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反渗透膜有机污染的控制方法


随着水资源的短缺,海水淡化和污水回用已越来越受到人们的重视。在海水淡化和污水回用中,反渗透被认为是一种可行且有效的技术。然而,在反渗透系统的运行过程中,不可避免地存在膜污染问题,成为制约其应用的瓶颈。膜污染不仅会降低产水量和产水水质,还增加了操作压力,致使水处理成本增加,同时还会对膜本身产生影响。

有机污染是海水淡化和污水回用面临的最大也最难解决的问题。目前,反渗透膜有机污染控制方法主要有进水预处理、操作条件优化、添加阻垢剂、膜表面改性、清洗等,均能在一定程度上减缓反渗透膜的有机污染。

1 进水预处理
反渗透膜的性能与进水水质息息相关,因此对进水进行预处理是十分必要的。传统的预处理方法包括调节pH、混凝、深层过滤、吸附、溶气气浮和低压膜过滤(超滤和微滤)等,可以对悬浮固体、浊度和有机物等进行有效的去除。用超滤、磁性离子交换树脂-超滤和磁性离子交换树脂-混凝-超滤对反渗透进水进行了预处理。超滤能够有效去除进水中的高分子质量天然有机物,在试验时间内(48 h)控制反渗透膜的有机污染。在超滤前加磁性离子交换树脂处理可以增加对相对分子质量大约在700~900的中分子质量天然有机物以及相对分子质量低于200的低相对分子质量天然有机物的去除。而磁性离子交换树脂-混凝-超滤与磁性离子交换树脂-超滤相比,仅仅略微提高了对中相对分子质量以及低相对分子质量组分的去除。两种组合工艺均能减缓反渗透膜的有机污染。

2 优化操作条件
反渗透系统的操作条件,包括温度、错流速率、初始通量,会影响反渗透膜的有机污染程度。因此,在满足生产需要的基础上,控制初始通量略低于临界通量(critical flux),较高的错流速率和合适的温度均利于减缓反渗透膜的有机污染。

3 添加阻垢剂
阻垢剂常用于控制反渗透膜无机盐垢污染,如CaCO3垢、CaSO4垢、BaSO4垢、硅垢等,相关的研究报道也较多。然而,关于用阻垢剂来减缓有机污染的研究却很少,但其却是一种控制反渗透膜有机污染的有效方法。

4 膜表面改性
反渗透膜的污染与其表面性质关系密切。一般来说,膜表面亲水性越强污染阻力越大,表面越平滑污染几率越低,静电斥力越高污染速率越低。因此,常结合处理对象对膜进行改性,以提高反渗透膜的抗污染能力。

5 清洗
尽管对膜污染的控制做了许多努力,如改善膜性能、优化操作条件和进水预处理,但膜污染仍不可避免。因此,为了确保膜技术的成功应用,对膜进行化学清洗以除去表面污染层是十分必要的。
6 结语
反渗透膜的有机污染是由有机物在膜表面的吸附而形成的,其不仅会导致反渗透膜水通量的快速、大幅降低,而且被有机物污染后的膜很难被清洗干净,几乎不可逆。因此,加强反渗透系统进水中有机物种类和浓度的监测,同时选择适当的控制方法就显得十分必要。目前,关于反渗透膜有机污染控制的研究较多,均从不同的角度提出了有效的方法,笔者认为,需从反渗透技术自身出发,选择新的膜材料、改善界面聚合工艺,同时对已经成熟的膜进行适度的表面改性,以提高反渗透膜的抗污染能力。另外,反渗透膜有机污染的清洗方法也是今后的研究方向之一。

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