反滲透膜污染類型分析及清洗技術的研究進展

＊郭玉陽 梁松苗

（沃頓科技股份有限公司 貴州 550016）

1.反滲透膜污染概述

反滲透膜是一種重要的水處理技術，能夠有效地去除水中的污染物。然而，反滲透膜本身也容易受到各種類型的污染，主要包括化學污染、有機物污染和微生物污染?；瘜W污染是指水中存在的化學物質，如重金屬離子、無機鹽和有機化合物等，它們會附著在膜表面，影響膜的滲透性。有機物污染則是指水中存在的有機物質，如油脂、溶解性有機物和懸浮顆粒等，它們會在膜上形成薄膜或堵塞孔隙，導致膜通量下降[1]。微生物污染包括細菌、病毒和藻類等微生物的附著和繁殖，會形成生物膜，阻礙水的通過，使水產生異味，導致水質變差。

為了應對不同類型的污染，可以采取不同的預處理方式進行干預。對于化學污染，常見的預處理方法包括pH調節、添加絡合劑或氧化劑等，以降低污染物的濃度或改變其化學性質。對于有機物污染，常用的預處理方法包括活性炭吸附、氧化還原反應和生物降解等。對于微生物污染，可以采用紫外線消毒、臭氧氧化和化學消毒等方法，以殺滅或去除微生物。然而，長期運行中的污染控制是一個挑戰。預處理只能在一定程度上減輕污染，但無法從根本上去除污染。隨著時間的推移，污染物仍然會在膜上積累，導致膜的性能下降。當膜污染較為嚴重時，需要進行專門的清洗，以去除膜表面的污染物，恢復反滲透膜的性能。

2.反滲透膜污染類型

（1）離子結晶污染。反滲透膜處理技術是一種常用的水處理方法，旨在從原水中去除雜質和無機鹽。該技術的關鍵在于利用反滲透膜實現溶質的濃縮和離子濃度的增加，從而使溶解度較小的無機鹽達到飽和狀態并結晶。然而，在實際運行中，反滲透膜表面容易積聚無機鹽，形成阻垢問題，降低系統的處理效率。

無機鹽的結晶是反滲透膜處理過程中常見的問題之一。這些無機鹽垢包括硫酸鈣、碳酸鈣、氟化鈣等難溶鹽或微溶鹽。當溶解度超過飽和度時，它們會在滲透膜表面結晶，并附著在膜上，形成污垢層。從而導致膜的滲透性下降，減少水通量，增加能耗，并進一步降低系統的回收率[2]。為了應對阻垢問題，可以采取以下措施：①在反滲透膜處理系統中添加阻垢劑，這些化學物質能夠與無機鹽發生反應，抑制結晶過程，從而減少結垢問題的發生。②調節系統的回收率也是一種常見的方法。通過調整回收率，可以控制水流中的溶質濃度，降低結晶的風險。然而，需要注意的是，過高或過低的回收率都可能導致水質不穩定，進而增加離子結晶污染的風險。

（2）膠體污染。反滲透膜在處理中扮演著重要的角色，這種先進的膜技術有助于凈化水源，改善水質，同時幫助控制水淤泥密度指數，使其保持在較低的水平。然而，盡管反滲透膜具有卓越的過濾性能，但在處理過程中仍然存在一些挑戰。一些小顆粒會透過滲透膜進入反滲透系統，盡管數量較少，仍需要采取進一步的措施來減少影響。此外，金屬離子和硅酸鹽是另一個需要考慮的因素[3]。這些溶解在污水中的化合物可以通過反滲透膜，并在通過膜的過程中形成膠體顆粒。這可能導致反滲透膜的堵塞，并影響其效率和壽命。因此，在設計和操作反滲透膜系統時，必須綜合考慮金屬離子和硅酸鹽的存在，以確保系統的可持續運行。

（3）有機物污染。反滲透膜在水處理領域中被廣泛應用，其主要功能是通過篩選的方式去除水中的雜質和污染物。在處理這些有機物時，常需要采用其他的方法來提高固液分離的效果。一種常見的方法是利用高級氧化技術，通過氧化反應來降解有機物。但是，這種方法存在成本高昂的問題，并且無法在預處理中實現。此外，活性炭也是常用的去除有機物的方法之一，其使用成本也相對較高。為了改善固液分離的效果，聚丙烯酰胺作為一種高分子絮凝劑被廣泛應用。聚丙烯酰胺可以通過吸附和架橋的作用促進顆粒的凝聚，形成大尺寸的絮體，從而便于過濾。需要注意的是，過量添加聚丙烯酰胺可能導致反滲透膜的污染問題。因此，在使用聚丙烯酰胺時需要平衡其添加量，確保過濾系統的有效運行并避免膜污染問題。

（4）微生物污染。微生物在膜分離過程中展現出驚人的繁衍能力，盡管只有少數微生物能夠穿過反滲透膜，但只要為其提供適宜的生長環境，微生物就能迅速利用原水中的可降解有機物進行高速繁殖，從而在反滲透系統中形成生物膜[4]。進而阻礙膜分離過程，最終降低反滲透系統的效率。因此，在應用反滲透膜時，控制微生物的繁殖至關重要。為了防止生物膜的形成和降低膜污染的風險，可以采取一系列適當的措施。首先，對原水進行預處理，以盡量減少有機物的含量，從而限制微生物的營養來源。其次，加強對系統的清潔和消毒，以減少微生物的滋生和存活。具體包括定期清洗反滲透膜和其他相關設備，并使用適當的消毒劑進行消毒。另外，定期監測和檢測系統中的微生物數量和種類也是至關重要的。

3.反滲透膜污染清洗技術的應用

(1)物理清洗技術

①正沖洗技術。物理清洗技術在處理反滲透膜系統中起著重要的作用。其中，正沖洗是最為常見的一種方法。通過使用大量清水對反滲透膜進行沖洗，正沖洗能夠有效地解決濃度極差問題，并去除附著在膜表面的雜質和污染物。正沖洗方法的操作相對簡單，不僅可以減少對反滲透膜皮層的損傷，還能夠幫助膜恢復其原有的形貌和分離效果。因此，在反滲透膜系統停機時，定期進行正沖洗是非常必要的。在進行正沖洗的過程中，需要特別注意水流的控制[5]。確保水流量不超過反滲透膜所能承受的最大流水量，以防止聚酰胺皮層脫落等問題的發生。保持適當的水流控制能夠維持反滲透膜的良好分離性能，從而保證系統的正常運行。

②逆向沖洗技術。逆向沖洗技術是一種在反滲透膜系統中廣泛使用的清洗方法。在反滲透膜系統中，盡管通過預處理可以減少膜污染，但仍然存在一些小尺寸的污染物會進入膜系統，并在進水格網周圍堆積。為了更好地清除這些污染物，逆向沖洗技術被引入。逆向沖洗技術的原理是通過將沖洗水從反滲透膜的濃水端流入稀水端，以分離和清除積聚的污染物。這個過程類似于超濾膜中的反洗過程，但逆向沖洗使用較小的水量和壓力，以避免對反滲透膜造成損壞。然而，盡管逆向沖洗技術有其優勢，但在實際生產中并不常用。這是因為逆向沖洗極有可能導致反滲透膜脫落，致使整個系統性能下降。

(2)化學清洗技術

①清洗方式。化學清洗在反滲透系統中扮演著重要的角色，其可以根據清洗方式分為原位清洗和離線清洗。原位清洗方式無需拆除反滲透膜元件，利用系統內的清洗水泵、管路和清洗水箱進行循環滲透與清洗，維護量相對較小，同時清洗與生產模式可以快速切換。然而，原位清洗的效果并不盡如人意，因為一些位置的膜元件難以得到有效清洗。相比之下，離線清洗則需要將反滲透膜元件取出，并安裝在專門的清洗設備上進行處理。這種方式能夠提供更優質的清洗效果，因為可以更徹底地清洗膜元件的各個部分[6]。通過選擇適當的化學試劑，根據污染程度的不同，可以實現對反滲透膜的最大程度清洗，從而延長其使用壽命并提高清洗效果。

②清洗劑?；瘜W清洗是一種使用化學試劑進行清洗的重要過程。這一過程中，可以根據不同污染物的性質選擇合適的清洗劑，確保清洗效果的最大化。酸性清洗劑分為無機酸和有機酸，它們能夠有效地清除有機鹽和金屬氧化物等污染物，同時對反滲透膜的損傷較小。無機酸和有機酸各自具有獨特的特性，可以根據實際情況選擇合適的酸性清洗劑。而堿性清洗劑主要利用堿性物質來調高清洗區域的pH值，從而有效處理蛋白質、油脂和多糖等污染物。這些污染物在酸性環境下很難去除，但在堿性條件下卻能夠被有效清除。另一種清洗劑是含酶的清洗劑，它利用生物酶的催化作用，能夠將復雜的物質分解為水溶性小分子有機物[7]。這種清洗劑在去除微生物膜方面尤為有效，可以有效清除在其他情況下較難處理的微生物膜。

(3)清洗注意事項

反滲透膜是水處理領域中廣泛應用的關鍵技術之一，用于去除水中的離子、微生物和有機物。然而，隨著時間的推移，反滲透膜會逐漸受到污染，導致處理性能下降。因此，有效清洗反滲透膜成為恢復其性能的重要手段。然而，清洗過程需要謹慎進行，因為無效的清洗或頻繁的清洗可能會加速膜的脫鹽性能下降，縮短其應用壽命。在進行清洗之前，必須全面分析污染情況，包括預處理參數、水質波動、污染類型和發生位置等因素。這些信息對于判斷污染物的類型和選擇適當的清洗方法至關重要。化學清洗是常用的反滲透膜清洗方法之一，它可以通過使用酸、堿或氧化劑等化學物質來溶解或氧化污染物，從而恢復膜的性能。然而，在進行化學清洗時，必須對清洗水質和清洗效果進行全面的分析和評估。清洗水質的選擇應考慮其對膜材料的兼容性，并確保清洗劑不會殘留在膜表面或孔隙中，以免引起二次污染。

4.反滲透膜及清洗技術未來發展方向

反滲透膜是一種重要的水處理技術，廣泛應用于海水淡化、廢水處理、飲用水凈化等領域。未來，反滲透膜及清洗技術可能在以下幾個方向上發展：

（1）提高膜的選擇性和滲透性：反滲透膜的選擇性和滲透性是評估其性能的關鍵指標。未來的發展將致力于改進膜材料和結構設計，以提高選擇性和滲透性的平衡。新型材料、納米技術和膜表面修飾等技術被應用于膜的制備，以實現更高的選擇性和滲透性。

（2）開發高效的膜清洗技術：膜污染是限制反滲透膜應用的一個主要挑戰。未來的發展將集中在開發高效、經濟且環保的膜清洗技術，以減少膜的堵塞和污染，延長膜的使用壽命。這可能涉及到新型清洗劑的研發、優化清洗流程、膜表面改性以減少污染物吸附等方面的創新。

（3）提高膜的抗污染性和穩定性：膜的抗污染性和穩定性是關鍵因素，影響膜的使用壽命和性能穩定性。未來的發展將致力于開發更具抗污染性、穩定性的膜材料和膜結構。這包括防污染層的設計、膜表面改性技術、膜模塊的優化等方面的研究。

（4）探索新型膜技術：除了傳統的反滲透膜技術，未來可能涌現出一些新型的膜技術。例如，離子選擇性膜、自清潔膜等新型膜技術可能會得到更多的關注和應用。這些新型膜技術具有更高的選擇性、滲透性，更好的抗污染性能，有望進一步推動水處理領域的發展。

由此可見，未來的發展方向將集中在提高反滲透膜的選擇性、滲透性、抗污染性和穩定性，以及開發新型膜技術和清洗技術。這將有助于提高水處理的效率、減少能源消耗，并推動反滲透膜在水資源領域的更廣泛應用。

5.結束語

綜上所述，盡管反滲透膜分離技術在水處理中具有許多優勢，但膜污染仍然是一個重要的挑戰。解決反滲透膜分離過程中的污染問題將是提高水處理效率和脫鹽率的關鍵。通過持續的研究和創新，我們可以進一步發展和優化反滲透膜分離技術，以滿足日益增長的水處理需求。