電驅(qū)動(dòng)膜的污染問題分析

———電驅(qū)動(dòng)膜的污染問題分析與進(jìn)水指標(biāo)相關(guān)的另一部分，就是膜系統(tǒng)污染問題，這個(gè)問題是業(yè)主或者設(shè)計(jì)單位考慮的重點(diǎn)，直接影響著項(xiàng)目的運(yùn)行穩(wěn)定性、后期維護(hù)成本。

ED系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，整體越來越趨于簡潔化，便捷化。目前行業(yè)涉及的科研人員、推廣企業(yè)明顯增加，是一個(gè)好的良性循環(huán)。

針對于電驅(qū)動(dòng)膜的污染問題，盡管目前少數(shù)ED廠家配套研發(fā)團(tuán)隊(duì)，涉及這些基礎(chǔ)工作的討論，但這些討論數(shù)據(jù)更多地服務(wù)于公司內(nèi)部，很少會共享出來。

目前能查到的信息或者系統(tǒng)化的理論討論數(shù)據(jù)，更多地源于高校、院所等科研平臺發(fā)表的資料。

1ED-污染問題

ED系統(tǒng)的污染形式跟目前其它膜技術(shù)完全相像。主要為：幫助設(shè)備污堵、膜組器隔室污堵、電極板污堵或腐蝕、膜表面污染、膜孔道污染。

目前對于ED的討論，陰膜/陽膜表面、內(nèi)部的膜污染討論為主流。而且表征這些膜污染的方式主要有：脫鹽濃縮性能、電阻、交換容量、Zeta電位、掃描電鏡等。

幫助設(shè)備污堵主要體現(xiàn)為保安過濾器污堵，一般為進(jìn)水懸浮物過高。

膜組器隔室污堵主要為保安過濾后殘留的懸浮物積累、部分雜質(zhì)析出等造成污堵。

電極板污堵或腐蝕主要跟電極板選型、極水溶液組成有直接關(guān)系。

目前對于電驅(qū)動(dòng)膜系統(tǒng)的污染問題，更多地是討論組器內(nèi)的污染問題。針對于這一部分的分析，系統(tǒng)一般都可以很明顯的通過運(yùn)行參數(shù)把問題反饋出來。主要監(jiān)測參數(shù)：膜堆運(yùn)行壓力、運(yùn)行流量、運(yùn)行電流、運(yùn)行電壓等。

上述這些指標(biāo)的變化，在后期運(yùn)行維護(hù)中，可以直接用來確認(rèn)是否在線清洗、離線清洗、拆洗。

在目前電驅(qū)動(dòng)膜的應(yīng)用過程中，只要在合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)，基本在線沖洗或化學(xué)清洗即可滿意工況要求。

基于近幾年材料、裝配水平的提高，工程閱歷的積累，目前ED的產(chǎn)品和系統(tǒng)有了肯定量質(zhì)的變化。針對于ED系統(tǒng)的后期維護(hù)，特別便捷，與常規(guī)的RO系統(tǒng)維護(hù)無異。

從目前ED污染的類別來分，依舊以無機(jī)污染、有機(jī)污染、微生物污染等為主。這些污染可能造成膜電阻增加、系統(tǒng)能耗增大、隔室阻力增大、膜性能衰減等一系列問題，嚴(yán)峻時(shí)，導(dǎo)致裝置無法正常運(yùn)行。

2ED-無機(jī)污染問題

電驅(qū)動(dòng)膜濃縮過程中，無機(jī)污染主要考慮無機(jī)結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，常規(guī)犯難溶性無機(jī)鹽、極化過程中氫氧化物沉淀等。

與此同時(shí)，上一篇文章提到的鐵、錳等也可以算在無機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)中。這一類簡單形成膠體或膠狀類的風(fēng)險(xiǎn)因素，最好在前面預(yù)處理過程中進(jìn)行處理，當(dāng)然這個(gè)是特別抱負(fù)的狀態(tài)。

無機(jī)污染多數(shù)會造成隔室的污堵、膜表面和膜通道的污染等問題。其中無機(jī)結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)中，國內(nèi)的研發(fā)數(shù)據(jù)顯示：基本是對電驅(qū)動(dòng)膜組器中的陽離子交換膜有主要影響。

針對于極室結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)在在電驅(qū)動(dòng)膜的系統(tǒng)中，存在頻繁倒極電滲析（EDR）的技術(shù)，可以有效防止陰極液沉淀的產(chǎn)生，同時(shí)對于系統(tǒng)內(nèi)的一些極化沉淀也有一些處理作用。這類產(chǎn)品技術(shù)具有優(yōu)異的自清洗功能，但是會犧牲肯定的處理量，由于正反向運(yùn)行需要肯定的工藝切換運(yùn)行時(shí)間。

針對于難溶性的無機(jī)鹽濃縮，目前的主流處理方式：1.配套對應(yīng)的預(yù)處理系統(tǒng)，進(jìn)水離子濃度依據(jù)濃縮濃度反推動(dòng)水要求；2.減低濃縮濃度。3.配套使用一些特種單價(jià)分別型離子交換膜產(chǎn)品或設(shè)備。

ED系統(tǒng)正常很少添加阻垢劑來降低無機(jī)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，但在某些特定的系統(tǒng)，某些ED廠家也有考慮添加阻垢劑，常規(guī)均為非離子型阻垢劑，這類阻垢劑需要做特定開發(fā)。

3ED-有機(jī)污染問題

對于常規(guī)膜技術(shù)而言，有機(jī)污染一般風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)比較高，或者比較難猜測，這類污染主要也是針對于膜的污染，而且更多地是對陰膜的污染。

ED的作用之一是實(shí)現(xiàn)帶電組分和不帶電組分的有效分別，所以造成ED膜有機(jī)污染的許多是帶電的有機(jī)物類別。在水處理系統(tǒng)中，帶電的有機(jī)物大多數(shù)帶負(fù)電，簡單對陰膜造成污染，分為膜表面的吸附污染，膜孔內(nèi)的污堵。

綜合國內(nèi)一些討論數(shù)據(jù)，有機(jī)污染的類別，依據(jù)主鏈主要分為脂肪型和芳香型，這些類有機(jī)物對ED膜污染風(fēng)險(xiǎn)較高。針對于污染機(jī)理，也有團(tuán)隊(duì)大致提出二點(diǎn)：1.有機(jī)物與膜之間的相互作用；2.有機(jī)物的幾何形貌。

相互作用主要體現(xiàn)在膜與有機(jī)物之間的親和力、靜電作用。親和力一般為芳香族物質(zhì)，陰膜多具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，彼此間會有肯定的親和力，有共軛作用。靜電作用主要為帶電的有機(jī)物，與膜之間有很好的靜電作用，吸附于膜表面。

有機(jī)物的幾何形貌，簡潔來說，就是膜孔徑大小與有機(jī)物分子的比較，對膜造成的影響，可能是沉積在表面或者膜孔內(nèi)。

ED行業(yè)，我們會發(fā)覺：很少有廠家會指出來ED進(jìn)水COD指標(biāo)需要嚴(yán)格掌握在某指標(biāo)以內(nèi)。他們會提某些詳細(xì)的類別及其含量的要求。

首先：陰離子表面活性劑，如高濃度的SDBS、APAM，在某些討論數(shù)據(jù)下顯示，針對于常規(guī)的膜產(chǎn)品，這類物易造成膜表面和膜孔內(nèi)部的雙層污染，從而膜的有通道面積下降，膜電阻增大，而且這類污染一般較難清洗恢復(fù)。

其次：長碳鏈有機(jī)酸，如辛酸、癸酸等，通過國內(nèi)的討論發(fā)覺，分子量越大，碳鏈越長，越簡單污染。這類物質(zhì)低的流淌性或溶解性導(dǎo)致他們更簡單吸附在膜表面，形成肯定的有機(jī)層，造成膜電阻增大，而且高電流密度時(shí)，有機(jī)層形成越快，污染也越簡單。

第三：有機(jī)溶劑，如丙酮、甲苯等，溶劑對于ED膜的影響國內(nèi)討論相對少一些，對于種類、濃度而涉及的正交試驗(yàn)比較多。部分溶劑會造成膜的溶脹，長期運(yùn)行簡單導(dǎo)致膜變形，在國內(nèi)目前主流的一些螺桿鎖緊的系統(tǒng)，它會漸漸地導(dǎo)致膜堆受力不勻稱，從而消失滲漏、燒膜等現(xiàn)象。

第四：油和油脂類物質(zhì)，如：硅基類物質(zhì)，這類有機(jī)物簡單吸附在膜表面，對膜的電阻和處理量力量影響特別快速，盡管許多時(shí)候能用堿性的清洗藥劑清洗恢復(fù)，但是頻繁的堿洗對一般的膜壽命存在肯定的影響。

有機(jī)物污染，始終以來都是有機(jī)膜材料致力于解決的問題。電驅(qū)動(dòng)膜技術(shù)作為膜技術(shù)末端的處理工藝，同時(shí)也是主要的脫鹽、濃縮工藝，目前許多ED廠家也在研發(fā)系列特種膜產(chǎn)品，而且也有一些產(chǎn)品面市。

4結(jié)束語

現(xiàn)在電驅(qū)動(dòng)膜系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，整體越來越趨于簡潔化，便捷化。在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的掌握方面，基本都可以配套合理經(jīng)濟(jì)的解決方案。

無機(jī)污染，這類風(fēng)險(xiǎn)可猜測性較高。最常用的還是通過預(yù)處理的工藝配套來解決，其次是膜的選擇、組器或工藝的特別設(shè)計(jì)來掌握。

有機(jī)污染，相對簡單一些。除了一些常規(guī)類別的物質(zhì)，未知的系統(tǒng)則需要進(jìn)行廠家的系統(tǒng)化評估，或者連續(xù)的小試、中試化過程驗(yàn)證。

在各類污染存在的狀況下，清洗的操作不行避開。清洗藥劑的選擇、濃度的配置、工藝的設(shè)計(jì)等也是大家選擇優(yōu)化的方式，如：特別清洗藥劑、氣洗、反洗、大流量沖洗等。

ED系統(tǒng)整體具有較高的敏捷性，除了常規(guī)的在線清洗、離線清洗，在某些運(yùn)行條件特別惡劣的工藝系統(tǒng)中，它還可以進(jìn)行拆洗，這一點(diǎn)與RO膜維護(hù)存在明顯的差異。

合理的預(yù)處理工藝配套、優(yōu)化的ED系統(tǒng)設(shè)計(jì)、特種的ED膜材料和組器開發(fā)，是目前ED行業(yè)同步進(jìn)行的三部曲。

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電驅(qū)動(dòng)膜的進(jìn)水條件

與進(jìn)水指標(biāo)相關(guān)的另一部分，就是膜系統(tǒng)污染問題，這個(gè)問題是業(yè)主或者設(shè)計(jì)單位考慮的重點(diǎn)，直接影響著項(xiàng)目的運(yùn)行穩(wěn)定性、后期維護(hù)成本。

ED系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，整體越來越趨于簡潔化，便捷化。目前行業(yè)涉及的科研人員、推廣企業(yè)明顯增加，是一個(gè)好的良性循環(huán)。

針對于電驅(qū)動(dòng)膜的污染問題，盡管目前少數(shù)ED廠家配套研發(fā)團(tuán)隊(duì)，涉及這些基礎(chǔ)工作的討論，但這些討論數(shù)據(jù)更多地服務(wù)于公司內(nèi)部，很少會共享出來。

目前能查到的信息或者系統(tǒng)化的理論討論數(shù)據(jù)，更多地源于高校、院所等科研平臺發(fā)表的資料。

1ED-污染問題

ED系統(tǒng)的污染形式跟目前其它膜技術(shù)完全相像。主要為：幫助設(shè)備污堵、膜組器隔室污堵、電極板污堵或腐蝕、膜表面污染、膜孔道污染。

目前對于ED的討論，陰膜/陽膜表面、內(nèi)部的膜污染討論為主流。而且表征這些膜污染的方式主要有：脫鹽濃縮性能、電阻、交換容量、Zeta電位、掃描電鏡等。

幫助設(shè)備污堵主要體現(xiàn)為保安過濾器污堵，一般為進(jìn)水懸浮物過高。

膜組器隔室污堵主要為保安過濾后殘留的懸浮物積累、部分雜質(zhì)析出等造成污堵。

電極板污堵或腐蝕主要跟電極板選型、極水溶液組成有直接關(guān)系。

目前對于電驅(qū)動(dòng)膜系統(tǒng)的污染問題，更多地是討論組器內(nèi)的污染問題。針對于這一部分的分析，系統(tǒng)一般都可以很明顯的通過運(yùn)行參數(shù)把問題反饋出來。主要監(jiān)測參數(shù)：膜堆運(yùn)行壓力、運(yùn)行流量、運(yùn)行電流、運(yùn)行電壓等。

上述這些指標(biāo)的變化，在后期運(yùn)行維護(hù)中，可以直接用來確認(rèn)是否在線清洗、離線清洗、拆洗。

在目前電驅(qū)動(dòng)膜的應(yīng)用過程中，只要在合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)，基本在線沖洗或化學(xué)清洗即可滿意工況要求。

基于近幾年材料、裝配水平的提高，工程閱歷的積累，目前ED的產(chǎn)品和系統(tǒng)有了肯定量質(zhì)的變化。針對于ED系統(tǒng)的后期維護(hù)，特別便捷，與常規(guī)的RO系統(tǒng)維護(hù)無異。

從目前ED污染的類別來分，依舊以無機(jī)污染、有機(jī)污染、微生物污染等為主。這些污染可能造成膜電阻增加、系統(tǒng)能耗增大、隔室阻力增大、膜性能衰減等一系列問題，嚴(yán)峻時(shí)，導(dǎo)致裝置無法正常運(yùn)行。

2ED-無機(jī)污染問題

電驅(qū)動(dòng)膜濃縮過程中，無機(jī)污染主要考慮無機(jī)結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，常規(guī)犯難溶性無機(jī)鹽、極化過程中氫氧化物沉淀等。

與此同時(shí)，上一篇文章提到的鐵、錳等也可以算在無機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)中。這一類簡單形成膠體或膠狀類的風(fēng)險(xiǎn)因素，最好在前面預(yù)處理過程中進(jìn)行處理，當(dāng)然這個(gè)是特別抱負(fù)的狀態(tài)。

無機(jī)污染多數(shù)會造成隔室的污堵、膜表面和膜通道的污染等問題。其中無機(jī)結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)中，國內(nèi)的研發(fā)數(shù)據(jù)顯示：基本是對電驅(qū)動(dòng)膜組器中的陽離子交換膜有主要影響。

針對于極室結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)在在電驅(qū)動(dòng)膜的系統(tǒng)中，存在頻繁倒極電滲析（EDR）的技術(shù)，可以有效防止陰極液沉淀的產(chǎn)生，同時(shí)對于系統(tǒng)內(nèi)的一些極化沉淀也有一些處理作用。這類產(chǎn)品技術(shù)具有優(yōu)異的自清洗功能，但是會犧牲肯定的處理量，由于正反向運(yùn)行需要肯定的工藝切換運(yùn)行時(shí)間。

針對于難溶性的無機(jī)鹽濃縮，目前的主流處理方式：1.配套對應(yīng)的預(yù)處理系統(tǒng)，進(jìn)水離子濃度依據(jù)濃縮濃度反推動(dòng)水要求；2.減低濃縮濃度。3.配套使用一些特種單價(jià)分別型離子交換膜產(chǎn)品或設(shè)備。

ED系統(tǒng)正常很少添加阻垢劑來降低無機(jī)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，但在某些特定的系統(tǒng)，某些ED廠家也有考慮添加阻垢劑，常規(guī)均為非離子型阻垢劑，這類阻垢劑需要做特定開發(fā)。

3ED-有機(jī)污染問題

對于常規(guī)膜技術(shù)而言，有機(jī)污染一般風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)比較高，或者比較難猜測，這類污染主要也是針對于膜的污染，而且更多地是對陰膜的污染。

ED的作用之一是實(shí)現(xiàn)帶電組分和不帶電組分的有效分別，所以造成ED膜有機(jī)污染的許多是帶電的有機(jī)物類別。在水處理系統(tǒng)中，帶電的有機(jī)物大多數(shù)帶負(fù)電，簡單對陰膜造成污染，分為膜表面的吸附污染，膜孔內(nèi)的污堵。

綜合國內(nèi)一些討論數(shù)據(jù)，有機(jī)污染的類別，依據(jù)主鏈主要分為脂肪型和芳香型，這些類有機(jī)物對ED膜污染風(fēng)險(xiǎn)較高。針對于污染機(jī)理，也有團(tuán)隊(duì)大致提出二點(diǎn)：1.有機(jī)物與膜之間的相互作用；2.有機(jī)物的幾何形貌。

相互作用主要體現(xiàn)在膜與有機(jī)物之間的親和力、靜電作用。親和力一般為芳香族物質(zhì)，陰膜多具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，彼此間會有肯定的親和力，有共軛作用。靜電作用主要為帶電的有機(jī)物，與膜之間有很好的靜電作用，吸附于膜表面。

有機(jī)物的幾何形貌，簡潔來說，就是膜孔徑大小與有機(jī)物分子的比較，對膜造成的影響，可能是沉積在表面或者膜孔內(nèi)。

ED行業(yè)，我們會發(fā)覺：很少有廠家會指出來ED進(jìn)水COD指標(biāo)需要嚴(yán)格掌握在某指標(biāo)以內(nèi)。他們會提某些詳細(xì)的類別及其含量的要求。

首先：陰離子表面活性劑，如高濃度的SDBS、APAM，在某些討論數(shù)據(jù)下顯示，針對于常規(guī)的膜產(chǎn)品，這類物易造成膜表面和膜孔內(nèi)部的雙層污染，從而膜的有通道面積下降，膜電阻增大，而且這類污染一般較難清洗恢復(fù)。

其次：長碳鏈有機(jī)酸，如辛酸、癸酸等，通過國內(nèi)的討論發(fā)覺，分子量越大，碳鏈越長，越簡單污染。這類物質(zhì)低的流淌性或溶解性導(dǎo)致他們更簡單吸附在膜表面，形成肯定的有機(jī)層，造成膜電阻增大，而且高電流密度時(shí)，有機(jī)層形成越快，污染也越簡單。

第三：有機(jī)溶劑，如丙酮、甲苯等，溶劑對于ED膜的影響國內(nèi)討論相對少一些，對于種類、濃度而涉及的正交試驗(yàn)比較多。部分溶劑會造成膜的溶脹，長期運(yùn)行簡單導(dǎo)致膜變形，在國內(nèi)目前主流的一些螺桿鎖緊的系統(tǒng)，它會漸漸地導(dǎo)致膜堆受力不勻稱，從而消失滲漏、燒膜等現(xiàn)象。

第四：油和油脂類物質(zhì)，如：硅基類物質(zhì)，這類有機(jī)物簡單吸附在膜表面，對膜的電阻和處理量力量影響特別快速，盡管許多時(shí)候能用堿性的清洗藥劑清洗恢復(fù)，但是頻繁的堿洗對一般的膜壽命存在肯定的影響。

有機(jī)物污染，始終以來都是有機(jī)膜材料致力于解決的問題。電驅(qū)動(dòng)膜技術(shù)作為膜技術(shù)末端的處理工藝，同時(shí)也是主要的脫鹽、濃縮工藝，目前許多ED廠家也在研發(fā)系列特種膜產(chǎn)品，而且也有一些產(chǎn)品面市。

4結(jié)束語

現(xiàn)在電驅(qū)動(dòng)膜系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，整體越來越趨于簡潔化，便捷化。在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的掌握方面，基本都可以配套合理經(jīng)濟(jì)的解決方案。

無機(jī)污染，這類風(fēng)險(xiǎn)可猜測性較高。最常用的還是通過預(yù)處理的工藝配套來解決，其次是膜的選擇、組器或工藝的特別設(shè)計(jì)來掌握。

有機(jī)污染，相對