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反渗透膜污染及浓差极化

2024-03-29

一、反渗透膜污染
自然界中的水并不是静止不动的,而是不断地发生相态转换以及周而复始的运动,即水的自然循环。同时,人类为满足生活和生产的需求,不断地取用天然水体中的水,产生大量的生活污水和生产废水,排放后重新进人天然水体。自然界中的水中含有各类杂质,按其在水中的存在状态可分为三类:悬浮物质、溶解物质和胶体物质。天然水源中的杂质种类和数量各不相同,即使同一水源中的水,其杂质成分与含量也随着时间、地点和气候而变化。当用反渗透膜对水和溶质进行分离时,尽管对原水进行了适当的预处理,但水中的杂质仍会聚集在膜的表面使膜污染,结果使膜的分离率或透水速度下降或兼而有之。膜的污染类型通常有:水中难溶盐在膜表面结垢,金属氧化物及胶体、微生物形成污垢。
膜污染是膜使用中必然产生的现象。
二、膜的浓差极化
在反渗透过程中,由于膜的选择渗透性,溶剂(通常为水)从高压侧透过膜,而溶质被膜截留,其浓度在膜表面处升高;同时发生从膜表面向本体的回扩散,当这两种传质过程达到动态平衡时,膜表面处的浓度c2高于主体溶液浓度c1,这种现象称为浓差极化。上述两种浓度的比率c2/c1称为浓差极化度,根据薄膜理论模型描述浓差极化现象,见图1-2。
界面上比主体溶液高的区域称为浓差极化层。膜的浓差极化在实际的膜分离过程中是不可避免的,也是不容忽视的。由于浓差极化层溶质浓度的增加,溶质会以固体形式析出。
需要指出的是,若使用条件(压力、温度、进水pH值、游离氯等)控制不当,可能会导致膜本身性能的恶化,引起膜的损害。
三、浓差极化对反渗透的影响和降低浓差极化的途径
1.浓差极化对反渗透的影响
这种影响包括:降低水通量;降低脱盐率;导致膜上沉淀污染和增加流道阻力。
2.降低浓差极化的途径
反渗透过程中浓差极化不能消除只能降低,其途径如下,
①合理设计和精心制作反渗透基本单元--膜元件,使之流体分布均匀,促进湍流等。
②适当控制操作流速,改善流动状态,使膜-溶液相界面层的厚度减至适当的程度,以降低浓差极化度。通常浓差极化度有一个合理的值,约为1.2。
③适当提高温度,以降低流体黏度和提高溶质的扩散系数。