海水淡化工藝中反滲透膜清洗方法研究

海水淡化工藝中反滲透膜清洗方法研究

0反滲透膜單元的海水淡化工藝隨著水資源問題日益突出，海水淡化技術(shù)已成為研究的重點。其中,反滲透膜海水淡化技術(shù)具有投資少、裝置啟?？臁⒄嫉厣?、產(chǎn)水水質(zhì)好等優(yōu)點,逐漸應(yīng)用在海水淡化工藝中,但是,對于采用反滲透膜單元的海水淡化工藝,隨著過濾時間的不斷增加,會出現(xiàn)膜通量減少、鹽透過率增加的現(xiàn)象,這就需要在過濾過程中對反滲透膜單元進行周期性的清洗,以去除沉積在膜表面的污染物,進而恢復(fù)膜通量。1tfc膜的回復(fù)設(shè)備試驗采用的反滲透膜是一種表面活性層為三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)的芳香聚酰胺復(fù)合膜(TFC膜),其在較寬的pH值范圍內(nèi)具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和抗污染性能,實踐表明,若不及時對已產(chǎn)生一定程度污染的反滲透單元進行清洗,膜的處理效果必將受到較大影響。海水淡化反滲透膜(RO)性能參數(shù)見表1。2沖洗時間對膜通量恢復(fù)的影響在水溫24℃,壓力0.3MPa的操作條件下,以0.3L/s~0.4L/s流量的凈化水沖洗反滲透膜,通過測量沖洗前后膜通量的變化情況,考查沖洗時間對清洗效果的影響,沖洗時間對膜通量恢復(fù)的影響見圖1。由圖可知,隨著水力沖洗的時間增大,膜通量逐漸變大,清洗效果越好,當(dāng)清洗時間超過20min后,時間的延長對膜通量的恢復(fù)作用不大,因此沖洗時間可以控制在10min~30min,但不宜少于10min,這是因為當(dāng)時間小于10min時,膜通量不超過27L/m2·h,膜表面沉積的雜質(zhì)并未得到很好的去除,影響膜單元的正常運行。3抗?jié)B透膜的化學(xué)清洗試驗3.1清洗時間對膜通量恢復(fù)的影響試驗分別以0.5%、1%、2%、3%的檸檬酸溶液為清洗劑,在低壓條件下,膜單元循環(huán)運行40分鐘,考查清洗劑濃度對清洗效果的影響,清洗劑濃度對膜通量恢復(fù)的影響見表2和圖2。表2清洗劑(檸檬酸)濃度對膜通量恢復(fù)的影響由表2和圖2可知,檸檬酸可以有效的對沉積在膜表面的污染物進行去除,在2%濃度的檸檬酸清洗條件下,清洗后的膜通量最大,為32.4L/m2·h,膜通量增長率為40.26%,即2%濃度的檸檬酸對膜通量恢復(fù)作用最好。為了進一步考察酸性清洗劑對膜通量的影響,在低壓循環(huán)清洗劑作用下,以2%檸檬酸為清洗劑,考查清洗時間對清洗效果的影響,清洗時間對膜通量恢復(fù)的影響見圖3。由圖可知,隨著清洗時間越長,清洗效果越好,當(dāng)清洗時間為100min時,膜通量達(dá)到33.5L/m2·h,但考慮到反滲透膜單元的實用性,清洗時間可以控制在1小時以內(nèi),清洗時間為60min時,膜通量達(dá)到33.1L/m2·h,同時,在條件允許時,可以將膜管拆下進行浸泡清洗,這樣清洗效果會更好。3.2清洗時間的確定試驗分別以0.1%、0.3%、0.5%、1%的氫氧化鈉溶液為清洗劑,低壓循環(huán)5分鐘考查清洗劑濃度對清洗效果的影響,清洗劑濃度對膜通量恢復(fù)的影響見表3。由表3可知,氫氧化鈉對膜表面的沉積雜質(zhì)有很好的去除效果,在清洗前的膜通量保持不變的前提下,0.1%濃度的氫氧化鈉對膜通量的作用最好,清洗后的膜通量可達(dá)到34.5L/m2·h,膜通量增長率為49.35%。為了進一步考察堿性清洗劑對膜通量產(chǎn)生的作用,進而確定最佳清洗時間,在低壓循環(huán)清洗劑操作條件下,以0.1%氫氧化鈉為清洗劑,考查清洗時間對清洗效果的影響,清洗時間對膜通量恢復(fù)的影響見和圖4。由圖可知,隨著清洗時間的增長,清洗后的膜通量呈先升高后下降的變化趨勢,當(dāng)清洗時間在5min時,膜通量達(dá)到最大,為34.5L/m2·h,隨后膜通量增長率逐漸減少,最后趨于穩(wěn)定,因此,用堿清洗反滲透膜時,并非清洗時間越長效果越好,當(dāng)膜污染較為嚴(yán)重時,在較短的清洗條件下,就會有較多污染物隨清洗液排出,這是因為堿作用強烈,瞬間使大量污染物脫落,而隨時間的延長,部分脫附的污染物又能夠重新吸附到膜表面,導(dǎo)致清洗效果下降。本試驗確定NaOH清洗時間為5min,不宜超過10min,在實際應(yīng)用過程中,堿清洗應(yīng)及時伴以水力沖洗,將被分散的污染物盡快排除。3.3沖洗壓力測定水力沖洗和單一化學(xué)藥劑清洗時,膜的滲透通量恢復(fù)均有限,膜通量增長率不超過50%。這是由于膜的污染成分比較復(fù)雜,每種清洗劑只能對特定的污染物類型起作用。因此有必要按照一定次序?qū)δみM行組合清洗,以期達(dá)到更好的恢復(fù)效果。研究表明,沖洗壓力增加,對清洗效果有幫助,但過大的沖洗壓力可能反而使膜面沉積物壓實,不利于去除污染物,所以沖洗壓力不宜超過0.5MPa。試驗中,選取操作壓力為0.5MPa,對水力清洗+酸洗+堿洗的組合清洗效果進行研究,其中,首先以清水沖洗膜面20分鐘,然后以2%檸檬酸溶液循環(huán)清洗30分鐘,浸泡2小時后,用清水漂洗至出水呈中性;再以0.1%氫氧化鈉溶液清洗5分鐘,用清水漂洗至出水呈中性。在清洗過程中,清洗液應(yīng)混合均勻,清洗進行時,先向反滲透膜單元注入清洗液以去除膜單元內(nèi)部殘留的水,并把剛開始循環(huán)回來的部分清洗液排掉,防止清洗液被稀釋。在正常清洗時,清洗過程產(chǎn)生的濃縮水和產(chǎn)出水均循環(huán)流向清洗槽,并保持清洗液溫度穩(wěn)定,同時,若回流清洗液pH變化值超過0.5時,應(yīng)重新調(diào)整PH值或更換清洗液。清洗效果如表4所示。由表可知,水力清洗+酸洗+堿洗的組合清洗方式比其它單獨清洗效果更為明顯,在組合清洗后,膜通量可以達(dá)到47.6L/m2·h,總的增長率為93.49%,因此該組合可以有效的清洗反滲透膜單元,可以應(yīng)用在相應(yīng)水處理組件的清洗中。4不同清洗時間下,各保護方式對膜通量的影響(1)水力清洗可以在一定程度上緩解膜污染,在水力清洗時間為20min,膜通量恢復(fù)情況最好。(2)在酸洗條件下,2%濃度的檸檬酸對膜通量恢復(fù)作用最好,當(dāng)清洗時間為60min時,膜通量達(dá)到33.1L/m2·h;在堿洗條件下,0.1%濃度的氫氧化鈉對膜通量的作用最好,清洗后的膜通量可達(dá)到34.5L/m2·h,膜通量增長率為49.35%,膜通量隨