盘点水处理中膜污染的三种类型和对应解决方案

北极星环保网讯:膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。实际上，膜的可靠性是目前阻碍膜技术推广应用的关键之一，而污染问题又是影响其可靠性的决定性因素。据调查，就超滤而言，污染仍是其主要问题，污染的消除将使超滤过程效率提高30%以上，使投资减少15%，而且能提高分离效果，使超滤范围拓宽。对膜污染种类及其成因的具体分析，将有助于采取合适的措施减弱或消除它的不良影响。

1、沉淀污染

以压力为推动力的膜分离技术有反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)。根据不同膜与水中微粒的相互关系，可知沉淀污染对RO和NF的影响尤为显著。

当原水中盐的浓度超过了其溶解度，就会在膜上形成沉淀或结垢。普遍受人们关注的污染物是钙、镁、铁和其它金属的沉淀物，如氢氧化物、碳酸盐和硫酸盐等。

设在溶液中有化学反应：

x A y- +y B x+ =A x B y

当不考虑盐类之间的相互作用时，溶度积K sp = γx A [Ay-] x γy B [B x+ ] y 为常数。其中，γA 、γB  为自由离子A和B的平均活度系数;[A]、[B]为溶液中的摩尔浓度;x、y为化学配比系数。平均活度系数可用离子强度的函数来估测：

logγA =-0.509 Z A I 1/2

logγB =0.509 Z B I 1/2

ZA 、ZB 为自由离子的化合价。对稀溶液，如大多数天然水体，其活度系数γA 、γB 近似等于1。

由阻截率知：

R=1-Cp /C f (1)

设系统回收率为r，由物料平衡，知：

C f -(1-r)C r =rCp (2)

由式(1)、(2)可得：

C r =C f [1-r(1-R)]/(1-r) (3)

由(3)式可以看出，浓缩液中截留盐浓度C r ，随进水浓度C f ，回收率r和截留率R的增加而增加。此时，被截留的浓缩液溶度积K spr =γ A x  [Ay- ] x r γ B y [B x+ ] r y 。当浓缩液溶度积K spr 与溶液溶度积K sp 的比值大于1时，就存在着盐析出的可能性。

实际上，方程(3)低估了促进沉淀生成和结垢的盐浓度，因为其推导中未考虑浓度极化。鉴于这个原因，引入浓度极化因子PF(边界层与溶液中浓度之比值，大于1，PF值通常可用回收率r的指数函数的形式来估计，

PF=exp(K×r) (4)

其中K为半经验常数，对于商业应用的RO膜组件，取值为0.6～0.9，结垢在RO装置的最后几个单元中(即在浓度最高的地方)最先形成。

避免沉淀污染的方法主要是减少离子积中阳离子或阴离子的浓度。

例如，添加酸可减少氢氧化物和碳酸盐的浓度，使金属离子沉淀难以生成。原水可通过石灰软化沉淀或离子交换等预处理方法去除易结垢的金属离子(如Ca 2+ 、Mg  2+等)。还可以加入阻垢剂，例如磷酸六甲基，以阻碍沉淀生成。

2、吸附污染

有机物在膜表面的吸附通常是影响膜性能的主要因素。随时间的延长，污染物在膜孔内的吸附或累积会导致孔径减少和膜阻增大，这是难以恢复的。腐殖酸和其他天然有机物(NOM)  即使在较低浓度下，对渗透率的影响也大大超过了粘土或其它无机胶粒。

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