[发明专利]一种纳滤、反渗透膜的高渗透压在线反向清洗方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种纳滤、反渗透膜的高渗透压在线反向清洗方法及装置。

背景技术

对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，当把相同体积的稀溶液(例如淡水)和浓溶液(例如盐水)分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与浓溶液的种类、浓度和温度有关而与半透膜的性质无关。若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透。反渗透是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普遍的应用实例便是在水处理工艺中，用反渗透技术将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。

膜依据其孔径的不同可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。超滤是一种压力驱动膜过滤过程，主要依靠筛分机理分离水中颗粒物质和大分子有机物，超滤膜的孔径为0.002微米～0.1微米，溶解物质和比超滤膜孔径小的物质能透过滤膜，而比超滤膜孔径大的物质不能透过超滤膜从而被截留下来，随浓缩液排放。因此产水中只含有离子和小分子物质，而胶体物质、颗粒、细菌和病毒被超滤膜去除。

与超滤膜不同，反渗透膜的膜孔径更小，表面微孔的直径一般在0.5～10纳米之间。它是利用反渗透原理进行工作。反渗透膜可以将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。纳滤主要运用于饮用水和工业用水的纯化，废水净化处理，工艺流体中有价值成份的浓缩等方面。因此，反渗透膜和纳滤膜的分离过程需要压力驱动克服渗透压来生产纯净水(产水)。

膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子和溶质大分子由于与膜存在物理化学作用或机械作用引起的膜表面和膜孔径内吸附、沉积造成的膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特征的不可逆变化现象。对膜污染来说，一旦物料与膜接触，膜污染即开始。反渗透膜的污染类型可分为颗粒污染、胶体污染、化学污染和微生物污染。膜污染物中最常见的为碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机或生物沉积物。基本上所有的原水中都含有微生物，即病毒、细菌、真菌、藻类、热源还有其他高等生物。这些微生物在进入反渗透膜过程中，以渗透膜为载体，借助反渗透浓盐水段浓缩的营养盐而繁殖生长，使产水量和脱盐率下降，并使产品水被污染，且使膜的寿命缩短。

目前阻止膜污染的方法是，1)在预处理中添加各类杀菌剂来阻止微生物的生长，2)添加阻垢剂来缓解各类无机物的结垢，3)当膜通量降低时，用膜的清洗方法去除附着在膜表面难以清洗沉积物和微生物。其中膜的清洗方法有物理方法和化学方法两种，其中物理方法如水力学清洗方法只适用于微滤膜和疏松的超滤膜，大多数情况下仍需化学清洗，膜使用一定时间后，需加入各种化学药剂对膜内的污垢进行清洗。清洗过后，虽然在短时期内对膜通量的恢复具有一定效果，但也同时带来了二次污染，且对膜本身造成了一定程度的损害，导致最终清洗周期越来越短，直接缩短了膜的使用寿命。因此，膜的使用寿命一般最多仅为5年，膜的经济性制约了膜的大规模使用及其优良性能的发挥。同时杀菌剂、阻垢剂、清洗剂、酸和碱的大量使用也进一步提高了运行成本。以海水淡化为例，目前常规工艺需要需要添加十几种化学药剂来保护膜的运行。

反渗透膜、纳滤膜有不同的结构形式，包括中空纤维式、卷式、板框式和管式。目前中空纤维式是最成熟的结构形式，也是应用最为广泛的。中空纤维式反渗透膜、纳滤膜从膜外侧到膜内侧虽然可以承受高达4MPa-8MPa的工作压力，但是由于受到不对称膜结构的限制，背压现象会导致膜片遭受到物理损伤。对于目前所有商用中空纤维式反渗透膜、纳滤膜说明书均要求产水侧(膜内侧)压力不得高于给水侧(膜外侧)压力0.05Mpa。因此，目前没有任何关于超滤膜、反渗透膜的反向洗技术的研究。