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'第16卷第2期扬州职业大学学报Vo1．16No．22012年6月otlnlalofYangzhouPolytechnicCollege．fun．2012反渗透系统的效能影响因素分析王鹏，李松良，华常春(扬州职业大学，江苏扬州225009)摘要：从膜自身的结构特性、膜系统运行的条件以及进水水质等方面，对反渗透效能具有影响作用的因素进行分析，找出具体的解决办法和适"3-的操作条件，使其在使用过程中增强反渗透膜的抗污染性、延长使用寿命、降低清洗的次数。关键词：反渗透系统；膜污染；表面特性；膜通量；透水性中图分类号：TQ028．8文献标识码：A文章编号：1008—3693(2012)02—0038—05AnalysisofFactorsInfluencingEficiencyofReverseOsmosisSystemWANGPeng，LISong—liang，HUAChang-chun(YangzhouPolytechnicCollege，Yangzhou225009，China)Abstract：Analysisoffactorsinfluencingreverseosmosiseficiencyismadeinthisarticlemainlyfromthestructuralcharacteristicsofmembraneitself，workingconditionsofmembranesystemandqualityofincomingwater．Then，thespecificsolutionsandproperoperatingconditionsareachieved，whichcanenhancepollutionresistibilityofreverseosmosismembrane，extendservicelifeandreducewashingtimesintheworkingprocess．Keywords：reverseosmosissystem；membranefouling；surfacecharacteristics；membraneflux；waterperme·ability反渗透是利用反渗透压作用从溶液中分离出膜亲水性增强。溶剂的膜分离操作。与其他膜(纳滤、超滤、微KimSung—Ho成功地将纳米TiO，与反渗滤)相比，具有更小的膜孔径，可有效去除水中盐透膜相结合，研究发现这种纳米处理技术改善了类、小分子酸、醛等有机物和胶体。目前，其应用膜的抗污染性能。KooJaYoung等以多元胺为范围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩、生媒介，利用残留在膜表面酰氯基与多元胺的端氨化和生物制剂的分离和浓缩以及造纸、电镀、石油基反应，向膜表面引入各种各样的亲水性基团，这化工、制药、印染等工业废水和城市生活污水的处些基团的存在改变了膜表面的电性，可以用来定理J。随着膜应用的广泛，膜污染问题也成为反制反渗透膜对特定污染物的抗污染性能。渗透效能进一步提高的瓶颈。Lee等的研究表明原水的化学组成对反渗Gilron等采用氧化还原法(以K2S2O8和透膜的藻酸盐污染层影响很大。在较低pH值、KSO作为引发剂)在TFC聚酰胺膜表面接枝具高的离子强度以及存在ca的情况下反渗透膜有亲水性的支链，使膜表面粗糙度降低，从而减弱的藻酸盐污染都会加剧。了污染物在膜表面的吸附。同时，膜接触角减小，Ang等和Mo等的试验均表明，当pH值收稿日期：2012一O1—30作者简介：王鹏(198O一)，男，扬州职业大学土木建筑系讲师。基金项目：扬州市科技计划项目(YZ2010078)。 第2期王鹏等：反渗透系统的效能影响因素分析39为BSA的等电点时，污染迅速，产水通量降低很共混控制聚酰胺链结构，进而控制亲水性基团与快。当pH值大于BSA的等电点时，由于BSA的疏水性基团比例，使膜的亲水性达到最佳。解链作用以及较强的静电排斥使得污染层呈现多1膜污染分类及处理方法孔疏松的结构，产水通量下降缓慢。而当pH值介于BSA的等电点和RO膜的等电点之间时，静膜污染通常会引起膜通量下降、分离率降低。电吸引作用会加速污染物质在膜表面的沉积。膜系统在运行过程中，各种污染类型相互作用，共Kim等用间胺基苯乙烯聚合物和间苯二胺同发生，对RO膜系统的影响结果也不同。表1混合多元二胺溶液，与均苯三甲酰氯和苯甲酰氯就膜污染的成因和处理方法进行了分类和归混合酰氯溶液制备反渗透复合膜活性皮层，通过纳]。表1RO膜污染成因与处理方法化学污染是指进水中某些物质与膜面发生化就常见的化学污染的原因及处理方法进行了归纳学反应，从而引起沉积、沉淀以及膜表面的非常规和总结¨。化学污染处理主要从系统预处理的老化，使膜表面发生污染或使膜的性能变差。表2完善及操作人员技术水平的提高来进行预防。表2RO膜化学污染原因和处理方法通过表面涂层、接枝、水解等表面改性技术，可有2膜表面特性对RO膜性能的影响效实现对反渗透复合膜表面性质的调控和加工，反渗透复合膜的表面特性(如表面粗糙度、改进和优化复合膜表面的粗糙度、亲水性、电荷等亲水性、表面电荷等)对反渗透膜的通量、截流率特性，可实现对复合膜性能的改善和优化。表3和抗污染性能等具有很大影响，光滑、亲水性、电归纳了反渗透复合膜表面特性对反渗透膜效能的中性的膜具有较好的分离性能，特别是抗污染性。影响及其改性方法¨。 40扬州职业大学学报第16卷光滑表面的反渗透复合膜具有较好抗可提高膜的亲水性或可涂覆物质具有较大选择性，操作简单，改性初期的表面减小其粗糙度。有利效果较好；但表面涂覆增加了渗透阻力，同时涂覆的粗糙度蓑霪涂层于提高膜的抗污染性改性剂易从膜表面脱落，随着使用时间的延长，性能但膜较易受到胶体和生物的污染和渗透通量逐渐衰减，得不到长期改性效果耄奏墓毳篓星大通量，随着pH的进一步增加，脱盐率开始下3运行参数对RO膜性能影响降，在碱性(pH>7)条件下，下降的幅度大于在酸反渗透膜的污染因素错综复杂，类型多种多性(pH<7)条件下的增加幅度(如图1所示)。样。在实际运行中，运行条件(如温度、压力、pH由此可以看出，在较高或较低的pH条件下，都不值、浓度等)对反渗透膜的膜通量、脱盐率、产水利于脱盐。与此同时，在pH从酸性向碱性变化电导、压差等因素有明显影响。的过程中，膜通量先下降再上升，在pH等于7时3．1温度达到最小值。因此，在进行反渗透时，必须选择合通常在相同的压力下，温度每上升或下降适的pH值，既能保证较高的脱盐率又能保证一1oC，反渗透产水量可增大或降低3％～4％。温定的膜通量，找到最好的结合点。度与通量和之问呈很强的线性关系。一般来讲温度增高脱盐率降低。这是由于当l^g温度上升时，盐的扩散速度就会增大，盐透过量增蚓加，直接表现为反渗透产水电导率升高。卿趟反渗透运行压力受温度的影响也很大，一般水温上升，渗透性能增加，在一定水通量下要求的123456789l01l净推动力减小，因此实际运行压力降低；温度升pH高，水的粘度降低，压差减小。因此，在夏季，反渗图IpH与RO膜系统脱盐翠和膜通量的关系透系统的运行压力和压差较冬季都要小。3．3进水压力反渗透膜的最高运行温度为45℃，此值为膜总的来说，以压力为推动力的膜过程，提高压厂家提供的极限温度，但一般要求长期运行温度力，渗透通量和脱盐率将会增加，而当料液浓度相要控制在40％以下，若长期处于高温条件下运对较低且渗透通量较小时，膜两侧的渗透压差很行，反渗透膜极易发生水解反应，将对膜造成不可小，与操作压力不在同一数量级，提高压力对膜的逆的破坏。渗透通量及脱盐率的提高有着十分显著的作用。3．2pH4水质对RO膜的影响李毓亮。。等人研究发现RO膜的脱盐率随着pH的升高逐渐增加，当pH在7附近时达到最水中的颗粒物、胶体、有机物大分子、无机离 第2期王鹏等：反渗透系统的效能影响因素分析41子、微生物等与膜发生物理的、化学的、机械的作表4进水浊度对RO膜的影响用，造成污染物在膜表面的吸附、沉积、堵塞等，最进水浊度对RO膜的影响躁屡S挺醚终导致膜性能的下降，分离效率降低，甚至影响膜完全小于1NTU时基本2可实O现284h反6洗4一次2O的使用寿命。保持在1NTU上下运行周期缩短到20h左右波动时4．1有机物与SDI运行周期缩短到17h左右，并需要定期浊度基本保持在杨久坡u经研究发现，原水有机物含量较低对过滤器进行强制反洗，延长气洗与反1．5NTU以上时洗的时间并增加次数时(1mg·L)，微生物污染的周期较长，而有机浊度超过2NTU并出水ss值很快超标物及微生物含量较高的地表水膜微生物污染周期继续上升时很短，只有不到3个月的时问(如图2)。由此可根据运行经验，若进水浊度在2NTU以下，通见，进水中有机物和微生物的含量越高，膜的生物过控制过滤器的运行周期，基本可以满足出水污染的周期短，因此，控制进水中有机物和微生物SS，一旦进水浊度超过2NTU并继续上升的话，出的含量有利于防止RO膜微生物污染的形成。35水SS值将很快超标。特别是针对主要由胶体物30质引起的浊度超标，对反渗透的影响更大，将造成篓2520反渗透压差快速增大，产水量下降。姜·s4．3进水盐浓度lO随着进水盐浓度的增加，反渗透膜元件的产薹so水量基本呈线性下降。李毓亮2。。经过试验，发现11．53进水TOC浓度／mgL。。给水盐浓度对脱盐率的影响呈现先快速升高后稳定再缓慢下降的趋势，反渗透膜存在一个最佳的图2进水TOC值对微生物污染周期的影响脱盐范围，即原水电导在500～10001xs·em时，脱盐率达到最佳，可达99％以上。5结语反渗透膜效能的影响因素多种多样，错综复杂。其效能主要受操作条件、原水的水质和膜表面特性等因素的影响。因此，如何对反渗透膜污1．22．53．5SDI值染进行防治，提高反渗透系统效能需要全面考虑。图3进水SDI值对微生物沔梁周期的影响(1)进水水质的好坏直接影响反渗透膜处理SDI值对膜的污染也有直接的影响，由图3的效果。进行原水处理时，需根据水质选择合适可以看出，SDI值对膜的微生物污染有较大的影的预处理工艺，尽可能地减少进入反渗透系统的响，尤其当SDI值超过3以后，膜的微生物污染周污染物，使进水水质达到膜处理进水指标。期大大缩短，因此，以地表水为原水的反渗透系统(2)当膜表面的污染物达到一定量时，选择在实际设计中应尽量控制SDI值小于2，不应超合适的清洗方法、pH值、温度、压差等进行有效的过3。清洗。清洗时需要考虑膜的耐受性，膜的清洗对4．2进水浊度于膜过滤能力的恢复起着至关重要的作用，清洗在反渗透系统中，当给水浊度大于1．0时，可效果的好坏将直接影响后续处理效果。能会有较高的污染倾向。表4中给出了不同的进(3)开发耐高温、耐污染的反渗透复合膜材水浊度运行条件对RO膜的影响。反渗透系统设料，或者通过表面改性等方法改善膜的粗糙度、电计时建议在反渗透设备系统连续运行时，给水浊负性和亲水性。预处理工艺和膜材料的改进趋向度值应控制在0．3～0．5NTU之间最好，最高限值于综合多种抗污染方法。为1．0NTU(4)通过试验研究，找到最优的操作条件，尽 42扬州职业大学学报第16卷可能地调高反渗透膜的通量和脱盐率，降低膜污hancementmechanisminmorphology—controlledThin染速度，如目前超声波对反渗透膜系统的应用。Film—Composite(TFC)membrane[J]．EnvironmentalScience＆Technology，2005，39(6)：1764—1770．(5)在新材料和传递机理研究的基础上，通[9]杨昆，郭嘉，王字彤．反渗透系统的性能变化分析及过新的功能单体的选用，有机一纳米无机材料杂量化评价方法[J]．膜科学与技术，2005，25(5)：54化和仿生材料的引入，以及制膜工艺的革新等手—58．段，反渗透复合膜的性能还会进一步改进，其应用[10]胡杰华，訾洛阳，姚翔．反渗透水处理系统的微生效果会更好，发挥的作用会更大心。物污染与防治研究[J]．现代商贸工业，2008，(6)杂化膜的出现，融合了有机材料与无机(11)：373—374．[11]周军，杨艳琴，张宏忠，等．反渗透膜污染及其清洗材料的优点，具有很大的发展潜力。的研究[J]，过滤与分离，2007，17(1)：1—4．参考文献：[12]柴海水．延长反渗透膜使用周期的研究[J]．科技情报开发与经济，2010，20(34)：181—183．[1]侯钰，桑军强，李本高．反渗透膜污染成因与防治[13]李惠琴，李虎全，李正有．对反渗透膜元件污染分[J]．工业用水与废水，2008，39(1)：23—26．析及清洗方法的探讨[J]．化学工程与装备，2010，[2]GIKONJ，BELFERS，VAISANENP，eta1．Effects(12)：100—103．ofsurfacemodificationantifoulingandperformance[14]田利，黄善锋，罗奖合，等．循环水杀菌剂对反渗透propertiesofreverseosmosismembranes[J]．Desali．膜影响的研究[J]．热力发电，2010，39(6)：29—nation，2001，140(2)：167—179．33．[3]KIMSUNGHO，KIMSOONSIK，KWAKSEUNG[15]严备齐，王志斌，靳紫阳，等．反渗透阻垢剂阻垢性YEOP．Reverseosmosismembranehavingexcellent能评价[J]．工业水处理，2010，30(1)：90—92．anti—foulingpropertyandmethodformanufacturingthe[16]张伟．反渗透膜清洗药剂和设备的研究[D]．大same：EP，1283068A1[P]．2001—07—30．连：大连交通大学，2010．[4]KOOJAYOUNG，HONGSUNGPYO，LEEJONG[17]顾久传．反渗透进口水的余氯控制[J]．水处理技HWA，eta1．Selectivemembranehavingahighfouling术，1986(05)：309—310．resistance：US，20070175820A1[P]．2006—02—01．[18]邬迪华，朱碧文，俞三传．反渗透复合膜的表面特[5]LEES，ANGWS，ELIMELECHM．Foulingofre—性及表面改性[J]．水处理技术，2009，35(5)：11—verseosmosismembranesbyhydrophilicorganicmat—20．ter：Implicationsforwaterreuse[J]．Desalination，[19]于梦婕．操作因素对反渗透膜分离性能的影响及2006，187(1—3)：313—321．模型参数分析[D]．北京：北京交通大学，2008．[6]ANGWS，ELIMELECHM．Protein(BSA)foulingof[20]李毓亮．反渗透膜污染过程与膜清洗的实验研究reverseosmosismembranes：Implicationsforwastewater[D]．大连：大连理工大学，2009．reclamation[J]．JournalofMembraneScience，2007，[21]杨久坡．反渗透膜微生物污染特性及其控制研究296(1—2)：83—92．[D]．邯郸：河北工程大学，2007．[7]MOHJ，TAYKG，NGHY．FoulingofreverseOS—[22]姜宝鑫，杨庆峰．反渗透膜生物污染的研究进展mosismembranebyprotein(BSA)：EffectsofpH，[J]．化工进展，2010，29(8)：1554—1561．calcium，magnesium，ionicstrengthandtemperahme[23]高从增，杨尚保．反渗透复合膜技术进展和展望[J]．JournalofMembraneScience，2008，315(1—[J]．膜科学与技术，2011，31(3)：1—4．2)：28—35．(责任编辑：吴萍江涌)[8]KIMSH，KWAKSY，SUZUKIT．Positronannihila—tionspectroscopicevidencetodemonstratetheflux·-en-'