反滲透膜元件係統故障的診斷和排除（二）

四、膜元件的分析

確認好係統的運行條件和運行記錄後，為了使分析更明確，需要對膜元件進行分析。掌握性能下降的現象，把握汙染物究竟是何種物質，抓住性能下降的原因尋找對策、確立清洗方法。包含分析的膜元件的確認方法請參照表2。

按照表2列出的測試項目中的分析方法，通過組合分析，可得出較為綜合的判斷結果，其中又以用膜元件的性能檢查、附著物的外觀、SEM-XMA / FT-IR的組合分析，可以做出比較準確的判斷為多。

需要分析時，將膜元件從設備上取下，須對膜元件的安裝位置和壓力容器中的膜元件的特定位置進行記錄並在返回的樣品上標注（希望用戶在取下膜元件的同時記錄它們的位置）。

對原水的檢測要把會對膜性能產生影響的物質盡量分析出來，關於SS或者微粒子、結垢物質（鈣、矽、重碳酸鹽和硫酸根離子等）包括氧化劑等等項目請事先和設備廠商或者膜元件廠商商量以後決定。

 表2汙染物質確認方法

1、外觀和重量

可以通過對外觀的觀察，確認膜元件是否有物理破損或者存在有機物附著。測量重量就可以對汙染物的量做出大致判斷。但僅僅通過一個重量指標是無法得出結論的。

2、膜元件性能檢查

膜元件性能的複查隻能在膜元件解體前實施。即使在已經確認有汙染成分時，也應該先測試膜元件的性能，然後再解剖膜元件分析汙染物的組成，但是複測性能時可能導致汙染物發生變化影響分析結果。因此我們希望能確保有兩支樣品，一支用於性能檢查，另一支直接解體。

膜元件的性能測試中包含以下檢測項目：

（1）真空保持檢查和水密檢測，可以確定平膜的破損和破損位置；

（2）用標準測試條件複測膜元件，對比脫鹽率、產水量、壓差的變化，可以判斷膜破損、膜性能劣化、汙染、流路堵塞和連接件是否接觸不良。

（3）以上的性能檢測數據和出廠數據進行對比以確認性能變化狀況。在壓差的測定中使用壓差檢測計，測試中要達到0.001 MPa的精度。

3、染色試驗

想確定膜的性能是否發生劣化或者想發現膜元件出現破損的位置時，可以進行染色測試。若要同時進行汙染物分析的話，建議用另外樣品進行，以免染色試驗影響汙染物分析的準確性。

通常使用染料Direct Blue（分子量約1 000 Daltons）或者 Ultra Violet（分子量約300 Daltons）在膜元件的標準測試條件下加壓約10分鍾。染色後，對膜元件進行解體就可以確定膜的破損和膜元件密封泄漏等缺陷的位置。

4、膜元件的解體

一般按以下步驟進行：

（1）拍攝膜元件的外觀照片（全體和兩個端麵的特寫）；

（2）取下兩端的端板，清晰的注明原水流動的方向；

（3）把外層的玻璃鋼取下；

（4）把膜組件打開，調查每片膜葉，對膜葉的全體或者必要的部分進行拍照。為了讓看照片時就能明白膜葉上何處為原水側、何處為濃縮側，請事先標注或作上記號；

（5）有大量的附著物時，需要采集附著物樣本。為了分析膜表麵的狀況並滿足FT-IR的分析條件，至少需取40 × 20毫米的平膜樣本。

5、FT-IR分析

依據FT-IR分析所提供的信息，可以對以下問題作出判斷：

（1）由於化學變化而造成的膜性能劣化情況。根據與新膜之間的差別，若有膜的官能團減少的話，可以判明存在化學反應的影響，但是當有較多的汙染物附著在膜表麵時則無法進行判定。

（2）膜片上附著物的鑒別。根據和新膜的差譜分析，測定附著物的吸收曲線可以推測出主成分。與標準物質的吸收光譜作比較可以得出汙染物大致所含的組分。若附著物可以采集的話，建議直接用FT-IR對這些附著物進行測試，也可以判斷出附著物的成分。

（3）可以就附著物的成分進行判斷是汙染物（金屬氧化物、微生物汙染和絮凝劑）或結垢物質（碳酸鈣、矽和硫酸鋇等）。

（4）吸附層一般很薄，由於FT-IR的分析深度是100微米，因此對很薄的吸附層顯得精度不足。此時可以用大量的超純水對這些吸附物進行抽取，然後降壓濃縮後再用FT-IR測試。關於吸附物質的判定請谘詢儀器分析專家。

（5）僅用FT-IR是無法單獨判別詳細的成分構成的，要結合XMA等其它測試才能對附著物進行更詳細的判斷。

6、SEM和XMA射線分析

通過SEM和XMA分析，可以得到以下信息：

（1）用SEM可以觀察膜片表麵外觀，判斷膜表麵的破損狀況，推測附著物的大小和類型。判斷附著物是屬於結晶性或非結晶性物質。還可以觀察膜表麵的汙染程度。但SEM隻能對非常窄小的部分進行觀察，因此需要選取多個樣品才可以做出判斷。

（2）用XMA可以對汙染物的無機元素進行推斷。附著的元素和用FT-IR所得的化合物吸收對應組合，可以推斷附著物。例如通過XMA，看出有Si、Fe的附著，SEM發現藻類物質，用 FT-IR發現有Si、Fe和藻類的吸收光譜，參考標準的頻譜，可以判定有Si、Fe和藻類汙染的存在。參看圖5和6。

圖5 FT-IR分析示意圖

圖6 SEM和XMA射線分析結果示意圖 

7、化學清洗測試

為了對汙染物質進行推斷並判斷膜劣化的程度，需要進行化學清洗測試。從化學清洗的效果可以反推出汙垢的種類。為了選擇恰當的化學藥品，可以解體膜元件，取平膜樣品進行化學清洗測試。膜解體後的平膜樣品可以做成Φ75毫米的樣品，用化學試劑在常溫下浸泡8小時，再和空白樣品（純水浸泡的膜片）一起進行平膜性能測試來判斷化學清洗的效果，確定有效的化學試劑，從而大致推斷汙染物的種類，進而可以指導被汙染膜元件的清洗工作。