超純水處理系統(tǒng)中R0膜損壞原因分析

　　反滲透技術(shù)因設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn), 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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(fù)合膜具有脫鹽率高、產(chǎn)水量大、耐化學(xué)清洗pH范圍寬等諸多優(yōu)勢(shì)。

　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展, 各個(gè)行業(yè)對(duì)反滲透復(fù)合膜的需求量不斷增大, 伴隨而來(lái)的是反滲透復(fù)合膜在使用過(guò)程中發(fā)生的失效事故也在日益增多, 造成了人身、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等損失。研究反滲透復(fù)合膜失效原因?qū)⒂兄谔岣呱a(chǎn)企業(yè)及使用單位的安全使用意識(shí), 防患于未然。

　　本文R0膜為一套工藝為80m3/h超純水處理系統(tǒng)中陶氏R0膜, 此超純水處理系統(tǒng)中進(jìn)入原水箱的水質(zhì)為城市自來(lái)水, 所加藥劑為亞硫酸氫鈉, 加藥方式為手動(dòng)投加。

　　1.2 檢測(cè)過(guò)程

　　1.2.1 膜宏觀形貌分析

　　對(duì)反滲透R0膜元件進(jìn)行解剖分析, 膜表面有無(wú)色透明晶體附著: 無(wú)色透明晶體附著物附近表面有較多的孔洞見(jiàn)圖1所示, 其他位置有一些吸附的灰色雜質(zhì)見(jiàn)圖2所示, 局部位置顏色為淺黃色見(jiàn)圖3所示。

　　1.2.2 R0膜及表面附著物成分檢測(cè)

　　對(duì)反滲透R0中R0膜表面無(wú)色晶體顆粒、R0膜表面淺黃色部位、灰色部位進(jìn)行元素檢測(cè), 檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1所示。對(duì)反滲透R0中R0膜表面層、表面層背面、多孔中間支撐層、增強(qiáng)無(wú)紡布進(jìn)行傅里葉紅外光譜分析, 檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2所示。

　　在原始交聯(lián)芳香聚酰胺膜紅外譜圖中, 1654cm-1處的吸收峰為酰胺鍵中C=0( 酰胺Ⅰ) 的伸縮振動(dòng)吸收峰,1541cm-1處為N-H( 酰胺Ⅱ)的平面彎曲振動(dòng)吸收峰,1609cm-1處為與氫鍵締結(jié)的C=0(酰胺Ⅰ)伸縮振動(dòng)吸收峰。

　　以上均為交聯(lián)芳香聚酰胺的特征吸收峰。經(jīng)原水自來(lái)水處理后的1609cm-1處的與氫鍵締結(jié)酰胺Ⅰ吸收峰和1541cm-1處的酰胺Ⅱ吸收峰逐漸減小, 1654cm-1處的酰胺Ⅰ的伸縮振動(dòng)吸收峰遷移至1658cm-1。

　　當(dāng)聚酰胺膜發(fā)生降解時(shí), 首先是酰胺鍵上N-H基團(tuán)發(fā)生氯化生成N-Cl , 隨后鏈間氫鍵被破壞, 當(dāng)氯化強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí), 芳香聚酰胺中的N-Cl會(huì)發(fā)生Orton重排而使芳環(huán)氯化, 進(jìn)一步加深聚合物鏈的氯化降解, 最終導(dǎo)致聚合物鏈段變形。

　　1.2.3 染色試驗(yàn)

　　染色試驗(yàn)可直觀的觀察膜片受損位置。對(duì)反滲透R0膜進(jìn)行染色試驗(yàn), 將500mg/L甲基紫溶液均勻涂覆于膜片表面。膜片背面有呈點(diǎn)狀、呈面狀顯示的甲基紫顏色。

　　結(jié)果分析

　　陶氏膜元件為螺旋卷式結(jié)構(gòu), 簡(jiǎn)稱卷式結(jié)構(gòu), 它由多葉膜袋組成, 每一葉陶氏膜片為復(fù)合結(jié)構(gòu), 它由三層組成。聚酯材料增強(qiáng)無(wú)紡布, 約120m厚; 聚砜材料多孔中間支撐層, 約40m厚; 聚酰胺材料超薄分離層, 約0.2m厚。超薄分離層是反滲透和納濾過(guò)程中真正具有分離作用的功能層。

　　陶氏膜片能夠承受短期的氯和次氯酸根的攻擊, 但余氯的含量正常情況下應(yīng)<0.1ppm,因?yàn)檫B續(xù)接觸將會(huì)氧化性破壞引起膜性能的下降, 破壞膜的分離能力。當(dāng)釆用FT30膜元件時(shí), 為了防止膜被氧化,R0的進(jìn)水應(yīng)進(jìn)行脫氯處理。

　　在出現(xiàn)明顯的脫鹽下降之前, FT30膜具有一定程度的抗氯性,大約為與1ppm余氯接觸200-1000小時(shí)后,可能會(huì)出現(xiàn)膜的降解(簡(jiǎn)稱200-1000ppmhr的抗氯能力)。氯對(duì)膜的攻擊速率取決于進(jìn)水特征,在堿性條件下, 氯的攻擊速度比在中性或酸性條件下快。城市出廠自來(lái)水中余氯含量≥0.3(mg/L),符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　由前述可知, 現(xiàn)場(chǎng)所加藥劑為亞硫酸氫鈉, 加藥方式為手動(dòng)投加。由膜宏觀形貌檢測(cè)可知, 膜表面有無(wú)色透明晶體附著, 無(wú)色透明晶體附著物附件表面有較多的孔洞,其他位置有一些吸附的灰色雜質(zhì), 局部位置顏色為淺黃色。

　　由R0膜及表面附著物成分檢測(cè)可知, R0膜超薄分離層表面附著無(wú)色晶體顆粒為硫酸鈉(Na2SO4),R0膜超薄分離層(聚酰胺材料)檢測(cè)出含有Cl元素; 1609cm-1處的與氫鍵締結(jié)酰胺Ⅰ吸收峰和1541cm-1處的酰胺Ⅱ吸收峰逐漸減小, 1654cm-1處的酰胺Ⅰ的伸縮振動(dòng)吸收峰遷移至1658cm-1,聚酰胺膜發(fā)生氯化降解。

　　由染色試驗(yàn)可知,膜片背面呈點(diǎn)狀顯示的甲基紫顏色, 膜表面的功能層被氧化,膜片截留性能將受到影響; 膜片背面呈面狀顯示的甲基紫顏色, 說(shuō)明膜表面的功能層受到物理?yè)p傷。

　　綜上所述, 因加藥方式為手動(dòng)投加, 造成自來(lái)水中余氯未去除干凈, 膜表面功能層被氧化, 受到了自來(lái)水中余氯的攻擊, 膜材料發(fā)生了一定的降解。