渗透膜；污染原因；化学清洗方法
前言
反渗透技术作为膜分离技术的一种，近年来应用日渐广泛，该技术的应用原理为：如果溶液渗透压小于系统所加压力，水分子可穿过半透膜，但是水中的有机物、病毒、重金属离子和胶体等杂质则无法通过，以此加以区别纯水和浓缩水，最终达到水质分离净化的效果。该技术日渐成熟，在废水处理、浓缩和物质回收等领域应用效果明显。但是反渗透膜运行中必然存在污染，相关人员必须采取有效的清洗方法，以此保证反渗透膜技术的有效应用。
1反渗透膜污染原因
一般认为有三种情况可使反渗透膜性能下降，一是膜本身发生的化学变化，包括膜的水解、游离氯等的氧化以及强酸强碱的作用;二是膜本身发生的物理变化，包括压密、反压力作用使膜被破坏;三是膜受污染，包括结垢物、微生物、胶体、悬浮物、有机物等在膜表面及内部污染而致使膜堵塞。在反渗透膜运行中多存在金属氧化物、无机物垢、微生物和胶体等阻塞或者污染，这些物质在膜表面会出现沉淀，从而导致反渗透膜脱盐率降低和产水量下降。通常情况下，膜污染对出水水质和膜的使用寿命造成严重影响，因此成为运维管理的重点与难点。并且在日常管理中，如果反渗透膜性能明显下降，当脱盐率降低10%，或者产水量降低10~15%（相较于设备初始值或者前一次清洗后情况而言）时，工作人员必须进行科学清洗，从而恢复反渗透系统的性能。根据以往经验而言，反渗透膜污染物的成为主要为如下方面：
1.1截留物阻挡，以螺旋卷式膜和平面板式膜为例，两者料液流道间存在塑料隔网，在很大程度上起到增大湍流的作用，但是在处理过程中会出现截留，使得污染物受隔网影响沉积下来；
1.2对流沉积，反渗透膜是一个错流分离的过程，当含有多种污染粒子的浓水穿过膜表面时，膜会吸附水中的粒子，从而形成对流沉积，是造成反渗透污染物的重要原因；③浓差极化，在浓差极化作用下，邻近膜表面溶质的浓度会提高，从而增大了边界层的流体阻力，进而降低传质推动力，最终导致污垢沉积。
2化学清洗方法
在进行化学清洗时，清洗药剂扩散进入污染物在膜表面形成的沉积层并与污染物发生化学反应。清洗药剂的扩散速度取决于包括清洗液湍流特性在内的不同因素。在水解、溶解和分散等化学反应的作用下污染物被从反渗透膜表面去除。
2.1化学清洗药剂的选择
在化学清洗过程中药剂的选择占据重要地位，通常情况下必须根据反渗透膜的实际情况进行选择，具体选择可参考如下判断标准：
①在清洗中工作人员可根据反渗透进水水质加以判断；
②在系统全面的膜元件清洗之前，工作人员可从系统中选择一或者两支膜元件，以此为样片进行清洗试验，根据试验结果判断选择最佳清洗药品。
2.2常规化学清洗试剂
通常情况下，在化学清洗过程中工作人员主要选择酸、碱、氧化剂和表面活性剂，根据结垢污染性质有针对性地选择相应的化学试剂。比如对于一般无机物结垢污染，以酸清洗为主；而对于微生物或者有机物污染，则需要选择碱清洗；同时工作人员还可选择其它药品，将氨水加入到酸性洗液之中，从而排除单纯酸性洗液形成难溶性亚铁柠檬酸盐的问题，还可将EDTA加入到碱性洗液之中，以此有效去除硫酸盐垢、有机物和胶体等。此外，如果在清洗过程中使用硫酸，则很容易出现硫酸钙沉淀，所以尽量避免选择硫酸作为清洗剂。因此在清洗过程中应利用膜系统的产水配制清洗液，并且也可根据实际情况以预处理水配制清洗液。
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2.3清洗流程
当进行膜件化学清洗时，主要流程为如下六个方面：
①配制清洗液；
②串联清洗一级膜和二级膜，并将清洗泵作为增压装置，同时当清洗开始时，工作人员必须对清洗液进行排放操作，排放不得流回清洗水箱，并且有效控制排放量，以清洗液的30%为宜；
③实施闭路循环，工作人员关闭排放阀，并保证全部闭路循环1~2h，并保证循环后清洗液留回清洗水箱；
④清洗后工作人员将水箱中的残夜排尽，可选择用水低压冲洗的方式，其中pH值以7为宜，同时对水箱进行充分清洗，并配置其他药液；
⑤进行二次冲洗，参照上述流程，工作人员利用配置的其他药液进行冲洗；
⑥恢复使用反渗透装置，在恢复使用之前对反渗透装置进行有效调节，重点对产水和浓水进行调节，将其排放至地沟。
3化学清洗注意事项
日常操作时必须测量和记录每一段压力容器间的压差(ΔP)，随着元件内进水通道被堵塞，ΔP将增加。需要注意的是，如果进水温度降低，元件产水量也会下降，这是正常现象并非膜的污染所致。预处理、压力控制失常或回收率的增加将会导致产水量的下降或透盐量的增加。当观察到系统出现问题时，此时元件可能并不需要清洗，但应该首先考虑这类原因。
3.1清洗药剂的选择
应谨慎选择清洗所用药剂，而且清洗时应严格遵守药品的使用说明和工艺条件，并要仔细观察清洗时清洗液的温度和pH变化。在对大型系统清洗之前，建议从待清洗的系统内取出1支膜元件，进行单个膜元件清洗效果试验，确认清洗效果后再实施整套系统的清洗。在酸洗过程中，应随时检查清洗液pH变化，当在溶解无机盐类沉淀消耗掉酸时，如果pH的增加超过0.5个pH值单位，就应该向清洗箱内补充酸，酸性清洗液的总循环时间不应超过20min，超过这一时间后，清洗液可能会被清洗下来的无机盐所饱和，而污染物就会再次沉积在膜表面，此时应用合格预处理产水将膜系统及清洗系统内的第一遍清洗液排放掉，重新配置清洗液进行第二遍酸性清洗操作。如果系统必须停机24h以上，则应将元件保存在1%(质量比)的亚硫酸氢钠水溶液中。在对大型系统清洗之前，建议从待清洗的系统内取出一支膜元件，进行单元件清洗效果试验评估
3.2清洗液的洁净度
清洗效果直接受到清洗液影响，在清洗液中包含较多的颗粒物或者杂质，容易对系统产生二次污染的危害，甚至会使得膜表面出现机械性损伤。因此在清洗过程中，尤其对于反向清洗液而言，应尽量降低其中的小分子杂质。根据具体经验而言，膜系统的产水为较为适宜的清洗溶液，或者根据清洗需要，工作人员在配置清洗液时也可利用合格的预处理产水。
3.3清洗流动方向和顺序
在清洗过程中，通常要求清洗的流动方向与系统正常运行的水流方向相同，只有当组件的进料端被严重污堵时，工作人员才会采取反向清洗，并且在清洗过程中应避免在膜的透过液一侧施压，以此防止出现膜本身机械性损伤。同时反向清洗主要将清洗液由膜组件的浓排端泵入，并在外侧实现组件内循环，保证清洗液可在膜表面以适当的流速流动，并形成冲刷力，进而排除膜表面和系统内部的污染物。此外，对于清洗顺序而言，大多数化学清洗采取碱法和酸法交替进行的方式，但是在具体操作中不得连接进行。较为合理的清洗顺序为：酸洗→水洗至呈中性→碱洗→水洗至呈中性，或碱洗→水洗至呈中性→酸洗→水洗至呈中性。如果污染物中含有油类，应先用高pH后用低pH清洗液清洗。
3.4清洗液的温度
清洗液的温度对清洗效果的影响极大。在合理的温度范围中，尽可能地提高清洗液温度可更有效地恢复膜的原有性能。这是因为:较高的清洗温度可以使清洗液的溶解度和洗涤能力有所提高;另外，高于正常工作温度的清洗液有助于膜微孔的扩张，促进微孔内污物的排出。
3.5清洗顺序
膜分离系统的化学清洗，大多数情况下采用酸法、碱法交替进行的方法，但一定要注意酸法、碱法不能连接进行。合理的清洗顺序为:酸洗—水洗至呈中性—碱洗—水洗至呈中性或碱洗—水洗至呈中性—酸洗—水洗至呈中性。
3.6冲洗
在清洗化学药品与膜元件循环之后，应采用高品质的不含余氯等氧化剂的水对膜元件进行冲洗(最低温度＞20℃)，推荐用膜系统的产水，如果对管道没有腐蚀问题时，可用经脱氯的饮用水和经预处理的给水。在恢复到正常操作压力和流量前，必须注意开始要在低流量和压力下冲洗大量的清洗液。此外，在清洗过程中清洗液也会进入产水侧，因此，产水必须排放10min以上或直至系统正常启动运行后产水清澈为止。
4结束语
综上所述，一旦反渗透膜组件出现污染或者结垢问题，会严重影响产水水质，并降低产水率，如果工作人员不及时加以处理，很容易导致膜出现不可逆的损伤，从而使得膜的使用寿命缩短。因此相关工作人员应明确膜清洗的重要性，并根据不同的膜过程研究膜污染形成原因，从而确定污染物性质和膜作用方式，在此基础上选择合适的药剂，遵循科学的清洗方式，达到良好的清洗效果。
参考文献：
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[2]赖冰冰,齐麟,杨晓伟. 反渗透膜清洗技术及研究进展[J]. 清洗世界,2014,06:1-5+46.
[3]曹红颖. 反渗透膜的污染与清洗方法[J]. 化工管理,2013,06:77.
论文作者:梁二飞, 茅李峰
论文发表刊物:《防护工程》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/17
标签：洗液论文; 系统论文; 元件论文; 反渗透膜论文; 污染物论文; 反渗透论文; 化学论文; 《防护工程》2017年第6期论文;