今天小編就跟大家聊一下為什么反滲透膜這么怕余氯，余氯到底是怎么破壞膜片的，除了余氯還有哪些物質(zhì)會造成膜的氧化，以及如何在平時的運行過程中防止反滲透膜發(fā)生氧化。

為什么反滲透怕余氯 ,它是如何破壞膜片的？

都說反滲透很嬌貴，在原水進入反滲透之前會有很多種預(yù)處理來保證進水要求。為什么這么說呢？下圖是杜邦FilmTec™膜片的復(fù)合結(jié)構(gòu)，最底下一層是約120 μm厚的聚酯材料增強無紡布，中間一層是約40μm厚的聚砜材料多孔中間支撐層，同時保證反滲透足夠好的透水性能。最上面一層也是最薄的一層，僅有約0.2μm的聚酰胺材料超薄分離層，正是最薄的這一層提供了最為關(guān)鍵的脫鹽和分離性能。

所以關(guān)于反滲透嬌貴的說法，最簡單的解釋就是反滲透真正發(fā)揮決定性作用的聚酰胺超薄分離層太嬌貴了。

可能很多人說我想聽更深入的解釋，那么就讓我們從高分子化學(xué)過程聊起：通過界面聚合技術(shù)使得間苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC）反應(yīng)形成的全芳香高交聯(lián)度聚酰胺如下面的公式所示。

上述這種高度交聯(lián)和全芳香結(jié)構(gòu)，決定了其高度化學(xué)物理穩(wěn)定性和耐久性，能夠承受強烈的化學(xué)清洗；高密度的親水性酰胺基團則使其具有高產(chǎn)水量和高脫鹽率的綜合性能。

早期的醋酸纖維素材料的膜產(chǎn)品雖然可以耐受超過1ppm的進水余氯條件，但是由于pH耐受范圍太窄（運行4-8，清洗3-9），遠低于FilmTec™聚酰胺反滲透膜的PH耐受范圍（運行2-11，清洗1-13）。另外在脫鹽率和水通量方面的表現(xiàn)也不如聚酰胺材質(zhì)的反滲透膜。所以從FilmTec™公司在世界上率先發(fā)明聚酰胺類復(fù)合膜開始，復(fù)合膜就取代醋酸纖維素類分離膜成為了全世界反滲透和納濾膜產(chǎn)業(yè)的支柱。

上述化學(xué)過程的解釋可能太抽象，那讓我們通過另一種方式來展示經(jīng)過余氯暴露后的反滲透膜表面會發(fā)生怎樣的變化？下面a、b 兩張顯微鏡照片是S. Surawanvijit等人對比了聚酰胺復(fù)合膜片經(jīng)過200 mg/L NaOCl 的暴露處理前后的膜表面變化情況[2]。

通過這兩張照片相信大家就能理解為什么受到余氯氧化的反滲透膜系統(tǒng)會出現(xiàn)脫鹽率的急劇下降。另外由于致密的脫鹽層降解破壞后，水通量也會隨之有較大增長或者進水壓力會降低。這都是反滲透膜被氧化后，現(xiàn)場運行人員可以直觀看到的現(xiàn)象。

雖然在絕大多數(shù)文獻研究報道中，為了在短期內(nèi)看到實驗結(jié)果，所使用的余氯暴露濃度要遠高于工業(yè)實際應(yīng)用中的濃度，從而加速了聚酰胺膜的氧化。但是研究也證實反滲透膜脫鹽層受到余氯攻擊發(fā)生降解的速度非?？欤^大多數(shù)氯化降解實驗條件下1天內(nèi)就會完成此后出現(xiàn)緩慢的降解[3,4]，這也跟實際應(yīng)用過程中所發(fā)現(xiàn)的反滲透膜系統(tǒng)受到氧化后會在短期內(nèi)出現(xiàn)快速的脫鹽率下降的情況相吻合。

影響反滲透膜氧化程度的原因除了余氯的濃度外，pH也有很大的影響，在高pH高氯濃度的條件下，膜會加速水解，使得交聯(lián)度大幅降低，親水性增加，產(chǎn)水量增加[5]。同時，也有研究表明，膜片的氯化和破壞在加壓條件下會加速[6]發(fā)生。

因此大多數(shù)商業(yè)化的反滲透膜允許0.1 ppm的進水余氯濃度，但在質(zhì)保條款中都是明確規(guī)定進水中不得含有任何氧化劑，包括但不限于氯、臭氧、高錳酸鹽等。就是因為在實際操作運行過程中存在高壓、pH變化、高溫和其他氧化源的影響，即便是低濃度的余氯也有可能短期內(nèi)造成反滲透膜快速氧化。

好了，相信經(jīng)過上述簡單的解釋和深度的分子層面的解釋，大家應(yīng)該會對為什么反滲透膜比較嬌貴，比較怕余氯以及余氯氧化反滲透后會出現(xiàn)什么情況有了很好的理解。

我們在上一章節(jié)中提到余氯攻擊反滲透膜會有兩個過程，一個是N-氯化的過程，然后才是水解的過程。很多人可能不了解，在N-氯化過程中，如果控制得當(dāng)，短期內(nèi)可以提高反滲透膜的脫鹽率和產(chǎn)水性能。所以有些膜制造商利用這一點，在生產(chǎn)過程中對膜片進行氯化處理以使得反滲透膜元件表現(xiàn)出非常出色的初始性能，但隨著時間的推移，膜性能會出現(xiàn)很快的衰減，更容易借故障表面發(fā)生了氧化而拒絕客戶的質(zhì)量訴求。杜邦FilmTec™膜元件未經(jīng)任何氯和其他氧化劑處理，因此壽命更長。

未經(jīng)污染或氧化的新膜片應(yīng)該僅由C、O、N和H組成，沒有其他元素。而經(jīng)過氯化或受到余氯氧化的膜片，原來水中的部分游離氯會通過跟苯環(huán)結(jié)合成為高分子鏈的一部分。鑒于此，對于使用過的膜片，可以通過分析膜材料中增加的元素種類和含量來確定膜片是否被氧化和污染。通過ESCA測試就可以來判斷膜片是否被氯氧化。

原子光譜化學(xué)分析（ESCA）實測結(jié)果表明FilmTec™膜完全沒有采用氯化處理（見下表）。

講到這里有人就會問了，是不是只有余氯會對反滲透膜造成氧化呢？答案是否定的。除了余氯之外，下表中所列出的常見的消毒劑的半反應(yīng)和氧化電位可以給大家作為一個大體的參考。顯然從表中的數(shù)據(jù)可以看出，臭氧的氧化性是最強的。對于余氯來講，由于在不同的PH條件下，余氯的存在形式是不一樣的，以HOCl存在形式的氧化性要高于次氯酸根; 二氧化氯本質(zhì)上要比次氯酸、次溴酸和臭氧的氧化性低。氯氨也具有一定的氧化性。需要指出的是氯氨的殺菌作用遠低于氯和臭氧。聚酰胺反滲透膜對氯氨的耐受性也要更高。

目前常用的活性炭和化學(xué)還原劑都可以將殘余的游離氯還原成無害的氯化物。

 偏亞硫酸氫鈉（SMBS）通常用于去除游離氯。市場是還有其他的化學(xué)還原劑（如二氧化硫），但他們相對于亞硫酸氫鈉而言經(jīng)濟性較差。