反渗透膜硅结垢分析计算与化学清洗

2024-12-17 15:57 宁夏

硅元素在废水中存在的形态复杂，分别为溶解形态、胶体形态和颗粒形态。颗粒形态的硅（例如砂子）可以通过沉淀池去除，胶体硅是硅酸化合物以多分子聚集态存在，具有胶体的一些性质，可以通过混凝和超滤等去除，溶解形态的硅是SiO2溶解于水所形成的原硅酸（H4SiO4）、偏硅酸（H2SiO3）、二硅酸（H2Si2O5）、聚硅酸[(SiO2)m(H2O)n]。反渗透膜是否有硅结垢倾向取决于溶解形态的硅在反渗透浓水中的溶解度。本文分享反渗透膜硅结垢倾向分析计算方法和化学清洗方法，供水处理人士参考。

一、计算分析方法

如果反渗透浓水中的SiO2含量大于SiO2在浓水中的溶解度极限，那么反渗透膜有硅结垢倾向，如下式所示。

式中：[SiO2]b为反渗透浓水中的SiO2含量，mg/L；[SiO2]lim为SiO2在浓水中的溶解度极限，mg/L。

[SiO2]b的计算方法如下式所示。

式中：[SiO2]f为反渗透进水中的SiO2含量，mg/L；Y为反渗透回收率；SP为反渗透膜对SiO2的透过率，对于国际一流品牌的反渗透膜，SP在1%~2%之间；对于国际二流品牌或国内反渗透膜产品，SP在2%~5%之间。

[SiO2]lim的计算方法如下式所示。

式中：α为浓水中SiO2溶解度校正系数，其与浓水pH有关，可查阅下图取值。

[SiO2]t为SiO2在浓水中的溶解度，mg/L，其与水温有关，可查阅下图取值。

举例说明：反渗透进水中的SiO2含量[SiO2]f=35 mg/L，系统回收率为75%，膜对SiO2的透过率为2%，浓水pH=8.0、水温为20℃。

（1）计算反渗透浓水中的SiO2含量

（2）查图，水温20℃时，SiO2在浓水中的溶解度[SiO2]t=75 mg/L；pH=8时，浓水中SiO2溶解度校正系数α=1.2，据此计算SiO2在浓水中的溶解度极限。

（3）[SiO2]b＞[SiO2]lim，所以，反渗透膜存在硅结垢倾向。

二、化学清洗方法

1.清洗液配方

对于硅结垢的反渗透膜，推荐化学清洗配方为：

（1）质量分数0.1% NaOH+质量分数0.025% 十二烷基苯磺酸钠，清洗液pH12~13，清洗液温度28~30 ℃。

（2）质量分数0.1% NaOH+质量分数1.0% EDTA-4Na，清洗液pH12~13，清洗液温度28~30 ℃。

2.清洗液用量计算

绝大部分水处理项目中反渗透化学清洗箱的配置都过大，如果运营人员按照清洗箱的最高液位配置清洗液，那么造成药剂浪费；如果没有基准的选择配药液位，又会导致水量不足，造成空气进入泵、管道、膜元件，导致汽蚀和膜氧化。如果按照膜壳容积、膜充水量、管道容积等计算清洗液用量，则过于麻烦，我们工业中通常使用8inch反渗透膜元件，可按照每支膜元件40 L的用量计算清洗液总量，例如反渗透二段有10支6芯装膜壳，则需要清洗液2400 L（2.4 m³）。

3.化学清洗步骤

化学清洗的操作方法是保证化学清洗效果的重要因素，反渗透的化学清洗步骤如下。

（1）按照计算清洗液用量和推荐配方配置清洗液。

（2）预热清洗液，将清洗液温度加热至28~30 ℃，预热时，关闭化学清洗泵至反渗透的阀门，打开化学清洗泵至清洗箱的回流阀，保证清洗液温度均匀。

（3）以尽可能低的清洗液压力向反渗透注入清洗液，压力必须低至反渗透化学清洗液产水侧回流管没有水回流。流量控制在每支膜壳在3~4m³/h，例如反渗透二段有10支6芯装膜壳，则化学清洗二段时，流量控制在30~40m³/h之间。

（4）在反渗透充满清洗液以后（化学清洗浓水测回流满管时），保持注入时的流量循环清洗液，循环1~2 h即可。

（5）停止清洗泵的运行，让膜元件完全浸泡在清洗液中。浸泡时间视污染情况而定。为了维持浸泡过程的温度，可采用很低的循环流量，流量控制在每支膜壳在0.5~1.0m³/h，例如反渗透二段有10支6芯装膜壳，则化学清洗二段时，流量控制在5~10m³/h之间。

（6）浸泡结束后，以高流量开始循环，流量控制在每支膜壳在6~9m³/h，例如反渗透二段有10支6芯装膜壳，则化学清洗二段时，流量控制在60~90m³/h之间。

（7）高流量循环后，排净清洗液，用冲洗泵冲洗反渗透，至排出的水为中性时停止冲洗，即可投入使用。

总结

如果反渗透进水中出现一定量的金属，如铝离子，可能会形成金属硅酸盐，从而改变SiO2的溶解度。硅结垢的发生大多数为水中存在铝或铁。因此，如果存在硅的话，应保证水中没有铝或铁。高分子量的聚丙烯酸酯阻垢剂可以用于增加二氧化硅的溶解度，对于进水SiO2较高的反渗透可以尝试使用。

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