膜產品知識 科普
隨著國家節能減排的要求和居民對飲水質量要求的不斷提高，對于水處理的要求也越來越迫切，而作為深度歲處理的核心元件膜的應用也越來越廣泛，市場總量也越來越大，這些都催生了膜市場的發展。膜產品的種類很多，主要可分為微濾、超濾、納濾和反滲透。我國的納濾膜和反滲透市場是國外產品占主導地位；微濾、超濾膜在性能上和國外產品相比有一些差距，但價格要低的多，這也是國內膜產品的一個優勢所在。而且隨著國內膜分離材料的技術進步和反滲透膜產業的不斷成長，特別是一批自主知識產權的材料、技術和裝備的開發面世，極大地推動了膜產業技術的規范，使產業結構和成本更趨合理。總的來說，膜技術現在已經得到世界各國的普遍重視。在能源緊張、資源短缺、生態環境惡化的今天，產業界和科技界把膜技術視為二十一世紀工業技術改造中的一項極為重要的新技術。
一、微濾膜
微濾（MF）指過濾精度一般在0.1-50微米，常見的各種PP濾芯、活性炭濾芯。陶瓷濾芯等都是屬于微濾范疇，用于簡單的粗過濾，過濾水中的泥沙、鐵銹等大顆粒雜質，但不能去除水中的細菌等有害物質。濾芯通常不能清洗，為一次性過濾材料，需要經常更換。微孔濾膜流動阻力小，使用驅動力低，一般只需要低壓即可運行。PP棉芯一般只用于要求不高的粗濾，去除水中泥沙、鐵銹等大顆粒物質。活性炭濾芯可以消除水中的異色和異味，但是不能去除水中的細菌，對泥沙、鐵銹的去除效果也很差。陶瓷濾芯其最小過濾精度為0.1um，流量小，可取出用水沖洗。
膜的種類和功能對比表
| 膜的種類 | 膜的功能 | 分離驅動力 | 透過物質 | 被截留物質 |
| 微濾 | 多孔膜、溶液的微濾、脫微粒子 | 壓力差 | 水、溶劑和溶解物 | 懸浮物、細菌類、微粒子 |
| 超濾 | 脫除溶液中的膠體、各類大分子 | 壓力差 | 溶劑、離子和小分子 | 蛋白質、各類酶、細菌、病毒、乳膠、微粒子 |
| 反滲透和納濾 | 脫除溶液中的鹽類及低分子物 | 壓力差 | 水、溶劑 | 無機鹽、糖類、氨基酸、BOD、COD等 |
1.微孔濾膜材料
微孔濾膜可以用多種不同材料制備。根據使用材料微孔濾膜可進一步分成有機膜和無機膜，其中有機高分子聚合物是最主要的微孔濾膜材料。
制備微孔濾膜的的材料很多，商品化的主要有：纖維素脂類、聚酰胺類、聚砜類、含氟類材料、聚酯烴類、聚丙烯與無機材料類。
2.微孔濾膜截流機制
由于微孔濾膜的孔徑相對與其他膜較大，隨著膜的結構和被分離體系的差異，微濾過程的截留機制有所不同，大體上有以下幾種：
1）機械截留作用：即膜具有截留比其孔徑大，或大小相當的微粒的篩分作用。
2）物理作用或吸附截留作用：即膜和被分離粒子之間存在電性能或吸附性影響，而形成的截留作用。
3）架橋作用：因為架橋作用，致使比膜孔徑小的微粒也可被截留下來。
4）網絡型膜的網絡內部截留作用：這種截留將微粒截留在膜的內部，造成難于清洗的深層污染。
二、超濾膜
1.超濾原理
超濾是一種分離技術，能夠將溶液凈化、分離或者濃縮。超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜過程，膜孔徑范圍為0.5um（接近微濾）-1nm（接近納濾）。超濾的典型應用是從溶液中分離大分子物質（如細菌）和膠體，通常認為，所能分離的溶質相對分子質量下限為幾千。超濾膜可視為多孔膜，其截留取決于膜的過濾孔徑和溶質的大小、形狀。溶劑的傳遞正比于操作壓力。
2.超濾膜的類型
超濾膜是多孔的，但與微濾膜相比，其結構更具有不對稱性，這種不對稱膜包括一個很薄的皮層（一般<>
按制膜材料分類，超濾膜可分為有機膜和無機膜。按膜的外形特征可將超濾膜分為：平板膜、管式超濾膜，內徑>10nm、毛細管式超濾膜，內徑0.5-10.0nm、中空纖維超濾膜，內徑<>
3.制膜材料
可用于制造超濾膜的材料很多，分為有機高分子材料和無機材料兩大類。
1）有機高分子材料
纖維素脂類：主要有二醋酸纖維素(CA),三醋酸纖維素（CTA），混合纖維素（CACN）等。這類材料制造的超濾膜親水性好、成孔性好，材料來源廣泛、穩定，成本較低。但這種材料耐酸堿性能差。
聚砜類如聚砜（PS）和磺化聚砜（SPS）和聚醚砜（PES）等；用這種材料制膜，易成型，膜機械強度好，耐熱、耐化學性能也較好。是目前用得較多的材料。
聚丙烴類：主要是聚丙烯（PP）和聚丙烯腈（PAN）。同聚砜相似。它的機械和化學性能較好。PAN的腈基是強極性基因，但PAN并不十分親水，通常引入另一種共聚單體（如醋酸乙烯脂或甲基丙烯酸甲脂），以增加鏈的柔韌性和親水性，從而改變其加工性。
氟材料：目前主要用的是聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTEE），這種材料的超濾膜具有極優良的機械強度和耐高溫、耐化學侵蝕性性能，使用溫度40-260攝氏度，可在強酸、強堿和多種有機溶劑條件下使用，但成本很高。
聚氯乙烯（PVC）：這種材料制造的超濾膜具有優良的機械強度和的化學侵蝕性性能，材料來源廣泛、穩定，成本適中，可以制造出優良的超濾膜，尤其是可以制造出在跨膜壓差很低的條件下，單位膜面積產水量卻很高的超濾膜。
其他材料：除上述材料外，還有聚砜酰胺、聚醚酮、聚脂肪酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺等。
2）無機材料
這是近幾年來開發的新型制膜材料，主要有陶瓷、玻璃、氧化鋁（AL2O3）、氧化鋅（ZnO2）和金屬，目前國內還處于試驗室研究階段，尚未商品化生產，這種材質的超濾膜的優點是耐高溫，耐有機溶劑性能好，不易老化，可再生性強，適用于特別分離。
4.超濾膜的保存方法
膜制成成品后，需要對其進行保存，膜保存的方法有濕態和干態兩種，其目的是為防止膜水解、微生物侵蝕、凍結及收縮變形、膜失效等。
1）膜的濕態保存方法
保存濕態膜最主要的一點就是始終讓膜呈現濕潤狀態。一般常用膜保存液的配方為：
水：甘油：亞硫酸氫納=79.1:20:0.9
保存液溫度在5-40℃。亞硫酸氫鈉的作用是防止微生物在膜表面繁殖及侵蝕膜。甘油的目的為了降低保存液的冰點。防止因結冰而損壞膜，配方中的亞硫酸氫鈉可用戌二醛、硫酸銅等其他對膜無傷害的抑菌劑代替。
對醋酸纖維素膜，PH值在4.5-5，可降低膜的水解速度，一般在抽真空的條件下保存液的有效期為1年。
濕態膜會由于脫水產生收縮變形現象，使膜孔大幅度縮小，或使膜結構遭到破壞，同時使膜的過濾作用失效。
2）干態膜的保存方法
目前商品化的超濾膜，基本上都是干態膜的形式。因為這不僅有利于存放和運輸，而且也是制作膜組件所必需的（封膠時要求膜是干態）。
制備干態膜，普遍采用脫水劑，Van Oss等，用50%的甘油水溶液或0.1%的十二烷基黃酸鈉（SDS）水溶液浸漬醋酸纖維超濾膜1h，然后進行干燥處理，使用前需洗凈浸漬液。
現在常用的干化處理液的配方為：水:甘油:SDS=79.2:20：0.2
膜置于其中浸漬5-6天后在一定溫度環境中干燥。
5.超濾膜的結構特點
目前商品化的超濾膜都不是對稱膜，由致密的表皮層和多孔的支撐層構成。皮層的厚度約為0.1-0.25μm，多孔支撐層的厚度約為100-250μm，而多孔支撐層在靠近皮層部分是具有微細孔結構的過渡層，最下層是具有較大孔徑的支持層。
6.超濾膜的表征
膜的特征分為外觀表征及性能表征。外觀表征是指膜的厚度、皮層結構等，性能表征是指膜的理化性能和分離透過性能。膜的理化性能主要包括膜的結構強度、耐化學性、耐熱溫度范圍和適用PH值范圍，分離透過性能主要是指透水速率和截留分子量、截留率等。
1）厚度：在其他表征相同的條件下，其厚度越小，通量越大，壓損越小，支撐層的厚度的大小，取決于膜的強度和剛性。
2）膜內徑：對管式膜而言，膜的內徑和厚度的比值直接影響了膜的強度和剛性，它的大小也是區分管式膜、毛細管膜及中空纖維膜的主要依據，也是決定單位體積內膜充填密度的主要因素。
3）支撐結構層：一般有兩種類型，指孔狀結構和海綿狀結構，指空狀結構阻力小，海綿狀結構強度高。
4）膜孔徑：超濾膜孔徑一般為0.05μm-1nm。
5）截留能力：通常用截留分子量（90%能被膜截留的分子量）來表示，膜的截留值通常以方式給出。（某膜的截留分子量大于10000萬，即為分子量大于10000萬的所有物質90%以上被截留）。當分子量一定時，剛性分子較之柔性分子、球形和側鏈分子較直線型分子有更大的截留值。
6）孔徑分布：孔徑分布的范圍是表征膜孔徑是否均勻的一種方法，孔徑分布越窄，分離效果和抗污染性越好。
7）空隙率：對于非對稱膜而言，存在著兩種空隙率，分離層孔隙率和整體空隙率，目前測定方法，所測定的結果實際上是整體空隙率，而影響分離效果的是分離層空隙率。
8）過濾速率：一般超濾膜的透過能力，以純水的透過速率表示，并標明測定條件實際應用中膜的過濾速率比它小的多，其原因是濃差極化和膜污染，增加了過濾時的流體阻力，水流速度、壓力、溫度、原水預處理程度均影響超濾的速率。
9）抗污染能力：膜的抗污染能力決定于膜材料的物理和化學特性和分離體等物化特性之間的關系。對于水溶液體系來說親水性膜的抗污染性比疏水性膜好。
7.密封
中空纖維及毛細管膜器件的密封主要在它們之間端頭環氧密封及端頭環氧與外殼之間的密封，可采用通常的橡膠密封墊圈等方法密封。
8.外殼
常用的膜過濾器分為兩種:衛生過濾用外殼和工業過濾用外殼。外殼要求能承受工作壓力，一定的防碰撞能力。常用外殼材料有：不銹鋼、ABC、UPVC、玻璃鋼等。
9.外接口與連接
膜組件與應用工程中的工藝管線，配套設備的接口以及與自控儀表閥門等相連接的部位叫外接口。大部分的超濾膜組件都有三個外接口，即原水入口、出水口和濃水出口，其連接方式視具體情況而定。一般可分為可拆卸連接和不可拆卸連接。可拆卸的連接有螺紋連接、快接連接、活接等，不可拆卸的連接有焊接、粘接等。
10.超濾膜的清洗
超濾膜在使用一段時間后，由于被截留物對膜表面的污染會使膜的產水量下降，為了維持膜通量的穩定，必須定期對膜進行清洗，每次30秒-60秒。化學清洗間隔時間相對物理清洗時間長。一般最短間隔為1天，最長間隔時間為6個月。對有機物的清洗一般采用堿液清洗，蛋白質采用酶劑，細菌、微生物，藻類采用*、次氯酸鈉等氧化劑進行清洗。
三、納濾膜
納濾（NF）膜的研制與應用較反滲透膜大約晚20年。20世紀70年代J.E.Cadotte研究NS-300膜，即為研究NF膜的開始。當時，以色列脫鹽公司用“混合過濾”來表示介于反滲透與超濾之間的膜分離過程，稱為松散反滲透膜，后來美國的FILMTEC公司把這種膜技術稱之為納濾，一直沿用至今。之后，納濾技術發展的很快，膜組件于80年代中期商品化。目前，納濾技術已成為世界膜分離領域研究的熱點之一。
1.納濾膜定義
到目前為止，對納濾膜的準確定義、機制、特征等的認識還遠遠不充分。學術界比較統一的解釋納濾膜的定義包括以下七個方面：
1)納濾膜介于反滲透和超濾膜之間，其膜表面分離皮層可能具有納米級微孔結構。
2)相對于反滲透膜NaCI的脫除率均在95%以上，一般將NaCI脫除率為90%以下的膜均可稱之為納濾膜。
3)反滲透膜幾乎對所有溶質都有很高的脫除率，而納濾膜只對特定的溶質具有脫除率。
4）納濾膜孔徑在1nm以上，一般1-2nm。
5)主要去除一個納米左右的溶質粒子，截留分子量在200～1000道爾頓。
6)反滲透膜幾乎均為聚酰胺材質，而納濾膜材料可采用多種材質，如醋酸纖維素、醋酸一三醋酸纖維素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺復合材料和無機材料等。
7) -般納濾膜的表面形成高聚物電解質因而常常有較強的負電荷性。
2．納濾原理
與超濾及反滲透等膜分離過程一樣，納濾也是以壓力差為推動力的膜分離過程，是一個不可逆過程。其分離機制可以運用電荷模型（空間電荷模型和固定電荷模型）、細孔模型以及近年來才提出的靜電排斥和立體阻礙模型等來描述。與其他膜分離過程比較，納濾的一個優點是能截留透過超濾膜的小分子量的有機物，又能透析反滲透膜所截留的部分無機鹽——
也就是能使“濃縮”與脫鹽同步進行。
NF膜分離需要的跨膜壓差一般為0.5～2.OMPa，比用反滲透膜達到同樣的滲透能量所必須施加的壓差低0.5～3MPa。在同等的外加壓力下，納濾的通量要比反滲透大得多，而在通量一定時，納濾所需的壓力則比反滲透的低很多。所以用納濾代替反滲透時，“濃縮”過程可更有效、快速地進行，并達到較大的“濃縮”倍數。一般來講，在使用納濾膜進行的膜分離過程中，溶液中各種溶質的截留率有如下規律：
1)隨著摩爾質量的增加而增加；
2)在給定進料濃度的情況下，隨著跨膜壓差的增加而增加；
3)在給定壓力的情況下，隨著濃度的增加而下降；
4)對于陰離子來說，按N03'、cI‘、OH’、SO一2’、C032。順序上升。
5)對于陽離子來說，按H+.Na+、K+、Ca”、Mg”、Cu2+順序上升。
3．納濾膜應用
納濾膜的這些性能決定了其在飲水處理中的廣闊的應用，簡述如下。
1)軟化
膜軟化水主要是利用納濾膜對不同價態離子的選擇透過特性而實現對水的軟化。膜軟化在去硬度的同時，還可以去除其中的濁度、色度和有機物，其出水水質明顯優于其他軟化工藝。而且膜軟化具有無須再生、無污染產生、操作簡單、占地面積省等優點，具有明顯的社會效益和經濟效益。
膜軟化在美國已很普遍，佛羅里達州近10多年來新的軟化水廠都采用膜法軟化，代替常規的石灰軟化和離子交換過程。近幾年來，隨著納濾性能的不斷提高，納濾膜組件的價格不斷下降，膜軟化法在投資、操作、維護等方面已優于或接近于常規法。
2)用于去除水中有機物
納濾膜在飲水處理中除了軟化之外，多用于脫色、去除天然有機物與合成有機物（如農藥等）、三致物質、消毒副產物（三鹵甲烷和鹵乙酸）及其前體和揮發性有機物，保證飲用水的生物穩定性等。
三致物質的去除：研究表明，納濾膜能夠去除水中大部分的有毒有害的有機物和Ames致突變物，使TA98及TAIOO菌株在各試驗劑量下的致突比MR值均小于2，Ames試驗結果呈陰性。進一步的研究將要考察納濾技術對飲水中的內分泌干擾物質的截留特性，為安全優質飲水提供依據。
消毒副產物及其前體物的去除：消毒副產物主要包括三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs)和可能的三氯乙醛氫氧化物(CH)。國外的科技工作者在這方面已開展了廣泛的研究，納濾膜對這三種消毒副產物的前體物的平均截留率分別為97%、94%和86%。通過合適的納濾膜的選用，可以使得飲用水水質滿足更高的安全優質飲水水質標準。
此外，納濾出水是低腐蝕性的，對飲用水管網的使用期和管道金屬離子的溶出有正面的影響，有利于保護配水系統的所有材科。試驗表明采用必要后處理的納濾膜系統能夠使管網
中鉛的溶解減少50%，同時使其他溶出的金屬離子濃度滿足飲水水質標準要求。
揮發性有機物(VOC)的去除：對飲用水中痕量揮發性有機物具有較高的去除率。
在管道直飲水中的應用：納濾可以截留二價以上的離子和其他顆粒，所透過的只有水分子和一些一價的離子（如鈉、鉀、氯離子）。納濾可以用于生產直飲水，出水中仍保留一定的離子，并可降低處理費用。
四、反滲透膜
反滲透膜的孔徑最小，在2～3nm以下。除了水分子外，其他所有雜質顆粒（包括離子）都不能通過反滲透膜，因此反滲透膜分離得到的水為純凈水。反滲透技術已經廣泛用于海水淡化、苦成水脫鹽、工業給水高純水的制備（電子工業用水、鍋爐給水等），近年來迅速發展起來的飲用純凈水、優質直飲水的核心技術就是反滲透。反滲透技術的操作壓力較高，必須超過所處理水的滲透壓，對于海水淡化，操作壓力一般在3MPa以上，對于用自來水制備飲用純凈水，操作壓力一般在lMPa以下（根據原水合鹽量、純水回收率、膜特性而確定，一般家用反滲透膜工作壓力為0.6MPa左右，工業反滲透膜工作壓力為IMPa左右）。
1.反滲透膜工作原理
對透過物質具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過溶劑而不能透過溶質的薄膜稱之為理想半透膜。當把相同體積的稀溶液（例如淡水）和濃溶液（例如鹽水）分別置于半透膜的兩側時，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發地向濃溶液一側流動，這一過程稱為反滲透。
反滲透是滲透的一種反向遷移運動，是一種在壓力驅動下借助于半透膜的選擇截留作用將溶劑中的溶質與溶劑分開的分離方法，它已廣泛應用于各種溶液的提純與濃縮，其中最普
通的應用實例便是在水處理工藝中，用反滲透技術將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物及膠體等雜質去除，以獲得高質量的純凈水。
反滲透膜是為了實現水溶液的反滲透現象，采用特殊工藝人工合成的一種半透膜。反滲透膜B孔徑為O.OOOIUm，只有水溶液中的溶劑——水能通過，而其溶質不能通過反滲透膜。病毒的直徑為0.02 - 0.4ltm，細菌的直徑是0.4 - I.OUm，因此，經過反滲透膜的水是真正意義上的純凈水。
2.反滲透膜的種類
1)非對稱膜，．醋酸纖維素膜(CA膜)
傳統上講，非對稱膜是由溶于丙酮中的醋酸纖維聚合體形成的分離薄膜，這種技術的反滲透膜在1962年商業化。
這種非對稱的CA膜表面有一層0.1-0.2μm厚度的脫鹽分離層，分離層下面的支撐層結構厚度大約100～200μm，是高透水性的海綿狀多孔結構。CA膜的脫鹽率和產水通量的性能可以由成膜時間和溫度來控制。
2)復合薄膜～芳香聚酰胺膜(TFC膜)
芳香聚酰胺復合膜通常底層是多孔結構的聚砜，表層為膠聯結構的PA涂層。表面分離層芳香聚酰胺是由苯三甲酰氯和間苯二胺聚合成，復合膜的生產工藝可以優化支撐層和分離層
的各自特點。TFC復合膜與醋酸纖素膜比較，有更大的產水通量和更高的脫鹽率。
3)復合腰與醋酸纖維素膜的比較
正如上面所述，從19 81年蔓臺膜商業化生產后，其具有高通量高脫鹽率特點，顯示出比此前廣泛應用CA膜的明顯優勢。與CA膜相比，復臺膜(TFC)具有允許pH值范圍寬、操作
壓力低等特點。詳細比較如下表：
4)反滲透膜的基本分離特性
A．無機物的脫除率比有機物的脫除率高，有機物分子量大于100的也
有比較高的脫除率。
B．離子態溶質的脫除率好于非離子態溶質。
C．高價的離子態溶質脫除率高于低價溶質。例如，Al3+的脫除率高于Mg2+；Mg2+的脫除率高于Na+。
D．無機物溶質脫除率與離子大小和水臺離子大小有關。離子半徑或水臺離子半徑越大，脫除率就越高。
E．非離子態溶質的分子量越大，脫除率越高。
F．分子量小于100的氣體分子很容易滲透過膜片。例如，氨氣、氯氣、二氧化碳、氧氣和硫化氫容易透過膜。
G．弱酸的脫除率低并且和分子量有關。以下三種酸的脫除率因分子量減少而降低。檸檬酸高于酒石酸高于乙酸。
| 參數 | 復合膜 | 酸醋膜 |
| PH使用范圍 | 2-12 | 4-6 |
| 使用壓力（Kg/cm2） | 15 | 30 |
| 脫鹽率 （%） | TDS | 99+ | 98 |
| 硅（SiO2） | 99+ | <> |
| 使用3年后脫鹽率的變化 | 99%→98.7% | 98%→96% |
| 耐氯性 | 0.1PPM | 1PPM |
| 抗污染能力 | 強 | 弱 |
3.反滲透膜的清洗和殺菌
1)為何要對反滲透膜進行清洗
反滲透系統的預處理工藝設計，已經可能地去除原水中帶來的污染物質，但并不能全部去除，所以反滲透系統污染現象很普遍。幸運的是大多數污染物質通過定期的化學清洗可以被去除。只要預處理工作正常，不存在難以控制的原因，如原水水質改變或無法避免的微生物污染發生，清洗頻率可以盡量低。有時候操作失誤會導致膜的污染，如回收率太高或加藥系統不正常等。膜被污染產水量會下降，脫鹽率會下降，進口與濃水之間的壓力差會升高。
2)清洗藥劑的選擇
因為頻繁期清洗會縮短腠的壽命，有時因為藥劑選擇不當會惡化膜的污染狀況，所以選擇化學藥品很重要。針對污染原因對癥下藥效果會更好，所以應在化學清洗之前確定污染物類型，以下方法可以幫助我們確定污染物類型：
分析運行數據
·分析原水以確定潛在的污染物質
·參考以往清洗結果以確定污染類型
·分析SDI測試后膜片上的污染物
·分析保安過濾器濾芯上的污染物
·檢測進水管內壁和上游的膜元件。
如果呈紅褐色，可能是鐵污染。生物污染和有機物污染，膜表面可能呈現黏膜和膠狀物。
3)反滲透膜殺菌
如反滲透系統發現被微生物粘膜污染，例如微生物黏膜或腐殖物，那么清洗之后應該對系統進行殺菌處理。除了不需要大流量循環外，程序與化學清洗相同。
通常使用的殺菌劑有甲醛、*、過乙酸和加氯。四銨鹽類殺菌劑、碘酒和類混合物會造成產水量降低，因此不要將他們用做殺菌劑。
甲醛的有效濃度在0.5%～3%。使用時要十分小心，因為它是致癌物質。
濃度為400ppm的過乙酸溶液可以用作反滲透系統的殺菌。過乙酸溶液的系統殺菌效果要遠好于*。操作時要十分小心，不要超過0.2%的濃度。我們建議間歇性使用，以免連續性使用對膜造成損傷。當使用過乙酸時通常不需要pH值調節。
當使用*時濃度為0.2%，溶液pH值調整為3。這是為了確保殺菌過程的效果。如果在消毒之前使用了堿性清洗，那么建議用安全的酸液沖洗膜系統。另外，如果溫度超過25。C并且有重金屬鐵錳存在，那么*對膜的損傷會加劇。
4.反滲透膜故障排除
1）反滲透膜故障排除概述
任何反滲透系統的故障會表現為脫鹽率下降或產水量降低及壓降升高，這三個指標會分別出現或者共同發生。如果三個指標中的一個或多個標準化之后背離了正常值，這就說明需要化學清洗以去除污染和化學結垢。
系統性能突然或快速下降說明了系統有缺陷或者發生過誤操作。基本的原則是：我們要對問題及早處理，否則可能會因為延遲解決這一個問題而造成新問題的發生。
早期發現潛在問題的首要條件是堅持記錄運行數據和數據標準處理，還包括定期對儀表進行校正。一旦發生問題，首先我們要確認問題所在的位置及原因。我們可以使用數據記錄
表和在線儀表來幫助完成任務。如果現場數據和分析條件無法判斷故障原因，應該取出一只或幾只膜元件送到實驗室做解剖或非解剖分析。
2)被嚴重污染膜元件的分析方法
肉暇觀察
直接觀察被解剖的膜元件表面可LX得到我們有用的線索，比如：有活性炭蒜粒的存在。
微生物的污染與難溶鹽污染的外觀和氣味有所不同。其它機械性損壞問題，例如：膠線破裂、原水和產品水通道材料的損傷也可以通過肉眼觀察到。
酸溶解實驗
如果將膜表面的晶狀物質結垢放到pH值3到4的鹽酸溶液中有大量氣泡產生，這說明該結垢物可能是碳酸鈣。
硫酸鹽和硅的結垢物質在pH值為l的酸液中都很難溶解。如果結垢物在2mg/L中的*溶液中溶解，那么說明它是二氧化硅。
染色
用濃度0.001- 0.005%的亞甲基蘭溶液或若丹明B溶液對單支膜元件進行染色試驗，如果膜表面被降解或膜元件有機械泄漏的地方，染料會透過膜，用肉眼或分光光度計可以發現產品水的顏色變化。
染色試驗后，可以把膜元件解剖，然后確定染料透過的位置。受損傷的地方能夠看到更多染料透過的現象。如果是因為加氯造成膜降解，或加酸過量導致水解，觀察膜片內側染料透
過比較均勻。
光學顯微鏡
如果肉眼觀察解剖的膜元件，無法得到污染物特點的詳細信息。那么使用高能光學顯微鏡能確定是生物污染還是無機鹽結垢。同時也可以提供結晶體構造的信息。使用偏振光方法可以區分硫酸鈣和碳酸鈣，因為硫酸法得到污染物特點的詳細信息。那么使用高能光學顯微鏡能確定是生物污染還是無機鹽結垢。同時也可以提供結晶體構造的信息。使用偏振光方法可以區分硫酸鈣和碳酸鈣，因為硫酸鈣晶體的折射指標與眾不同。
有時我們在顯微鏡下可以發現難溶鹽垢的表面被有機物和微生物覆蓋。在這種情況下，的清洗方法是首先用堿液去除有機物和微生物粘膜，然后用酸液去除難溶鹽。
掃描電鏡(SEM)
SEM與光學顯微鏡比較可以觀察區分更小的物質。所以SEM可以觀察小到0.1．的顆粒物，并且能區分微小晶體和不規則的無機物結垢，并且它還能觀察微生物的細胞結構。SEM方
法對于分析污染物的微觀情況非常有幫助。
能量散射×．射線分光法(EDX)
ED×能提供膜樣品的半定量的結果。它可以探測出微量的無機物也能分辨碳，氮，氧，它是分析無機物垢的方法，同時對分析有機物也很有幫助。該方法也可以提供膜被鹵素
化合物氧化的證據。
電子光譜化學分析ESCA實驗石以確定膜降解（或氧化）的根源。
5.反滲透膜性能衰減原因和解決方討
1)低脫鹽率和高水通量
A．膜氧化
低脫鹽率和高產水量是膜被氧化（余氯、溴和臭氧所氧化）的典型癥狀。其它的氧化劑例如過乙酸、*等混合物破壞性相對較弱，但是如果存在過量而且與金屬催化劑共存時仍然對膜有損壞作用。在偏堿性的溶液中，如果含有余氯和溴，更容易對膜造成損傷。在氧化初期，上游的膜元件比其它部分損傷更嚴重。
通過膜元件染色試驗和切可以肉眼觀察到膜的氧化損借被氧化的膜元件是無法修復的t
B．泄漏
由于機械或者產水管的挺進水和原水的泄漏，導致低彤高產水量。超高的壓力和劇烈的沖擊對膜元件造成嚴重的損傷，導致產水量偏高。損傷的類型有O型圈的泄露、中心管破裂、膜卷竄動（望遠等膜片劃傷和膜口袋破裂。
2)低脫鹽率和普通產水
A．O型圈泄漏
可以通過探管試驗發現O型圈泄漏，檢查連接件、適配器等部件的密封圈的安裝和使用情況，更換老化和破損的密封圈。密封圈可能是因為和化學品接觸或機械壓力造成老化和破
損。例如，水錘造成對膜元件的沖擊，有時，在膜裝載的過程中，不正確的安裝和拆卸也會導致以上現象。
B.望遠鏡現象
進水和濃水之間的壓差過大，是造成望遠鏡現象的原因。安裝時要確認在壓力容器下游放置推力環支撐膜元件。小尺寸的膜元件的支撐依靠它們的中心管。嚴重的望遠鏡現象能夠
撕開膠線和膜片本身。操作條件導致壓降過大，詳細內容會在高壓差章節中介紹。例如，當高壓泵啟動瞬間，最上游位置的膜元件會受到高速水流的沖擊，可以使用電動慢開閥防止望
遠鏡現象。
C．膜表面磨損
進水中的晶體或有尖銳邊角的金屬懸浮物顆粒會造成上游膜元件的磨損，應檢查進水中是否含有這類物質。用顯微鏡檢查入口側膜元件，可以發現這類物質造成的損傷。這種損傷是不可修復的，所以在預處理過程中一定要去除這些顆粒。
在任何時候，當產品水壓力超過濃水側壓力0.3 bar(5 psi)時，膜片可能被撕破。根據破損膜元件的解剖分析，外側膜表面會出現與中心管平行的裂紋，通常靠近外側膠線。膜的破損通常發生在各條膠線的邊緣。
E．膜口袋的破裂
在制造卷式膜元件的工藝中，通常是將一頁膜片中間對折。在某些條件下，膜頁的對折處可能會破裂。從而鹽透過量增加，產水量增加或者無變化。膜口袋破裂可能是由以下情形
引起的：
·啟動時的水力沖擊（例如系統中存在空氣）
·操作壓力升高過快
·剪應力的增加
·結垢和污染物的磨損
·產品水背壓
膜口袋破損通常發生在使用一年之后或者經常不正確的操作和頻繁的系統啟停。
3)低脫鹽率和低產水量
此類現象通常是因為膠體污染、金屬氧化物污染或難溶鹽結垢造成的。
A．膠體污染
膠體污染大多數發生在段，如果每一段都分別裝有流量計，就很容易發現此類污染的位置。經常使用SDI儀檢測預處理的效果。
檢測SDI膜片和保安濾芯上的沉積物，按規則清洗膜系統并改造膜工藝。
B．金屬氧化物污染
金屬氧化物污染也大多數發生在段，檢查進水中的鐵、鋁的含量，并且檢查上游系統設備和管路的材質，如果材質不正確會導致腐蝕和鐵離子溶入水中。也可以通過保安濾芯和SDI膜片上發現金屬氧化物。用酸液清洗膜系統可以去除該污染。改善預處理或設備材質可以減輕此類問題。
C．結垢
難溶鹽結垢經常發生在系統末段，然后逐漸向上游發展。分析鈣、鍶、鋇、硫酸根、氟離子、硅、pH值和LSI指數（S& DSI指數用于海水）。通過分析進水和產水，我們可以計算鹽份在整個系統中的物料平衡。除了CaC03之外，其它的難溶鹽現象都比較緩慢，因為水中含量比較少。
通過顯微鏡可以看到結晶體的結構，通過化學分析或X射線分析，可以確定結垢物種類。通過對酸、堿清洗溶液的分析，也可以找到污染物質。一般對于碳酸鹽結構，在預處理單元
中調節PH值即可控制。對于其他難溶鹽，既要使用阻垢劑和適當的預處理工藝，也要控制回收率。系統運行回收率一定不要超過設計值。
4)低產水量和正常脫鹽率
A．生物污染
生物污染通常發生在系統的前端，影響產水量、進水量、進水壓力、壓差和脫鹽率：
·在一定的操作壓力和回收率下，產水量逐漸減少。
·在一定的操作壓力和回收率下，進水量逐漸減少。
·如果在一定回收率下保持產水量不變，需要提高進水壓力。提高進水壓力導致了不良的運行狀態，會增加污染和清洗難度。
· 當微生物污染嚴重或混合有淤泥污染，壓差會快速增大。
· 因為壓差對于我們判斷污染很重要，所以我們強烈建議每一段都應安裝壓力檢測儀表。
·脫鹽率初期正常，當微生物污染變嚴重時會下降。
·解決措施是對整個系統包括預處理進行殺菌，并且優化預處理系統對付原水中微生物的生長。
·不的清洗和殺菌工作會導致微生物再次快速生長。
B．長期存放
如果新的膜元件被長期放置在亞硫酸氫鈉保護液中，藥液可能會失效，發生生物污染。如果保護溶液放置的太久，或存放溫度過高，或和氧氣接觸發生氧化，都會造成此現象。用堿洗對恢復產水量有幫助。
C．未保濕
如果膜元件曾經變干，會導致產水量下降，脫鹽率不變的現象。可以酒精和水各50%的溶液浸泡l～2個小時以恢復其產水量。
5)低產水量與高脫鹽率
A．膜壓實
膜片被壓實的結果通常是產水量變低和鹽透過率變低。CSM膜在普通操作壓力下不會被壓實，但在高操作壓力下水溫高于45。C和水錘作用下可能被強烈壓實。
水錘發生在有氣體的系統開泵時和限流閥全部被打開的時候。
膜片被壓實導致膜片與產水隔網緊貼在一起，這樣不但因為膜表面的聚酰胺和聚砜被壓實影響產水量，而且減少了產水隔網上的平行流道也影響產水量。
B．有機污染
原水中的有機物可能沉積在膜表面減少產水量主要發生在段。膜表面的有機物層好象一層額外的屏障阻止鹽的透過，增加了脫鹽率。
疏水性的或正電性的有機物會產生這種作用。
分析進水中的油和有機物質，檢查SDI膜片和保安濾芯。經常性的檢查SDI和TOC的值并改善預處理。
油類污染可以用pH12的堿液清洗恢復。陽離子型的藥劑污染如果沒有其它成分，可以用酸液清洗。酒精溶液對清洗有一定的作用。
6)高壓力差
壓力差也叫壓力降，是指從進水到濃水排放前壓力的降低。這個壓力會推動膜元件向下游移動，并壓緊中心管和膜卷。壓力容器中支膜元件承受的壓力，
單支壓力容器的壓降是4.1bar (60 psi)，單支膜元件的壓降是1.05 bar (15psi)。如果壓降超過了上限，即使時間很短，膜元件也會發生機械損壞導致望遠鏡現象或玻璃鋼包裝破裂。這樣的問題可能初期不影響性能，但最終會影響產水量和脫鹽率。
壓差的上升是因為膜的通道中不斷有顆粒物和污染物的沉積。該問題也可能是因為進水量的過大造成的。壓降的大小和流速、流道、水溫有關。
A．保安過濾器的故障
保安過濾器的安裝如果存在缺陷，可能導致水中的顆粒物和污染物透過濾芯污染膜元件。
B．過濾器的泄漏
如果預處理中的砂濾器、炭濾器沒有按設計要求定期反洗可能會失效，細小顆粒就會穿透它們進入反滲透膜元件里面。另外保安過濾器的濾芯必，須定期更換，否則也會有顆粒物穿透濾芯。
這種污染清洗起來是很困難的，建議用清洗劑試試。是單支清洗，以免污染物被沖到下游的膜元件當中。對于失效的過濾器，如果再生或者反洗沒有作用的話應該盡早更換過濾材料。
C．泵葉輪磨損
多數多級離心泵至少要安裝一個塑料葉輪，如果泵軸不對中，葉輪磨損的碎屑會堵塞前端的膜元件。
許多泵的結構中安裝有隔網從而阻擋碎屑，因此請定期檢查清理隔網，并檢查泵的效能是否正常。
D．結垢
難溶鹽結垢會造成末端壓差上升。必須確保防止結垢的措施得以正常實施，并且要清洗膜元件還要保證回收率不超過設計值。
E．濃水密封損壞
濃水密封圈可能在安裝時或水力沖擊下發生翻轉。部分進水會發生短路，沒有經過膜元件而從膜與壓力容器縫隙中流過，這樣實際的回收率就超過了規定值，從而造成膜元件的污
染。
這種問題的發生是無規律的，早發現多檢查是的方法。
F．生物污染
生物污染是引起壓降升高的典型原因。生物膜為膠狀且粘稠，對進水產生很大的阻力。
糾正方法請參閱8-7-4的內容。建議定期檢測進水和產水的微生物指
標。
G.阻垢劑的污染
聚合有機類阻垢劑和高價陽離子如鋁，或者是殘留的陽離子絮凝劑結合形成膠狀沉淀。可用堿性EDTA能溶液反復清洗。
6．反滲透系統在工作中需要注意的幾個同題
1)硬度的影響鈣鎂離子的鹽類，如碳酸鈣、硫酸鈣，在水中只有很小的溶解度，在反滲透膜的正常工作中，由于工作水在膜中被濃縮，各種鹽類也會被濃縮，當到達鹽類的飽和濃度時，就會在系統中產生水垢，使膜的水通量下降，脫鹽率降低，膜系統的壓差增加，嚴重影響膜的使用。
2)膠體物質的影響水中的膠體
物質主要有黏土、膠體硅、金屬的氧化物（氧化鐵、氧化鋁）等，它們會在膜的工作層形成膠體污堵或水垢，同樣會嚴重影響元件的性能，造成產水量下降、脫鹽率降低、膜系統的壓差增加。
3)有機物的影響水中的有機物在膜表面上的吸附會形成有機物垢，引起水通量的降低，特別嚴重的是不能清洗的：而有機物在前處理中不容易被清除，因此選擇反滲透的水源時
應給予重視。
4)氧化性物質的影響大多數低壓反滲透膜都是復合膜，膜的工作表層容易被氧化性物質所氧化而迅速破環，因此復合型反滲透膜嚴禁輸入氧化性物質，對自來水中的游離氯要有去除措施，保證游離氯低于O.lppm，其他氧化性物質還有二氧化氯、臭氧、氯氣、漂白粉等。
5) pH值的影響各種反滲透膜都有自己使用的pH值的范圍。超出其范圍可能會造成膜的降解等破環性的問題、因此使用中應密切注意進水pH值和設備使用的PH值的范圍。
6)水溫的影響反滲透膜對溫度的變化反映非常明顯，水溫越高，水通量約大，但脫鹽率會降低，水溫越低，水通量越低，因此使用中會遇到水溫與水量的變化，這是正常的變化。
7）進水鹽濃度的影響進水鹽濃度越高，其滲透壓也越大，工作時保證水通量需要提供的壓力也越高，當滲透壓與高壓泵的出水壓力相等時，系統就不再產水，同時進水中的鹽濃
度越高、產水的含鹽量就越高。
8)壓力的影響膜系統的制水工作是依據反滲透原理進行的，當進水壓力越大時，系統的產水量就越大，因此調節壓力是調節產水量的一個有效方法。
