反渗透膜去除无机物的原理及预处理内容分析

反渗透(RO)非常致密,对病毒、噬菌体和细菌具有非常高的脱除率,至少在3log以上(脱除率>99.9%)。但是还须注意的是,在很多情况下,膜产水侧仍可能会出现微生物再次滋生,这主要取决于装配、监测和维护的方式,就是说,某一个系统的脱除微生物的能力关键取决于系统设计、操作和管理是否恰当而不是膜元件本身的性质。

1、反渗透基本原理

当纯水和盐水被理想半透膜隔开,理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过,此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧,这种现象称为渗透,若在膜的盐水侧施加压力,那么水的自发流动将受到抑制而减慢,当施加的压力达到某一数值时,水通过膜的净流量等于零,这个压力称为渗透压力,当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时,水的流向就会逆转,此时,盐水中的水将流入纯水侧,上述现象就是水的反渗透(RO)处理的基本原理。

2、反渗透简介

RO(Reverse Osmosis)反渗透技术是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术,源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究,后逐渐转化为民用,目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。

RO反渗透膜孔径小至纳米级(1纳米=10-9米),在一定的压力下,H2O分子可以通过RO膜,而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜,从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。

RO膜过滤后的纯水电导率 5 s/cm, 符合国家实验室用水标准。再经过原子级离子交换柱循环过滤,出水电阻率可以达到18.2M .cm,超过国家实验室一级用水标准(GB682—92)。

3、 渗透预处理目的及考虑因素

使用反渗透系统时,尤其应注意原水预处理。为了避免堵塞反渗透系统,原水应经预处理以消除水中的悬浮物,降低水的浊度;此外,还应进行杀菌以防微生物的孽生长大。

由于反渗透对原水中的悬浮物的要求很高,所以常用一种水质对受悬浮物污染情况的污染指数来对水质进行检测。此法实质上是测定反渗透系统受水中悬浮物的污堵的情况。进入反渗透系统水的污染指数以不大于5为宜,建议值一般小于3。预处理时还应该考虑到进水的pH值。各种半透膜都有其最适宜的运行pH值,故需按反渗透膜的要求,调节进水的pH值。预处理时还应该考虑到进水的温度。膜的透水量是随水温的增高而增大的,但温度过高会加快醋酸纤维素膜的水解速度,且使有机膜变软,易于压实。所以,对于有机膜来说,通常将温度控制在约20—40℃范围内为宜,复合膜温度控制在约5—45℃范围内为宜。

反渗透膜分离技术是利用反渗透膜原理进行分离的,具体特点如下:

1、在常温不发生相变的条件下,可以对溶质和水进行分离,适用于对热敏感物质的分离、浓缩,并且与有相变化的分离方法相比,能耗较低。

2、RO反渗透膜分离技术杂质去除范围广。

3、较高的脱盐率和水回用率,可截留粒径几个纳米以上的溶质。

4、利用低压作为膜分离动力,因此分离装置简单,操作、维护和自控简便,现场安全卫生。

反渗透系统要求的预处理内容有哪些?

为使反渗透设备正常运行,必须对其进水进行必要的处理,将能够影响膜分离功能的各种有害因素加以消除或减少到最低程度。预处理的内容主要包括:

去除油类物质:废水中的浮油、乳化油及其类似的油类和阳离子表面活性剂等有机物易于被R0膜粘附,即使化学清洗也难以完全清理干净,时间一长必然会严重影响膜通量。可以采用混凝、沉淀或气浮、过滤、活性炭吸附、MF、UF等措施解决。

去除过量的SS:在反渗透装置中,水流通道极其微小,SS易于沉积。细小的沙粒等硬颗粒杂质还会对不对称膜形成划伤,使反渗透除盐率下降,影响出水水质。除了可以采用混凝、沉淀或气浮、过滤、活性炭吸附、MF、UF等措施外,反渗透进水前都要设置一台5μm的保安过滤器。

调节pH值:不同R0膜对进水pH值的要求也不同,必须根据所使用R0膜的性质将进水的pH值调整到适当的范围内。

控制水温:进水水温升高,水的粘滞系数下降,可以提高膜通量,但温度过高又会对R0膜产生不利影响,一般不能超过40℃,如果超过40℃应当采取降温措施。

投加阻垢剂:水中的钙、镁、铁、锰等成分经过RO膜浓缩后,形成的碳酸盐、硫酸盐或氢氧化物等水垢能够堵塞R0膜上的微孔或覆盖在膜表面上,最终导致膜通量的下降。可以通过在进水中投加阻垢剂的方法予以解决。

投加消毒剂:R0膜组件内的水流相对缓慢,很容易造成细菌的滋生和繁殖。通常可以采用使进水中保证O.5~1mg/L余氯的方法进行消毒,控制进水处于无菌状态,但为防止消毒剂及其他氧化剂对RO膜造成损害,在进入R0膜之前还要再投加适量的还原剂。

当原水中所含的难溶解性盐类含量较高时,要有防止在反渗透膜浓水侧出现水垢的措施。具体方法有:

①加酸(一般用盐酸)将进水pH值调整到5.5;

②进水中加石灰软化或投加阻垢剂;

③对进水采用阳离子树脂或纳滤进行预处理使进水软化或脱碱。

生物污染往往是R0膜使用中最突出的问题,可以引起过水通量的下降,甚至污染透过水水质,由于生物膜很难去除,因此生物污染的预防必须以预处理为主要手段。尤其是在废水深度处理使用R0膜时,虽然现在使用的RO膜大多是进口的抗污染膜,但由于进水中的微生物含量丰富,即使经过微滤、超滤等预处理,进水中不可避免地存在微生物。通常可以采用使进水中保证O.5~1mg/L余氯的方法(在进入RO膜之前再用还原剂还原),并定期使用非氧化型消毒剂对膜进行清洗
 

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