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目前,膜污染问题是限制反渗透法在海水淡化领域大规模应用的主要因素之一,而钙镁离子引起的结垢是反渗透膜污染的主要成因,其不仅加速了反渗透膜性能的快速衰减,缩短反渗透膜使用寿命,而且使产水水质也有所降低。
本文以反渗透淡化海水作为研究目标,对脱硬后的海水、直接超滤的海水和人工海水系统的反渗透膜运行性能及膜污染情况进行研究,以期对后续的工程设计和运行提供数据支持和理论参考。首先,以脱硬后的海水为原料,系统考察了不同操作条件对反渗透膜性能的影响,实验结果表明:提高操作压力有利于增加膜通量,但是过高的操作压力会引起严重的浓差极化和不可逆膜污染;提高进水温度有利于增加膜通量,但是温度过高会使膜自身结构发生变化并且导致脱盐率的降低;进水pH值会改变海水中部分离子的存在形态并且对膜结构造成影响;提高进水流量有利于降低浓差极化和膜污染,但是会降低系统回收率。本实验体系最佳操作条件如下:操作压力为3 MPa左右,温度为25-30℃,pH值为中性,进水流量为60 L/h。在此运行条件下,两种反渗透膜均有较高的通量和脱盐率。其次,分别考察了直接超滤预处理和脱硬预处理对反渗透膜通量和脱盐率的影响,并且采用红外光谱、环境扫描电镜、X射线能谱、原子力显微镜综合考察了膜污染形成的原因。研究结果表明,经两种预处理后反渗透膜的脱盐率均保持稳定,但经脱硬预处理后反渗透膜通量衰减幅度明显小于经直接超滤预处理后膜通量衰减;钙镁离子形成的难溶盐是导致膜污染的主要因素,但是钙镁离子与有机物的络合作用不明显。最后,考察了人工海水体系对反渗透膜运行的影响。试验结果表明:低硬度有机人工海水系统中,有机物在膜面的沉积是造成膜通量衰减的主要原因,并且衰减幅度随腐植酸浓度的增加而增大;正常有机人工海水体系中,膜通量的衰减主要是由钙离子的难溶盐在膜面沉积及钙离子与腐植酸的络合所致。