纳滤海水软化过程中膜污染的研究进展_宋跃飞

纳滤是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本的经济性不断发展的新型压力驱动膜分离技术。纳滤膜具有纳米级孔径和表面荷电性，被广泛应用于饮用水纯化、废水净化、有价值组分分离与浓缩等领域。1986年，纳滤作为反渗透预处理技术被引入海水淡化中[1]，可有效降低反渗透进水硬度、总固溶物和有机物含量，从而达到防止反渗透膜结垢与污染、提高系统回收率和降低成本的目的。据沙特盐水转化公司（Salinewaterconversioncorporation，SWCC）[2-3]的研究表明，纳滤海水软化工艺可将海水总硬度由7500mg·L-1降至220mg·L-1，去除率达97%；总溶解固体由45460mg·L-1降至28260mg·L-1，去除率达38%；氯度由21587mg·L-1降至16438mg·L-1，去除率达24%；SO42-由2300mg·L-1降至20mg·L-1，去除率达99%；相同操作条件下，反渗透海水淡化系统的总回收率提高30%。然而，由于海水成分复杂性以及纳滤膜纳米级膜孔与特殊荷电性，纳滤在海水软化过程中的膜污染现象和机理较其它膜（微滤、超滤、反渗透）更为复杂，已成为纳滤大规模应用于海水软化领域的瓶颈之一。本文基于有关的文献资料，对国内外纳滤海水软化过程中膜污染的研究进展和先进表征手段进行详细评述，并对目前研究现状提出了建议。1纳滤膜的污染成因通常在海水软化过程中，纳滤膜元件易受到海水中某些污染物的污染而导致分离性能的下降和操作成本的提高。这些污染物通常为碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶以及金属氧化物和硅沉积物等无机盐沉淀，天然有机物、合成有机物以及无机-有机络合物等有机物，藻类、细菌、真菌等生物。1.1无机污染纳滤膜的无机污染主要是指碳酸钙及钙、钡、锶的硫酸盐、硅酸盐等结垢物质对纳滤膜造成的污染，其中CaCO3和CaSO4等盐垢最为常见[4-6]。碳酸盐沉淀可通过酸性试剂的化学清洗方法予以有效解决；而硫酸盐沉淀的形成则是不可逆的，采用普通化学试剂不易清除，最好通过饱和度计算来评估成垢趋势进而加以预防。AISchafer等[8]指出在纳滤膜脱盐过程中，只要浓缩液中可溶盐的离子积超过它的平衡溶度积，那么无机盐结垢现象就会发生。SrSO4、CaSO4、SiO2,和Ca3(PO4)2等难溶盐一旦在膜面形成垢体，由于造成不可逆的膜孔堵塞，会给纳滤膜带来物理损害以至于难以完全恢复其各项性能。MSHBader[4]在阿拉伯海海域两段纳滤海水软化过程中，对纳滤膜浓差极化层内和浓水中硫酸盐过饱和度S纳滤海水软化过程中膜污染的研究进展宋跃飞1，徐佳1，高从堦1，2，朱娜姗2（1.中国海洋大学化学化工学院，海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，青岛266100；2.杭州水处理技术研究开发中心，浙江杭州310012）摘要：由于海水成分复杂性以及纳滤膜纳米级膜孔与特殊荷电性，纳滤在海水软化过程中的膜污染现象和机理较其它膜（微滤、超滤、反渗透）更为复杂。目前，膜污染已成为纳滤大规模应用于海水软化领域的瓶颈之一和该领域的研究热点。本文综述了有关国内外纳滤海水软化过程中膜污染的研究进展，以及膜污染的表征手段，并针对目前研究现状提出了建议。关键词：纳滤；膜污染；海水软化中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)10-0016-007收稿日期：2009-12-31基金项目：国家高新技术发展计划项目（2006AA09Z337）；山东省科技攻关计划项目（2007GG10005001）作者简介：宋跃飞（1985－），男，博士研究生，研究方向为膜法海水淡化；联系电话：0532-66782223；E-mail：jiapipi2@163.com联系作者：徐佳；联系电话：0532-66782223第36卷第10期2010年10月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.10Oct.,201016DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2010.10.004（S>1，表明有成垢趋势）进行计算。计算结果得出，第1段纳滤膜浓差极化层中BaSO4、SrSO4的过饱和度分别为2.61和4.61，浓水料液中BaSO4、SrSO4的过饱和度分别为0.74和1.75；第2段纳滤膜浓差极化层中SrSO4的过饱和度高达4.95。实验结果验证了过饱和度预测成垢现象的可靠性，在第1段进水、浓水、第2段进水侧分别监测到SrSO4、SrSO4（最严重）沉淀。此外，无机盐结垢趋势可通过朗格利尔指数（LSI）来表征，给水LSI大于零，则表明有结垢的倾向。SPChesters[7]采用陶氏SR90纳滤膜对北海海域油田回注海水进行软化处理，并监测SO42-成垢离子的去除效果。结果表明，在纳滤膜浓水侧不断有Ba