CN113908701B - 一种用于破损反渗透膜原位自修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于破损反渗透膜原位自修复方法。反渗透膜在运行过程中因制造缺陷、化学试剂腐蚀、操作方式引起的膜的应力/应变以及极端的操作条件或进水中磨料成分等而造成活性层损伤，导致反渗透膜因过滤截留的性能下降而报废。本发明公开了一种用于破损反渗透膜原位自修复方法，利用人工添加或天然水体中存在的蛋白质、多糖和腐殖酸，在水的过滤拖拽力的作用下，沉积在反渗透膜的破损位点上，实现活性层破损的反渗透膜原位修复，过滤截留性能可恢复到初始水平。在本发明中，无需拆下破损的膜组件，直接将天然修复剂添加在进水中，不改变反渗透膜系统的运行参数，可实现破损反渗透膜的快速修复，提高反渗透膜出水水质。

Description

一种用于破损反渗透膜原位自修复方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种用于破损反渗透膜原位自修复方法，适用于反渗透膜破损原位自修复。

背景技术

反渗透膜能拦截去除大量的污染物，包括总溶解固体、病原体(细菌和病毒)和低分子量化学污染物，在海水淡化、苦咸水脱盐和废水回用方面具有广阔的应用前景。反渗透膜大部分均是聚酰胺、醋酸纤维或符合材质，在运行过程中易因膜材料制造缺陷、化学试剂腐蚀(如预氧化过程中次氯酸钠残留)、膜老化、操作条件引起的膜的应力/应变(如水锤现象)以及进水中磨料成分(颗粒、化学物质)等而造成不同程度的损伤。在反渗透膜装置中，即使一个针孔大小的破孔也会造成反渗透膜过滤性能严重下降，反渗透膜的出水水质大大降低，出水中的盐、污染物、病毒等达不到使用要求，导致反渗透膜组件的频繁更换，影响反渗透膜工艺技术经济性能，成为反渗透膜工艺长期运行中亟需解决的技术难题。

将反渗透膜组件从处理设施中取出进行更换或者修复，不仅影响系统的运行，而且会增加更换成本。膜的更换会导致处理成本的增加；采用化学异位修复(如在破损点的原位界面聚合)操作流程复杂。如果能够采用廉价的原位修复方法堵塞破损点，恢复其过滤性能与污染物截留性能，延长反渗透膜的使用寿命，对于提升反渗透膜出水水质和节约运行成本具有重要的意义。然而，目前对于破损的反渗透膜的修复特别是原位修复鲜有报道。本发明提出采用有机物或者天然有机物作为修复剂，通过在进水中添加一定剂量的修复剂，修复剂在压力作用下在破损点大量聚集和压缩，可以有效堵塞破损点，恢复反渗透膜的污染物截留性能，实现反渗透膜的原位修复。

发明内容

本发明针对上述科学技术问题，提供一种用于破损反渗透膜原位自修复方法，用于将修复剂加入错流反渗透系统中原位修复破损反渗透膜。本发明巧妙利用反渗透进水中的人工添加或天然存在的有机物(蛋白质、多糖和腐殖酸)在水力作用下优先地、大量地沉积在反渗透膜破损处，堵塞破损点，并且在反渗透装置的高压下被压实，形成稳固的栓塞，恢复反渗透膜过滤性能与污染物截留性能，提升反渗透膜出水水质，延长反渗透膜的使用寿命。本发明实现破损反渗透膜原位自修复时，直接将修复剂加入反渗透装置进水中，不需要更换反渗透装置进水，不需要拆卸反渗透膜组件，不需要改变反渗透装置的操作条件，具有操作简单，实施方便等优点。本发明能有效延长反渗透膜使用周期，减少膜的报废量，降低报废膜对环境的影响。

本发明提供如下技术方案：一种用于破损反渗透膜原位自修复方法，包括以下步骤：

a.修复剂溶液的配置：将天然修复剂用超纯水溶解，并用磁力搅拌子搅拌24h确保溶解，制备成修复剂储备液，放置在4℃冰箱中保存；配置进水前，用TOC仪测试其含量，最终将进水中的天然修复剂根据浓度稀释到0.1～1000mg/L的浓度的修复剂溶液；

b.破损反渗透膜原位自修复过程：直接将步骤a制备得到的浓度为0.1～1000mg/L浓度的修复剂溶液添加进反渗透膜系统的进水槽中，反渗透系统的压力、错流速率运行条件无需改变，监测进出水的电导率、出水的膜通量，反渗透系统运行一定时间后，反渗透膜的截盐率恢复到可接受水平时，即完成破损反渗透膜的原位自修复。

进一步地，所述天然修复剂为多糖、蛋白质、腐殖酸中的一种或多种形成的混合物，或所述天然修复剂为天然水体中的有机物。

进一步地，反渗透膜系统包括热交换器、进水槽、位于所述进水槽内的搅拌子、与所述进水槽底部连通的泵、设置于出水管道上的压力计、设置于出水管道上且位于压力计后的阀门、设置于阀门后的流量计、与所述出水管道相连的反渗透膜组件、与所述反渗透膜组件相连且用于回流的回流管、设置于所述回流管上的液体流量计以及与所述反渗透膜破损检测同步杀菌消毒系统相连的反渗透膜过滤出水管。

进一步地，所述步骤b中的破损反渗透膜的破损形式为膜表面的活性层被破坏，但支撑层完好，刮擦破损直径≤500μm；或者反渗透膜的活性层和支撑层均被破坏，刮擦破损直径≤300μm。

进一步地，所述反渗透膜组件无需拆卸。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的用于破损反渗透膜原位自修复方法，能有效地修复反渗透膜因制造缺陷、化学试剂腐蚀、操作方式引起的膜的应力/应变以及极端操作条件或进水中磨料成分等而造成刮擦损伤和破孔损伤，利用反渗透进水中的人工添加或天然存在的有机物(蛋白质、多糖和腐殖酸)在水力和压力的作用下优先大量地沉积在反渗透膜破损处，稳固地堵塞破损点，恢复反渗透膜过滤性能与污染物截留性能，提升破损反渗透膜出水水质，延长反渗透膜的使用寿命。提高用水安全，节约水处理成本，提高经济效益。

2、本发明实现破损反渗透膜原位自修复时，直接将修复剂加入反渗透装置进水中，不需要更换反渗透装置进水，不需要拆卸反渗透膜组件，不需要改变反渗透装置的操作条件，操作简单，经济有效。

3、本发明提供的破损反渗透膜原位自修复的修复剂廉价易得，适应多种反渗透膜体系。

4、本发明能修复破损的反渗透膜，有效延长反渗透膜使用周期，减少膜的报废量，降低报废膜对环境的影响，显著降低水处理的经济成本和环境成本。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明提供的一种破损反渗透膜原位自修复方法中的反渗透系统示意图。

图中：1热交换器，2进水槽，3为搅拌子，4为泵，4-1为出水管道，5为压力计，6为液体流量计，7为阀门，8为反渗透膜组件，9为回流管，10为过滤出水。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，为本实施例提供的一种破损反渗透膜原位自修复方法，所述反渗透系统包括热交换器1、进水槽2、位于进水槽2内的搅拌子3、设置于进水槽底部的泵4、设置于出水管道4-1上的压力计5、设置于出水管道4-1上且位于压力计5后的阀门7、设置于阀门7后流量计6、的与出水管道4-1相连的反渗透膜组件8、与反渗透膜组件8相连且用于回流的回流管9、设置于回流管9上的液体流量计以及与反渗透膜破损检测同步杀菌消毒系统相连的反渗透膜过滤出水管10。

分别制备修复剂蛋白质(牛血清蛋白)、多糖(海藻酸钠)和腐殖酸的储备液10g/L，放置在4℃冰箱中保存。设置A、B、C、D四组实验，A为完整反渗透膜(8)，B、C、D的反渗透膜(8)上分别有1个直径约为500μm的刮擦损伤(活性层破坏，支撑层完好)。使用反渗透膜错流装置，反渗透膜膜组件(8)的有效面积为20.0cm²，温度25±1℃，压力计(5)显示压力为16.0bar，流量计(6)显示错流速率为22.0cm/s。反渗透装置进水(2)中NaCl浓度为2000mg/L，大肠杆菌噬菌体MS2的浓度为10⁶～10⁷pfu/mL。未添加修复剂时，出水(10)中A、B、C、D组的NaCl截留率分别是98.02％、80.47％、79.67％、75.19％；大肠杆菌噬菌体MS2的LRV截留率分别是100％、53.66％、55.29％、62.17％。B、C、D组进水(2)分别添加10mg/L蛋白质、多糖和腐殖酸，反渗透装置运行2h后，B、C、D组的出水(10)NaCl截留率分别是97.11％、97.14％、97.32％；大肠杆菌噬菌体MS2的LRV截留率均为100％。破损反渗透膜盐截留性能和病毒截留性能恢复到完整膜水平。

实施例2

分别制备修复剂蛋白质(牛血清蛋白)、多糖(海藻酸钠)和腐殖酸的储备液10g/L，放置在4℃冰箱中保存。设置A、B、C、D四组实验，A为完整反渗透膜(8)，B、C、D的反渗透膜(8)上分别有1个直径约为145μm的穿孔破损(活性层和支撑层都破损)。使用反渗透膜错流装置，反渗透膜(8)的有效面积为20.0cm²，温度25±1℃，压力计(5)显示压力为16.0bar，流量计(6)显示错流速率为22.0cm/s。反渗透装置进水(2)中NaCl浓度为2000mg/L，大肠杆菌噬菌体MS2的浓度为10⁶～10⁷pfu/mL。未添加修复剂时，出水(10)中A、B、C、D组的NaCl截留率分别是98.41％、59.83％、66.35％、60.53％；大肠杆菌噬菌体MS2的LRV截留率分别是100％、18.68％、18.26％、30.76％。B、C、D组进水(2)分别添加10mg/L蛋白质、多糖和腐殖酸，反渗透装置运行4h后，B、C、D组的出水(10)NaCl截留率分别是97.56％、97.97％、97.69％；大肠杆菌噬菌体MS2的LRV截留率均为100％。破损反渗透膜盐截留性能和病毒截留性能恢复到完整膜水平。

实施例3

分别制备修复剂蛋白质(牛血清蛋白)、多糖(海藻酸钠)和腐殖酸的储备液10g/L，放置在4℃冰箱中保存。设置A、B两组实验，A组为完整反渗透膜(8)，B组的反渗透膜(8)上有1个直径约为145μm的穿孔破损(活性层和支撑层都破损)。使用反渗透膜错流装置，反渗透膜(8)的有效面积为20.0cm²，温度25±1℃，压力计(5)显示压力为16.0bar，流量计(6)显示错流速率为22.0cm/s。反渗透装置进水(2)中NaCl浓度为2000mg/L，大肠杆菌噬菌体MS2的浓度为10⁶～10⁷pfu/mL。未添加修复剂时，A、B组出水(10)的NaCl截留率分别是A、B组的NaCl截留率分别是98.41％、64.11％；大肠杆菌噬菌体MS2的LRV截留率分别是100％、36.72％。B组分进水(2)添加3.33mg/L蛋白质、3.33mg/L多糖和3.33mg/L腐殖酸混合均匀，反渗透装置运行2h后，B组出水(10)的NaCl截留率是97.05％；大肠杆菌噬菌体MS2的LRV截留率为100％。破损反渗透膜盐截留性能和病毒截留性能恢复到完整膜水平。

实施例4

取超滤膜处理后的实际污水，经过分析测试，水样中电导率为462.50μS·cm^-1，蛋白质、多糖、腐殖酸的浓度分别为1.90、1.25、0.70mg/L，并含钙离子43.00mg/L，镁离子10.87mg/L。设置A、B两组实验，A为完整反渗透膜(8)，B的反渗透膜(8)上有1个直径约为145μm的穿孔破损。使用反渗透膜错流装置，反渗透膜(8)的有效面积为20.0cm²，温度25±1℃，压力计(5)显示压力为16.0bar，流量计(6)显示错流速率为22.0cm/s。初始时刻时，A、B组的出水(10)盐截留率分别是97.97％、56.83％；当反渗透装置运行1h时，A、B组的出水(10)盐截留率分别是97.22％、56.97％。破损反渗透膜盐截留性能恢复到完整膜水平。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于破损反渗透膜原位自修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.修复剂溶液的配置：将天然修复剂用超纯水溶解，并用磁力搅拌子搅拌24h确保溶解，制备成修复剂储备液，放置在4℃冰箱中保存；配置进水前，用TOC仪测试其含量，最终将进水中的天然修复剂根据浓度稀释到0.1～1000mg/L的浓度的修复剂溶液；所述天然修复剂为多糖、蛋白质、腐殖酸中的一种或多种形成的混合物；

b.破损反渗透膜原位自修复过程：直接将步骤a制备得到的浓度为0.1～1000mg/L浓度的修复剂溶液添加进反渗透膜系统的进水槽中，反渗透系统的压力、错流速率运行条件无需改变，监测进出水的电导率、出水的膜通量，反渗透系统运行一定时间后，反渗透膜的截盐率恢复到可接受水平时，即完成破损反渗透膜的原位自修复。

2.根据权利要求1所述的一种用于破损反渗透膜原位自修复方法，其特征在于，反渗透膜系统包括热交换器(1)、进水槽(2)、位于所述进水槽(2)内的搅拌子(3)、与所述进水槽(2)底部连通的泵(4)、设置于出水管道(4-1)上的压力计(5)、设置于出水管道(4-1)上且位于压力计(5)后的阀门(7)、设置于阀门(7)后的流量计(6)、与所述出水管道(4-1)相连的反渗透膜组件(8)、与所述反渗透膜组件(8)相连且用于回流的回流管(9)、设置于所述回流管(9)上的液体流量计以及与反渗透膜破损检测同步杀菌消毒系统相连的反渗透膜过滤出水管(10)。

3.根据权利要求1所述的一种用于破损反渗透膜原位自修复方法，其特征在于，所述步骤b中的破损反渗透膜的破损形式为膜表面的活性层被破坏，但支撑层完好，刮擦破损直径≤500μm；或者反渗透膜的活性层和支撑层均被破坏，刮擦破损直径≤300μm。

4.根据权利要求1所述的一种用于破损反渗透膜原位自修复方法，其特征在于，所述反渗透膜组件无需拆卸。

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