水处理中膜污染的三种类型和对应解决方案.pdfVIP

以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。——《管子》

水处理中膜污染的三种类型和对应解决方案

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：xAy-+yBx+=AxBy

当不考虑盐类之间的相互作用时，溶度积Ksp=γxA[Ay-]xγyB[Bx+]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=-0.509ZAI1/2，

logγB=0.509ZBI1/2;

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/Cf(1)

设系统回收率为r，由物料平衡，知：

Cf-(1-r)Cr=rCp(2)

由式(1)，(2)可得：

以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。——《管子》

Cr=Cf[1-r(1-R)]/(1-r)(3)

由(3)式可以看出，浓缩液中截留盐浓度Cr，随进水浓度Cf，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Kspr=γAx[Ay-]xrγBy[Bx+]ry。当浓缩液溶度积Kspr与溶液溶

度积Ksp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Ca2+、Mg2+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。

与膜污染相关的有机物特征包括它们对膜的亲和性，分子量，功能团和构型。带负电荷功能团的有机

聚合电解质(如腐殖酸和富里酸)会与带有负电荷的膜表面之间存在静电斥力。用在水和废水处理中的聚砜、

醋酸纤维树脂、陶瓷和薄表层复合膜表面都带有一定程度的负电荷。一般来讲，膜表面电荷密度越大，膜

的亲水性就越强。而