反滲透膜性能測試及膜性能分析

反滲透膜性能測試及膜性能分析

1總結2014年，一家污水處理廠的建成和投資，共有兩個煉油廠。單套設計產水量75m2抗?jié)B透膜性能試驗為準確評估該反滲透膜組件的各項性能指標，通過膜組件性能測試裝置以評估反滲透膜組件的脫鹽率、產水量、水通量、回收率等指標。2.1系統(tǒng)預壓試驗反滲透膜組件性能測試裝置工藝流程圖如圖1所示，按照表1所示氯化鈉溶液濃度配置測試溶液；測試過程為：(1)開啟水泵2，低壓狀態(tài)下運行3～5分鐘，排出系統(tǒng)管路中空氣；(2)開啟冷卻裝置及換熱器4閥門，通過換熱器調節(jié)水溫；(3)啟動高壓泵5，調節(jié)濃水閥，按表1要求調節(jié)至滿足測試條件的要求，并連續(xù)運行30分鐘以達到預壓效果；(4)進行測試，每10分鐘取一次樣，并記錄測試數據。2.2反滲透膜組件測試結果在反滲透膜組件性能測試條件下運行，反滲透新膜組件、在役反滲透膜組件的脫鹽率、產水量和水通量的測試結果見表2。反滲透新膜組件回收率為21.61%下，脫鹽率為99.84%，產水量為29.04m3sem電鏡膜微觀分析為了進一步了解膜性能下降的原因，通過測試膜接觸角、SEM電鏡膜表面形貌、紅外光譜分析、原子光譜化學分析等手段，從微觀角度來觀察和分析。3.1新膜的潤濕性接觸角(contactangle)是潤濕程度的量度，若θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤濕固體，其角越小，表示潤濕性越好；若θ>90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動。一般新膜表面涂覆清水層，接觸角在30°左右，表面親水性能更好。親水性能可以提高膜的滲透通量。通過選取A列1段第一支、A列2段最末一支、B列1段第一支、B列2段最末一支等4支反滲透膜，檢測4支反滲透膜表面接觸角，其接觸角基本在50°～60°之間，呈現(xiàn)親水性下降趨勢，接觸角的變化如圖3所示。3.2sem電鏡觀察聚酰胺反滲透膜的表面形貌直接關系到膜的分離性能和使用壽命。表面粗糙度越大，膜的表面積也越大，其滲透液水分子與膜表面接觸面積越大，膜的水通量也越大，但膜的耐污染性會下降。SEM電鏡顯示在低倍(100倍和300倍)放大的電鏡圖中，在役反滲透膜表面的物理損傷非常明顯。對該損傷區(qū)域進一步放大(10000倍和20000倍)觀察，在役聚酰胺反滲透膜典型的“峰-谷”結構已明顯削弱。其原因可能是在氯離子的氧化作用下，對聚酰胺分子鏈逐漸降解，或者是由于氯化處理后，造成聚砜底膜與分離層發(fā)生剝離，并導致聚酰胺的機械性能惡化。上述結果表明，在役反滲透膜由于氯化作用后，致使致密分離層中產生缺陷，聚酰胺分子鏈產生降解或分離層產生剝離，導致反滲透膜離子選擇性下降，也即脫鹽率下降。3.3ftir-atr光譜反滲透膜屬于聚酰胺膜，主要親水性成份為聚酰胺，F(xiàn)TIR-ATR光譜2支在役反滲透膜(使用5年)，F(xiàn)TIR-ATR光譜如圖2顯示，聚酰胺膜在1540cm3.4檢測結果分析ESCA用于分析膜表面的元素比例及化學官能團組成結構，主要用于鑒別膜材料是否被氧化，并且可以定量分析氧化物的量。如膜組件未經污染或氧化，反滲透膜片應該僅由C、O、N三種元素組成，沒有其它元素。而對于使用過的膜片，其表面元素種類和含量會有所增加，故通過分析膜材料中的增量元素，可以確定膜片污染及被氧化情況。根據檢測結果，被測膜片的氯含量分別達到1.91%和1.24%，表明膜片脫鹽層破壞受到了一定程度的氯氧化。膜片氯氧化會導致反滲透膜脫鹽層聚酰胺結構的破壞，從而影響脫鹽率。4抗?jié)B透膜性能評估和運行管理建議4.1反滲透膜表面氧化通過接觸角、紅外光譜、原子光譜分析結果表明該電廠反滲透膜接觸角上升，吸收峰減弱，同時膜表面?zhèn)鹊?%～2%的氯含量，表明膜表面存在一定氧化情況，脫鹽率的下降應由膜表面氧化造成。4.2抗?jié)B透膜運行管理建議4.2.1防止被次氯酸鈉氧化反滲透系統(tǒng)運行主要采用次氯酸鈉作為殺菌劑，氧化作用明顯，而聚酰胺復合膜最怕氧化劑的影響，其突出問題就是防止被次氯酸鈉氧化，所以運行中余氯要求控制在0.1mg/L以下。建議在反滲透膜進水增設ORP表計，表征水的氧化還原電位，運行中連續(xù)監(jiān)測反滲透進水ORP數值，并定期進行標定校準，保證氧化還原電位測量的準確性。同時運行中考慮還原劑的投加量，防止次氯酸鈉進入一級反滲透膜，造成對膜性能的極大損害。4.2.2控制余氯值及對orp的監(jiān)測運行中，除了應重點關注壓差、流量、水溫、脫鹽率等重要運行參數外，還應嚴格控制余氯值及對ORP的監(jiān)測，避免膜被氧化。另外應加強對SDI值的監(jiān)測4.2.3保證新膜質量性能建議開展反滲透新膜的到廠性能檢測，進