反渗透膜去除氟离子的技术分析

反渗透膜去除氟离子的技术分析

反渗透技术工艺主要是借助于比渗透压更高的压力,使其改变自然渗透压流动方向, 以把浓缩液当中的溶剂(水)压向半透膜的一边的处理过程。反渗透膜以1nm 或以上的无机离子作为主要的分离对象。所施加的压力与渗透压正好反向,并且超过渗透压,从而导致浓溶液中的水向稀溶液的一侧反向渗透, 因为反渗透膜的有效处理范围在0.1nm 以上, 而F- 离子的直径为0.266nm , 所以利用反渗透压能够有效的除去溶液的氟离子。10mg/L的水通过反渗透膜后氟离子去除率达到90%以上,而欧共体饮用水标准中氟离子的容许浓度为0.5~1.5mg/L左右,我国即使再低一些也是没有问题。唯一的主要问题是反渗透膜阻留单价离子的能力比双价离子要差得多,氟化物在含量达到要求的时候,硬度却降低到了卫生标准不能容许的水平。

含盐量是影响反渗透除氟效率的重要因素之一, 当含盐量超过5g/L 的时候, 去除率就会明显有所降低,反渗透法完全可以用于中等矿化度以下地下水质中氟元素的有效去除。

反渗透是一种膜分离技术工艺,现在已经被广泛应用于电子、电力和苦咸水的淡化等各个领域的水处理技术当中。

2.1 反渗透技术的基本原理

许多天然或人造的薄膜对于物质的流动透过具有选择性,当两种浓度不同的溶液被一层半透膜隔开的时候,只有水才能够通过,而溶质却是不能通过的。在自然的状态下,水从淡水侧向浓水侧方向渗入,当渗入达到动态平衡的时候在两种不同浓度的溶液表面产生高度差,这个压差称之为渗透压,而这个过程被称为渗透。如果在浓水侧施加压力以至于超过渗透压,则浓水水质当中的水会通过半透膜渗入淡水侧,这个过程与自然状态下发生的渗透过程正好相反,因此被称为反渗透。

反渗透设备净化水的过程属于物理过程,在一定的压力下,溶于水质当中的各种物质包括分子和离子被截留在反渗透膜的一侧,水分子渗透到反渗透膜的另一侧,从而实现了对水质的过滤净化。通常一级反渗透的回收率被控制在75%左右,除盐率可以达到98%左右。在除盐水处理系统中,通常以反渗透设备作为预除盐装置,以离子交换设备作为精除盐装置,这种组合方式相比较为实惠。

2.2 使用情况

目前,我国大多数电厂没有采用反渗透这一技术的主要原因是因为受到价格的制约,但是实际上以反渗透加离子交换除盐制取除盐水与离子交换除盐制取除盐水所需费用相比,2~3 a节约的酸碱费用就相当于反渗透及其预处理系统的投资,只要运行维护得当,反渗透膜元件的使用寿命就可以超过6 a,而且能够大大减少对环境的有害污染。

2.3 内蒙古电网的使用情况

目前,内蒙古电网所属的蒙达公司、乌达电厂、海勃湾发电厂、锡林浩特第一热电厂等4个单位锅炉补给水处理系统都采用了反渗透装置。应用方式均是以反渗透作为预处理装置,以离子交换除盐设备作为精除盐装置。据了解分析,除盐效果很好,而且效益也好于用单一的离子交换除盐设备的电厂,反渗透这一技术工艺随之时间的发展将会被越来越多的领域和行业所用到。

反渗透膜的使用及保养:

在我国业内市场,反渗透技术工艺早已被广泛用于各类水质的脱盐工艺当中。目前纯水工程中使用的多为进口的低压聚酰胺复合膜。反渗透设备的装配水平和工艺都已经比较成熟和完善。然而设备在使用的过程当中,膜的使用寿命和性能衰减都比较严重,往往达不到预期的设计水平,主要的问题为膜的使用、保养不当和膜表面的污染等。

1.防止膜性能的损坏

新的反渗透膜元件通常浸润1%NaHSO3和18%的水溶液后贮存在密封的塑料袋当中。在塑料袋不破的情况之下,贮存1年时间也不会影响到其寿命和性能等方面。当塑料袋开口以后,应尽快使用,以免因NaHSO3在空气中发生氧化,对元件产生不良的影响。因此膜应尽量在使用前开封。

设备试机运行两天的时间,然后采用2%的甲醛溶液保养;或者运行2~6小时以后,用1%的NaHSO3的水溶液进行保养。这两种方法都可以达到满意的效果。第一种方法成本较为高些,在闲置时间长时使用过程当中,第二种方法在闲置时间较短时使用。

2.设备的操作不当引起膜性能的损坏

设备中存在残余气体在高压下环境运行,形成气锤会损坏到膜,常有两种情况发生:

A、在预处理设备与高压泵之间的接头密封不好或漏水的时候,当预处理供水不是很足时,如微滤设备发生堵塞的现象,在密封不好的地方由于真空会吸进一部分的空气。应清洗或更换微滤器,保证管路不漏。总之,要在流量计中没有气泡的情况下逐步升压运行,在运行过程当中发现气泡应逐渐降压检查其原因所在。

B、设备排空之后,重新运行的时候,气体没有排尽就快速升压运行。应在2~4bar的压力下将余下的空气排尽以后,再逐步进行升压运行。

3.关机时的方法不正确

A、关机时快速降压没有进行彻底冲洗。由于膜浓水侧的无机盐的浓度高于原水,易结垢而污染膜。

B、用投加化学试剂的预处理水进行冲洗操作。因为含化学试剂的水在设备停运期间可能会引起膜污染。在准备关机的时候,应该要停止投加化学试剂,逐步降压至3bar左右用预处理好的水冲洗10分钟左右,直至浓缩水的TDS与原水的TDS很接近为止。

4.余氯监测不力

如果投加NaHSO3的泵失灵或药液失效的话,或活性炭饱和的时候因余氯离子损坏膜。

5.清洗不及时与清洗方法不正确导致的膜性能的损坏

设备在使用的过程当中,除了性能的正常衰减以外,由于污染而引起设备性能的衰减更为严重。通常的污染主要有化学垢,有机物及胶体污染,微生物污染等现象。不同的污染表现出的症状也是各不相同的。不同的膜公司所提出的膜污染的症状也是有一定的差异。

污染时间的长短不一样,其症状的结果也就会不一样。比如说膜发生碳酸钙垢污染,污染时间为一个星期,主要表现为脱盐率的迅速下降,压差渐渐增大,而产水量变化不明显,用柠檬酸清洗能够完全恢复其性能。污染时间为一年,盐通量由最初的2mg/L上升为37mg/L,产水量由230L/h下降到50L/h,用柠檬酸清洗以后,盐通量降为7mg/L,产水量上升到210L/h。

6.消毒和保养不力导致微生物的污染

这是复合聚酰胺膜使用过程当中普遍存在的问题,因为聚酰胺膜耐余氯性较差,在使用中没有采用正确的方法投加氯元素等消毒剂,加上用户对微生物的预防重视度不足,非常容易导致微生物的污染。目前许多厂家生产的纯水微生物超标,就是消毒、保养不够等原因素造成的。

主要表现为:在出厂时,RO设备没有采用消毒液保养;设备安装好之后没有对整个管路和预处理设备进行消毒操作;间断运行不采取消毒和保养等措施;没有定期对预处理设备和反渗透设备进行消毒;保养液失效或浓度不足。