PH值对反渗透的影响有两个方面:运行的脱盐率;清洗时的范围。..只讲一讲对运行的脱盐率的影响。
案例:某电子厂更换新膜,安装新膜后,进水电导400us/cm,结果产水电导在120us/cm。
安装问题?测试每个膜组,电导基本都一样,排除安装问题。一问才知道是电镀废水,是酸洗废水。果断测试PH,结果PH=4.8。找到原因了。
为啥PH低,脱盐率就低这么多?如下图PH与脱盐率的关系:
从图可以看出,反渗透膜特别是广泛使用的聚酰胺复合膜在PH 7.5-7.8左右表现出..脱盐率。
为啥在这个PH下表现出..脱盐率呢?那我们就得从膜材料本身的化学特性、电荷特性以及水中常见离子的形态来理解了:
1. 膜材料的化学稳定性:
低PH时,酸会攻击聚酰胺链中的酰胺键,导致聚合物链断裂,破坏膜的选择性层。这会使盐分更容易透过膜,降低脱盐率。
高PH时,高浓度的OH⁻离子由于皂化作用也会攻击酰胺键,同样导致膜材料的降解。此外,强碱还可能去除膜表面的保护涂层或改变其交联结构。
PH 7-8时,在这个范围内,聚酰胺膜..稳定,化学降解速率..,因此能维持其完整的、致密的选择性层结构,这是..脱盐的基础。
2. 膜表面电荷(Zeta电位):
聚酰胺膜表面通常带有负电荷。这种电荷来源于膜材料中未反应的羧基(-COOH)或磺酸基(-SO₃H)等酸性基团。
PH对电荷的影响:
在低PH下,溶液中的H⁺浓度高,会质子化膜表面的羧基(-COO⁻ + H⁺ → -COOH),使其失去负电荷。膜表面的负电性减弱甚至可能变为中性或带轻微正电; 在高PH下,H⁺浓度低,膜表面的羧基充分电离(-COOH → -COO⁻ + H⁺),膜表面带较强的负电荷;PH 7-8是膜表面负电荷达到一个相对稳定且适中强度的范围。
电荷对脱盐的影响:
膜表面的负电荷通过道南效应排斥水中带负电的离子(如Cl⁻, SO₄²⁻, HCO₃⁻, CO₃²⁻),这是脱盐的重要机制之一。
在低PH下,膜表面负电荷减弱或消失,对阴离子的静电排斥力大大降低,导致阴离子(尤其是单价离子如Cl⁻)更容易透过膜,脱盐率下降。
在高pH下,虽然膜表面负电荷很强,对阴离子排斥力大,但此时OH⁻离子的浓度很高。OH⁻离子体积小、迁移率高,且其水合半径相对较小,本身相对容易透过膜。更关键的是,强碱性环境会加速膜材料本身的化学降解,..终破坏脱盐性能。
在PH 7.5-7.8左右,膜表面保持了足够的负电荷来有效排斥阴离子,同时OH⁻浓度不至于高到显著穿透或加速降解膜的程度,电荷排斥机制达到..平衡点。
3. 碳酸盐/重碳酸盐平衡:
天然水和许多处理水中都含有二氧化碳(CO₂)、碳酸氢根(HCO₃⁻)和碳酸根(CO₃²⁻)。它们之间的比例高度依赖于PH值。 PH ≈ 4.5以下:主要形态是CO₂,溶解的二氧化碳气体;PH ≈ 4.5 - 8.3:主要形态是HCO₃⁻;PH ≈ 8.3 - 12.3:主要形态是CO₃²⁻。
CO₂ 是一种溶解气体,不带电荷。反渗透膜对气体(如CO₂、O₂)的脱除率很低,通常<20%。在低pH下,大量的无机碳以CO₂形式存在,它们几乎不受阻碍地透过膜,导致出水电导率升高。
HCO₃⁻ 和 CO₃²⁻是带负电荷的离子。在PH 7.5-8.3的范围内,无机碳主要以HCO₃⁻形式存在。由于膜表面的负电荷排斥,HCO₃⁻的脱除率远高于CO₂,通常>90%。虽然CO₃²⁻带更多电荷理论上排斥力更强,但在该pH范围内其浓度很低。因此,在PH 7.5-7.8时绝大部分无机碳以HCO₃⁻形式存在,膜对其有较高的脱除率。
因此,在pH 7.5-7.8这个狭窄的范围内,聚酰胺反渗透膜同时实现了:
1. ..的化学稳定性:膜材料降解速率..,保持致密选择性层。
2. ..的电荷状态: 膜表面维持足够强的负电荷以有效排斥阴离子,同时OH⁻浓度不会过高导致其穿透或加速降解。
3. ..有利的碳酸盐形态: 无机碳主要以易于被脱除的HCO₃⁻形式存在,避免了低脱除率的CO₂成为主导。
虽然..PH可能因膜品牌型号、进水水质略有微小差异,但7.5-7.8是一个广泛认可和推荐的范围。
PH对膜脱盐率的影响就介绍到这里。希望对您能有所帮助!