地表水采用给水浓水隔网的种类

    地表水采用什么样的浓水隔网是业界一直争论的问题,尤其是不同的膜生产厂家其看法是不一样的。

    一种看法认为地表水应该 采用较厚的浓水隔网,其依据如下。

    ①由于给水与浓水间压力降开始时较低,因而可延长两次清洗之间的运行时间,从而能容纳更多的污染物。

    ②一旦反渗透膜元件被污染,易于清洗,可缩短清洗时间。

    在运行期间厚隔网的有利方面是压力降可能较低。因此达到单个膜元件上压力降的极限值为69KPa(10psi)时工作周期可较长,但这与通常建议的清洗要求即:因污染导致压力升高10%~15%时就应清洗的说法相对立。厚隔网也有雷诺数低的消极影响,尽管这可能是一个小缺点,因为所有隔网的雷诺数都是100左右,这个数值使隔网水流完全处于0~2000的层流范围内,所以不可能出现涡流或湍流;在清洗期间厚隔网的有益影响可能在于能更快地去除较大的污染物,因此可缩短清洗的时间。

    对于反渗透膜元件的给水隔网厚度与膜污染可能性之间的关系问题,尤其是在给水中有机物、胶体及悬浮物浓度较高的情况下,这一问题常有两种意见;一些较新的膜元件使用了0.026in(0.66㎜)隔网来增加膜面积;另一种意见,采用了0.031~0.034 in(0.78~0.86㎜)的隔网,即用较厚的给水通道。为了便于讨论,先说明膜元件污染的有关原理。

    由于水中含有难溶盐、胶体、微生物、有机物、金属氧化物及其他各种杂质颗粒,因而会造成膜元件的污染。以胶体为例,天然水中的胶体等大多带有负电荷,这种胶体由带正电荷的胶核与带负电荷的外层所构成,由于胶体的多层结构及水化作用,因而胶体能悬浮于水中,由于胶体带负电荷的外层与其他胶体带正电荷的胶核相互吸引,使许多带有相同电荷的胶体粒子同时存在,但粒子之间并不实际接触。由于复合膜制造过程中使用的带负电荷的基团未完全反应,因而复合膜的表面通常带有一定负电性,这种负电性在制造过程中是有意控制的,其目的是为了更好地去除带负电荷的物质。当给水送入膜元件后,大部分胶体会随水流通过给水隔网并排出膜元件,此时两种作用力会影响这些胶体在膜元件内的迁移速度。第一种作用力使胶体颗粒沿与膜表面平行的方向移动;第二种作用力带着胶体向膜表面垂直移动以替换由于水的透过而留下的空间。胶体颗粒到达膜表面的速度与产水通量有关,水通量越高(例如系统中膜面积较小时)会使膜表面处的胶体浓度越高,在靠近膜表面处,由于边层效应,水流阻力最大,因而水平流速近乎为零,从而造成一些胶体颗粒相互粘连于膜表面,从而更增加边界层厚度,造成堵塞,这就是膜元件污染发生时,产水量会迅速下降的原因。保持给水中足够的膜面积横向流速,将集聚在膜表面的胶体等颗粒及时冲刷、剥离掉,维持恒定的边界层厚度,对维持膜的产水量是有积极影响的。

    了解了膜污染机理之后,给水的横向流速对于减少污染、维持产水量的重要性就十分清楚了,较高的横向流速可增加 水流的 湍流程度,减少颗粒物质在隔网空隙中的沉淀,较高的横向流速也提高了膜表面处高浓度盐分的扩散速度,降低浓差极化的危害、减薄边界层厚度,防止难溶盐在膜表面的沉淀、结垢。

    膜面横向流速的大小是由给水流量、膜元件给水通道的宽度及厚度等因素所决定的。给水通道及给水隔网越厚,则需要更高的横向流速才能达到相同的湍流程度和边界层效果,而更高横向流速就要求更高的给水流量,同时,给水的隔网越厚则使用同样膜元件里的膜面积,越小这就意味着为达到较合适的膜面横向流速,使用膜面积小(给水膜网厚)的膜元件需要承担大的给水流量,造成单位膜面积的产水负荷即水通量增大,势必会增加膜污染的程度。

    上述分析说明,为减少污染、维持水通量及延长清洗周期,应选用适当的给水隔网厚度,可有效地增加横向流速。改善膜元件的综合性能。

    主张推广使用给水隔网较厚的膜元件的公司,认为例如公称厚度为0.78㎜,膜面积为30.7㎡(330ft2)的这种膜污染倾向小,可减少清洗频率并增加清洗效果,而美国海德能公司(Hydranau-tics)主要推广的给水隔网厚度为0.71㎜,根据很多对比试验,膜面积30.7㎡(330ft2)的膜元件的耐污染性并无明显优势。位于美国南部一个半导体工厂也曾做过这种对比实验,该厂给水中含有较高浓度的有机物及胶体颗粒,他们同时使用美国海德能公司的膜面积为440 ft2,隔网厚度为0.71㎜的膜元件和上述的厚度为0.78㎜,面积为30.7㎡膜元件进行了对比试验。试验结果表明,在相同条件下运行,这两种膜元件的污染速度和清洗后通水量的恢复速度基本相同。

    事实上,首先,当给水流量确定后,隔网厚度为0.78㎜膜元件的横向流速比给水隔网为0.71㎜膜元件要低。在膜面积相同的反渗透系统中,其他工艺参数相同时,给水隔网较厚系统的横向流速低,导致膜污染速度较大。其次,对于给水流量及产水流量均相同,所用膜元件的数量也相同的反渗透系统而言,使用较低膜面积(给水隔网较厚)膜元件时,系统的产水量,即单位膜面积上的产水负荷较大,造成膜污染速度增加,例如,440 ft2和365 ft2膜元件的膜面积分别比330 ft2膜元件大10.6%和21%,在使用相同膜元件数的系统中,使用330 ft2膜的系统,由于膜面积较少,造成产水通量和给水通量和给水压力增高,产水通量大增加污染趋势,给水压力高增加给水泵成本和电能消耗。此时可供选择的另一个方法是增加膜元件(及压力容器)的数量,但这又使得设备成本提高。

    尽管每一家膜生产厂对这个问题的看法不一样,但有一点是一样的,即几乎所有的膜生产厂已经停止生产厚度为0.78㎜,面积为30.7㎡(330ft2)的膜元件。