反滲透膜的背壓損壞分析及相關安全性研究

北極星環(huán)保網訊:反滲透技術因設計簡單、運行維護方便等特點，在苦咸水脫礦、海水淡化、超純水以及廢水回用甚至特殊料液濃縮領域得到廣泛應用。相較于初期的醋酸纖維素薄膜，以聚酰胺為脫鹽層的反滲透復合膜具有脫鹽率高、產水量大、耐化學清洗pH范圍寬等諸多優(yōu)勢。

經過數(shù)十年的發(fā)展，反滲透復合膜結構一般分為3層，自下而上分別為無紡布(厚度約120μm)、聚砜支撐層(厚度約40μm)以及聚酰胺脫鹽層(厚度約0.2μm)，如圖1所示。

圖1反滲透膜片復合結構

其中只有聚酰胺層是真正的功能層，決定了反滲透膜的脫鹽性能，而聚砜和無紡布層具有更大的孔徑，主要起到支撐聚酰胺分離層的作用。然而工程經驗顯示，任何時刻只要產水壓力高于進水或濃水壓力0.03MPa，復合膜就有可能發(fā)生復合層之間的剝離，這就是反滲透膜的背壓損壞現(xiàn)象。這種剝離會使膜表面脫鹽層受到強烈拉伸，進而導致膜元件產水水質急劇降低，在某些極端情況下甚至不再具備脫鹽能力。

隨著反滲透系統(tǒng)設計水平的不斷提升，帶背壓運行的系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，如多段式系統(tǒng)(系統(tǒng)段數(shù)≥3)或單泵推雙級系統(tǒng)等，前者常常使用一段背壓、三/四段增壓的設計方式提高系統(tǒng)回收率以及平衡段間通量，后者則以一級系統(tǒng)的背壓直接驅動反滲透產水進入二級系統(tǒng)或經能量回收進入二級系統(tǒng)。

同時，由于反滲透系統(tǒng)的開關機過程會導致系統(tǒng)各部位壓力的劇烈波動，因而反滲透系統(tǒng)開關機導致的背壓損壞在反滲透系統(tǒng)故障中出現(xiàn)頻率較高[7]。筆者擬對反滲透元件的背壓損壞現(xiàn)象、發(fā)生原因以及帶背壓系統(tǒng)的開關機安全性進行探討。

1反滲透系統(tǒng)中背壓損壞現(xiàn)象

眾多反滲透系統(tǒng)的現(xiàn)場故障排除經驗顯示，反滲透膜元件的背壓損壞常率先發(fā)生于系統(tǒng)最后一段的最后一支元件上，更確切的說，背壓損壞總是最先發(fā)生于反滲透系統(tǒng)各個膜殼中距離濃水出口最近的元件上。圖2為1個典型的背壓損壞系統(tǒng)的膜殼探針實驗結果。

圖2反滲透系統(tǒng)的膜殼探針實驗

如圖2所示，4個膜殼分別屬于某電廠平行運行的2套反滲透系統(tǒng)的第2段，該系統(tǒng)為7芯裝，使用陶氏化學FILMTECTMBW30-FR400/34i反滲透膜元件，其中1#、2#膜殼位于背壓損壞系統(tǒng)，3#、4#位于正常系統(tǒng)。0號位置為進水端，7號位置為濃水和產水端，探針從進水端插入，由7號位置逐步向0號位置移動，同時檢測產水電導率。

由于嚴重的系統(tǒng)背壓導致膜元件透鹽率急劇變差，甚至前面膜元件的表觀產水電導率也出現(xiàn)了升高，但即便如此，圖2也清晰說明背壓率先發(fā)生于多段系統(tǒng)中的最后一段，并視背壓的嚴重情況，從距離濃水口最近的元件(常常為最后一支元件)向前端延伸。

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