电驱动膜（ED）的污染问题分析

与进水指标相关的另一部分，就是膜系统的污染问题，这个问题是业主或者设计单位考虑的重点，直接影响着项目的运行稳定性、后期维护成本。
ED系统的运行和维护，整体越来越趋于简单化，便捷化。目前行业涉及的科研人员、推广企业明显增加，是一个好的良性循环。
针对于电驱动膜的污染问题，尽管目前少数ED厂家配套研发团队，涉及这些基础工作的研究，但这些研究数据更多地服务于公司内部，很少会共享出来。
目前能查到的信息或者系统化的理论研究数据，更多地源于高校、院所等科研平台发表的资料。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

1.ED-污染问题

       ED系统的污染形式跟目前其它膜技术完全相似。主要为：辅助设备污堵、膜组器隔室污堵、电极板污堵或腐蚀、膜表面污染、膜孔道污染。
       目前对于ED的研究，阴膜/阳膜表面、内部的膜污染研究为主流。而且表征这些膜污染的方式主要有：脱盐浓缩性能、电阻、交换容量、Zeta电位、扫描电镜等。

      辅助设备污堵主要体现为保安过滤器污堵，一般为进水悬浮物过高。
      膜组器隔室污堵主要为保安过滤后残留的悬浮物堆积、部分杂质析出等造成污堵。
      电极板污堵或腐蚀主要跟电极板选型、极水溶液组成有直接关系。
      目前对于电驱动膜系统的污染问题，更多地是研究组器内的污染问题。针对于这一部分的分析，系统一般都可以很明显的通过运行参数把问题反馈出来。主要监测参数：膜堆运行压力、运行流量、运行电流、运行电压等。
      上述这些指标的变化，在后期运行维护中，可以直接用来确认是否在线清洗、离线清洗、拆洗。
      在目前电驱动膜的应用过程中，只要在合理的系统设计指标范围内，基本在线冲洗或化学清洗即可满足工况要求。
      基于近几年材料、装配水平的提高，工程经验的积累，目前ED的产品和系统有了一定量质的变化。针对于ED系统的后期维护，非常便捷，与常规的RO系统维护无异。
      从目前ED污染的类别来分，依然以无机污染、有机污染、微生物污染等为主。这些污染可能造成膜电阻增加、系统能耗增大、隔室阻力增大、膜性能衰减等一系列问题，严重时，导致装置无法正常运行。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

2.ED-无机污染问题

      电驱动膜浓缩过程中，无机污染主要考虑无机结垢的风险，常规为难溶性无机盐、极化过程中氢氧化物沉淀等。
      与此同时，上一篇文章提到的铁、锰等也可以算在无机污染风险中。这一类容易形成胶体或胶状类的风险因素，最好在前面预处理过程中进行处理，当然这个是非常理想的状态。
      无机污染多数会造成隔室的污堵、膜表面和膜通道的污染等问题。其中无机结垢的风险中，国内的研发数据显示：基本是对电驱动膜组器中的阳离子交换膜有主要影响。
      针对于极室结垢风险，现在在电驱动膜的系统中，存在频繁倒极电渗析（EDR）的技术，可以有效防止阴极液沉淀的产生，同时对于系统内的一些极化沉淀也有一些处理作用。这类产品技术具有优异的自清洗功能，但是会牺牲一定的处理量，因为正反向运行需要一定的工艺切换运行时间。
      针对于难溶性的无机盐浓缩，目前的主流处理方式：1. 配套对应的预处理系统，进水离子浓度根据浓缩浓度反推进水要求；2. 减低浓缩浓度。3. 配套使用一些特种单价分离型离子交换膜产品或设备。
      ED系统正常很少添加阻垢剂来降低无机结垢风险，但在某些特定的系统，某些ED厂家也有考虑添加阻垢剂，常规均为非离子型阻垢剂，这类阻垢剂需要做特定开发。
                                                                                                                                                                                                                                                     

3.ED-有机污染问题

      对于常规膜技术而言，有机污染一般风险系数比较高，或者比较难预测，这类污染主要也是针对于膜的污染，而且更多地是对阴膜的污染。
      ED的作用之一是实现带电组分和不带电组分的有效分离，所以造成ED膜有机污染的很多是带电的有机物类别。在水处理系统中，带电的有机物大多数带负电，容易对阴膜造成污染，分为膜表面的吸附污染，膜孔内的污堵。
      综合国内一些研究数据，有机污染的类别，根据主链主要分为脂肪型和芳香型，这些类有机物对ED膜污染风险较高。针对于污染机理，也有团队大致提出二点：1. 有机物与膜之间的相互作用；2. 有机物的几何形貌。
      相互作用主要体现在膜与有机物之间的亲和力、静电作用。亲和力一般为芳香族物质，阴膜多具有芳香环结构，彼此间会有一定的亲和力，有共轭作用。静电作用主要为带电的有机物，与膜之间有很好的静电作用，吸附于膜表面。
      有机物的几何形貌，简单来说，就是膜孔径大小与有机物分子的比较，对膜造成的影响，可能是沉积在表面或者膜孔内。
      ED行业，我们会发现：很少有厂家会指出来ED进水COD指标需要严格控制在某指标以内。他们会提某些具体的类别及其含量的要求。
      首先：阴离子表面活性剂，如高浓度的SDBS、APAM，在某些研究数据下显示，针对于常规的膜产品，这类物易造成膜表面和膜孔内部的双层污染，从而膜的有通道面积下降，膜电阻增大，而且这类污染一般较难清洗恢复。
      其次：长碳链有机酸，如辛酸、癸酸等，通过国内的研究发现，分子量越大，碳链越长，越容易污染。这类物质低的流动性或溶解性导致他们更容易吸附在膜表面，形成一定的有机层，造成膜电阻增大，而且高电流密度时，有机层形成越快，污染也越容易。
      第三：有机溶剂，如丙酮、甲苯等，溶剂对于ED膜的影响国内研究相对少一些，对于种类、浓度而涉及的正交实验比较多。部分溶剂会造成膜的溶胀，长期运行容易导致膜变形，在国内目前主流的一些螺杆锁紧的系统，它会慢慢地导致膜堆受力不均匀，从而出现渗漏、烧膜等现象。
      第四：油和油脂类物质，如：硅基类物质，这类有机物容易吸附在膜表面，对膜的电阻和处理量能力影响非常迅速，尽管很多时候能用碱性的清洗药剂清洗恢复，但是频繁的碱洗对普通的膜寿命存在一定的影响。
      有机物污染，一直以来都是有机膜材料致力于解决的问题。电驱动膜技术作为膜技术末端的处理工艺，同时也是主要的脱盐、浓缩工艺，目前很多ED厂家也在研发系列特种膜产品，而且也有一些产品面市。
 
                                                                                                                                                                                                                                          
                                                                                                                                                                                                                          

4.结束语

      现在电驱动膜系统的运行和维护，整体越来越趋于简单化，便捷化。在运行风险的控制方面，基本都可以配套合理经济的解决方案。
      无机污染，这类风险可预测性较高。最常用的还是通过预处理的工艺配套来解决，其次是膜的选择、组器或工艺的特殊设计来控制。
      有机污染，相对复杂一些。除了一些常规类别的物质，未知的系统则需要进行厂家的系统化评估，或者连续的小试、中试化过程验证。
      在各类污染存在的情况下，清洗的操作不可避免。清洗药剂的选择、浓度的配置、工艺的设计等也是大家选择优化的方式，如：特殊清洗药剂、气洗、反洗、大流量冲洗等。
      ED系统整体具有较高的灵活性，除了常规的在线清洗、离线清洗，在某些运行条件非常恶劣的工艺系统中，它还可以进行拆洗，这一点与RO膜维护存在明显的差异。
      合理的预处理工艺配套、优化的ED系统设计、特种的ED膜材料和组器开发，是目前ED行业同步进行的三部曲。
    （来源：膜法水处理札记）