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膜污染是指在膜過濾過程中，給水中的顆粒、膠體、或溶質分子在膜表面發(fā)生物理化學相互作用，或因為濃差極化使一些溶質在膜表面超過其溶度積及機械作用而引起的在膜表面或膜孔內吸附、沉積，造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產生透過流量與分離特性發(fā)生變化的現(xiàn)象。
當難溶鹽類在膜元件內不斷被濃縮且超過其溶解度極限時，它們就會在反滲透或納濾膜表面上發(fā)生結垢，當反滲透水處理系統(tǒng)采用50%回收率操作時，其濃水中的鹽濃度就會增加到進水濃度的兩倍；當回收率75%時，濃縮4倍?；厥章试礁撸a生結垢的風險性就越大。目前出于水源短缺或對環(huán)境影響的考慮，設置反滲透濃水回收系統(tǒng)以提高回收率成為一種習慣做法，在這種情況下，采取精心設計、考慮周全的結垢控制措施和防止微溶性鹽類超過其溶解度而引發(fā)沉淀與結垢尤為重要，RO/NF系統(tǒng)中，常見的難溶鹽為CaSO4 ，CaCO3 ，SiO2，其它可能會產生結垢的化合物為CaF2 ，BaSO4 ，SrSO4 ，Ca (PO4)2。
在系統(tǒng)設計、運行中，可以通過提高濃水的流速、降低系統(tǒng)的回收率、適當?shù)奶岣呓o水的溫度、添加相應的阻垢劑等方法來降低濃差極化，提高系統(tǒng)的運行質量。
當通過計算或者軟件模擬發(fā)現(xiàn)反滲透濃水的LSIC或SDI指數(shù)大于0時、或其他難溶鹽超過其溶度積時，為了防止無機鹽結垢，可以在原水中加入阻垢劑。
對于含鹽量TDS≤10,000mg/L的苦咸水，朗格利爾指數(shù)（LSIC）作為表示CaCO3結垢可能性的指標。
LSIC = pHC - pHS
式中pHC為濃水pH值；pHS為CaCO3飽和時的pH值
當LSIC≥0，就會出現(xiàn)CaCO3結垢。
LSIC的調節(jié)：
大多數(shù)天然水未經(jīng)處理時，LSIC將會是正值，為了防止CaCO3結垢，除非在膜系統(tǒng)進水中投加阻垢劑或采取前面介紹的預防性清洗措施，否則必須確保LSIC為負值。
控制CaCO3結垢的條件為：
LSIC<0，不需要投加阻垢劑；
LSIC≤1.8～2.0，單獨加阻垢劑或完全采用化學軟化
LSIC>1.8～2.0，加酸至LSIC達1.8～2.0，然后再投加阻垢劑；或完全采用化學軟化。
(一)、反滲透/納濾膜的結垢、沉積物質
我們知道反滲透系統(tǒng)的脫鹽率一般在95%～98%，膜孔徑在10nm以下。反滲透系統(tǒng)在脫鹽過程中，隨著部分給水不斷的透過膜轉化成低含鹽的產品水（淡水），給水中絕大部分鹽類保留在濃水側，導致濃水含鹽量上升。例如反滲透系統(tǒng)的回收率為75%時，即給水經(jīng)反滲透濃縮后，其從進水到排水體積減少至25%，而排水水鹽類和其它雜質的濃度約為進水的4倍。因此反滲透這一快速濃縮過程將導致難溶鹽類的析出和膠體、細菌的吸附沉積。
膜結垢的物質主要是難溶化合物，最常見的是CaCO3，其次是硅酸化合物（以SiO2表示），對于其他可能會產生結垢的化合物還有CaF2、SrSO4和Ca3(PO4)2。
常見難溶鹽的容度積
鹽類 | Ksp（離子以mol/L計） | Ksp（離子以mg/L計） |
CaSO4 | 2.5×10-5 | 96300 |
SrSO4 | 6.3×10-7 | 5300 |
CaF2 | 5.0×10-11 | 723 |
Si(OH)4 | 2.0×10-3 | 96（SiO2 ） |
BaSO4 | 2.0×10-10 | 2.64 |
(二)、鐵、錳沉積
Fe和Mn等過度金屬對反滲透系統(tǒng)的危害主要是：①形成污堵。膠態(tài)鐵、錳化合物（如氧化鐵和氧化錳）引起水流通道和膜面的污堵。②為鐵細菌餌料，滋生生物粘泥。③有時會成為氧化反應的催化劑。它們存在時，會加速膜的氧化和衰老。④降低阻垢劑藥效，例如某阻垢劑，當鐵離子濃度從0增加到0.2mg/L時，阻垢率從73.19%下降到60.17%。
通常情況下這些地下水中的離子呈還原態(tài)，典型特點是鐵、錳在地下水中通常呈溶解性二價離子狀態(tài)，一旦從地下抽出與大氣接觸，過飽和的CO2進入大氣中，與此同時，大氣中的O2溶解進入水中，使還原態(tài)的低價鐵、錳氧化成難溶的高價鐵、錳。當水中含氧量超過5mg/L時，Fe2+ 、Mn2+將轉化成 Fe3+、Mn3+，形成難溶的膠體氫氧化物顆粒。
鐵和錳的氧化反應如下：
4Fe(HCO3)2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2
4Mn(HCO3) 2+ 2H2O → 4Mn(OH)3 + 8CO2
(三)、硅酸化合物
大多數(shù)水源中含1～50mg/L的硅酸化合物（常以SiO2 形式表示），天然水中硅酸化合物并不獨立存在，大致有三種形態(tài)：溶解態(tài)、交態(tài)、懸浮態(tài)。①溶解態(tài)：主要是單硅化合物，如 H2SiO4及其離解的離子。H2SiO4 是很弱的二元酸（pK1≈9, pK2 ≈12）,在pH低于9的范圍內，電離度較低，故天然水中溶解的硅酸主要為分子態(tài)。②膠態(tài)：硅酸容易聚合，形成雙硅分子、三硅分子，最后形成完全不溶解的多硅分子聚合物{[ Si(OH)4]n }，而以膠體的形式存在于水中，③懸浮態(tài)：是指吸附在泥沙、粘土、懸浮顆粒、鐵鋁化合物顆粒、碳酸鈣鎂顆粒上的硅酸化合物，這些化合物往往在洪水季節(jié)劇增，可導致進入反滲透的硅酸含量增加和SDI升高。
粘土顆?？煽闯墒且环N包含SiO2 和Al2O3 的兩性化合物。例如，某粘土SiO2 含量約占50%，Al2O3和 Fe2O3共占30%。
硅酸化合物三種形態(tài)可以相互轉變，大致規(guī)律為：pH值降低、溫度下降、硅酸化合物濃度增加，則膠態(tài)硅酸增加，溶解硅酸減少。在反滲透系統(tǒng)中，這種轉變還與反滲透膜密切相關，因為反滲透膜除硅率一般高達98%，所以硅酸化合物與Ca2+ 、Mg2+類似，也會在膜表面處濃縮，高濃度的硅酸化合物會由單硅分子向二硅分子、多硅分子轉化，最后變成難溶膠態(tài)硅而沉積在膜表面。沉積的硅垢很難清洗，因為目前尚無適合反滲透系統(tǒng)硅垢清洗的特效藥劑。
(四)、微生物
反滲透給水中的微生物包括細菌、藻類、真菌及其芽孢、孢子和病毒。細菌顆粒極小，粒徑一般為1～3 u m；病毒更小，粒徑為0.01～0.2 u m；藻類、真菌比細菌大很多。地表水、市政廢水和循環(huán)冷卻水、河灘淺層地下水微生物較多，但以地下水為水源的反滲透系統(tǒng)也常出現(xiàn)細菌繁殖問題。
反滲透裝置中的生物粘泥是微生物在具有有機物和無機物的營養(yǎng)環(huán)境下的新陳代謝產物。生物粘泥的黏附力較強，難以用水沖走。它既不溶于酸，也難溶于堿。粘泥外殼對包藏在內部的微生物起保護作用。另外，預處理系統(tǒng)中的活性炭過濾器、微濾器和超濾的濾料、濾芯運行時會截留大量有機物和微生物，如果不及時消毒或更換，則將成為微生物的溫床，水經(jīng)過這些設備后細菌不減反增。
生物污染會嚴重影響膜性能，運行時反滲透膜面上一旦出現(xiàn)細菌群落，短則數(shù)天，長則一、二個月，就會生成較厚粘泥膜，造成給水壓力升高，水通量下降。嚴重時還可導致膜元件變形并引起機械損傷。
反滲透(納濾)裝置的清洗
反滲透系統(tǒng)在長期運行中，受溫度、壓力、pH值、進水水質等因素的影響。膜表面會逐漸積累各種污染物，如膠體、微生物、無機物垢、金屬氧化物等。這些物質沉積在膜表面上，會引起反滲透裝置性能的下降。為了恢復膜的性能，需對膜進行化學清洗和消毒。
一、清洗的判斷標準
反滲透系統(tǒng)運行過程中，必須密切注意系統(tǒng)的脫鹽率、濃水量、透過水量以及膜組件給水側進出口壓差的變化，盡早發(fā)現(xiàn)問題，并根據(jù)原水分析報告預測可能發(fā)生的污染，調整預處理方法和變更操作條件。為了準確的判斷系統(tǒng)的清洗時機，應依據(jù)膜元件生產商提供的系統(tǒng)設計或標準化軟件對運行數(shù)據(jù)進行標準化計算，并和系統(tǒng)初始穩(wěn)定運行時的數(shù)據(jù)對比，當出現(xiàn)下列情形之一時需對反滲透系統(tǒng)(或膜元件)進行清洗：
①運行數(shù)據(jù)標準化后，鹽透過率比初始值增加10％以上；
②運行數(shù)據(jù)標準化后，系統(tǒng)產水比初始值下降15％以上；
③運行數(shù)據(jù)標準化后，壓力容器壓差比初始值超過15%以上；
④作為日常維護，一般在正常運行3～6個月后；
⑤需長期停用，在用保護液進行保護前。
二、清洗的方式
清洗的方式大致可分為：物理清洗（沖洗）、化學清洗（藥品清洗）和離線清洗（將膜元件取出清洗）三種方式。
1、 物理清洗（沖洗）
不改變污染物的性質，采用低壓大流量水流沖洗出膜元件中的污染物，恢復膜元件的性能。物理沖洗最好在每次開機和關機時進行，這對于及時清除膜的污染物效果顯著。
沖洗的流速：裝置運行時，顆粒污染物逐漸堆積在膜的表面。如果沖洗時的流速和制水時的流速相等或略低，則很難把污染物從膜元件中沖出來。因此，沖洗時要使用比正常運行時更高的流速。通常單支壓力容器內的沖洗流量(流量=流速×截面積)為：
8 英寸膜元件：7.2～12 m3/h；
4 英寸膜元件：1.8～2.5 m3/h。
沖洗的壓力：系統(tǒng)在正常高壓運行時，污染物被壓向膜表面造成污染。所以在沖洗時，如果采用同樣的高壓，污染物仍會被壓在膜表面上，清洗的效果不會理想。因此在沖洗時，應盡可能的通過低壓、高流速的方式，增加水平方向的剪切力，把污染物沖出膜元件。沖洗壓力通?？刂圃?.3 Mpa以下。
沖洗的頻率：條件允許的情況下，建議經(jīng)常對系統(tǒng)進行沖洗。增加沖洗的次數(shù)比進行一次化學清洗更有效果。一般沖洗的頻度率推薦以一天1～2次為好。根據(jù)具體的情況，用戶可以自行控制沖洗的頻率。
沖洗的步驟：
①停止反滲透系統(tǒng)的運行。緩慢地降低操作壓力并停止裝置。如果快速停止裝置，壓力會急速下降，這可能會對管道、壓力容器以及膜元件造成損壞。
②開關相關閥門：順序為全開濃縮水閥門——關閉進水閥門——全開產水閥門（如果運行時產水閥門沒有全開的情況）。如果錯誤的關閉產水閥門，壓力容器中的后半部的膜元件可能發(fā)生產水背壓，造成膜元件破損。
③調節(jié)相關閥門完成沖洗作業(yè)：啟動低壓沖洗泵；在緩慢打開進水泵的同時，查看濃縮水流量計的流量；調節(jié)進水閥門，調節(jié)流量和壓力達到標準值；10～15 分鐘后慢慢地關閉進水閥門，停止進水泵。
④恢復正常運行。按日常啟動程序啟動系統(tǒng)。
注意事項：
①進水水泵需要滿足正常運行時的進水流量（進水流量=產水流量+濃縮水流量），同時必須考慮滿足沖洗流量的要求。
②濃縮水管路和閥門的選擇也要考慮沖洗時的大流量。制水時，因為回收率高，濃縮水流量相對很小。沖洗作業(yè)時，要求低壓高流量，幾乎所有的進水都從濃水管路排除，所以設計濃水管路和閥門時不僅要考慮造水時的流量也要考慮符合沖洗時的流量需要。如果僅僅考慮造水時的流量來設計管路和閥門，則在沖洗時濃水管路以及濃水閥門處的壓降升高，有可能達不到要求的流量或超過沖洗要求壓力。當然，也可以考慮另外設置沖洗專用管路。
③選定流量計時要考慮到可以讀取沖洗時的最大流量。
④對于多段反滲透系統(tǒng)，為了能夠更有效的沖洗膜元件，系統(tǒng)的設計有必要按可以分段沖洗進行設計。這樣的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：如果進行全段沖洗，前段的沖洗水和污染物會一起流入后一段中，容易造成后段的堵塞。段數(shù)的增加同時也意味著沖洗水流經(jīng)的膜元件數(shù)量增加。為了能夠達到流量要求，需要加大進水壓力。由可能會超過沖洗壓力的允許值，導致膜表面的壓力升高，降低沖洗的效果。進行第一段沖洗時，全開第一段沖洗濃水排水管路的閥門，關閉第一段濃水和第二段進水間閥門、第二段和第三段的進水沖洗閥門。進行第二段沖洗時，全開第二段沖洗濃水排水管路的閥門，關閉第一段，第三段的進水沖洗閥門，關閉第一段濃水和第二段進水間閥門，關閉第二段濃水和第三段進水間閥門。進行第三段沖洗時，全開第三段沖洗濃水排水管路的閥門，關閉第一段，第三段的進水沖洗閥門，關閉第二段濃水和第三段進水間閥門。
如下圖所示：
