水處理苦咸水反滲透膜元件污染表征方法

直接觀察

在任何規(guī)模的膜過濾裝置運行過程中，將膜絲/膜片/膜組件從反應器中取出之后均可以直接觀察其形貌，以判斷膜污染狀況。根據(jù)運行情況的不同，對于膜污染的直接觀察主要關注以下幾個方面。

①通常的膜過濾過程均會發(fā)生溶解性有機物、膠體所導致的膜孔內(nèi)污染和膜表面凝膠層污染。膜孔內(nèi)污染一般無法通過直接觀察加以判斷，而膜表面凝膠層污染由于會導致膜表面宏觀形貌的變化，從而可通過直接觀察加以判斷。由于該污染層是原料液中溶解性有機物、膠體在膜表面由于濃差極化作用析出并附著于膜表面形成的，因而與潔凈膜相比其在宏觀形貌和觸感上均有通過肉眼可分辨的明顯差異。2對于中空纖維膜構(gòu)型的膜組件/膜組器，過濾原料液為污泥混合液時，通常在長翻運行過程中會發(fā)生污泥在膜表面的積累、附著，從而形成河染層，尤其是在中空纖維感絲的兩端與膜組件密封連接處。這是由于在膜絲兩端局部的膜絲裝填密度更高，且持動的自由度更小，曝氣造成的沖刷效果相對于膜絲中間部位較差所致的。這樣的污染進一步發(fā)展，可能導致板結(jié)現(xiàn)象。膜絲上的污泥積累污染、板結(jié)也是肉眼可識別的。③ 對于原料液中存在高價金屬離子(Ca*、Mg*、AP+、Fe""等)的情況，在過濾過程中可能會形成結(jié)垢污染,污染物的主要成分是這些金屬元素的氫氧化物、碳酸鹽等尤其對于Fe形成的污染,膜表面的顏色會發(fā)生明顯變化(呈紅色或暗紅色);而對于Ca A等元素形成的污染，膜表面亦可能形成細小的沉淀物。這類污染在膜表面也可直接觀察(或借助光學顯微鏡觀察)。

 掃描電子顯微鏡

掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)是一種介于透射電鏡和光學纖維鏡之間的微觀形貌觀察工具1416。SEM 的工作原理是，利用聚焦得非常細的高能電子束在試樣上掃描，激發(fā)出各種物理信息，通過對這些信息的接收、放大和成像，獲得測試試樣的表面形貌。其中所激發(fā)的物理信息包括二次電子、俄歇電子、特征X射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、透射電子等。此外，當SEM與能譜儀(energydispersive spectromcter，EDS)配合使用時，可以表征試樣表面的元素成分。其原理是，各種元素具有特定的X射線特征波長,特征波長的大小取決于能級躍遷過程中釋放出的特征能量。在 SEM 采用高能電子束掃描試樣時，可以激發(fā)出各種元素的特征X射線，通過解析特征X射線的能量即可確定試樣表面的元素成分，

采用 SEM 觀察膜表面形貌結(jié)構(gòu)時，需要先對膜進行簡單的預處理，再將其放置于 SEM 的樣品臺上進行觀察。預處理包括干燥、導電處理。這是由于:SEM的樣品室在測試過程中需要保持較高的真空度，以減少空氣/水蒸氣對電子的散射，以免影響觀察結(jié)果;膜材料大多不導電，不滿足 SEM 的工作原理，在實際操作中常采用冷凍干燥對試樣進行干燥處理，采用噴碳、金或鉑等對試樣進行導電處理。值得注意的是，當需要觀測試樣表面元素成分時，不可以采用碳作為導電處理材料，因為所噴的碳會對膜材料中的碳產(chǎn)生影響。

SEM 的優(yōu)點包括:

① 分辨率高，可達幾納米級別:② 儀器放大倍數(shù)范圍大且連續(xù)可調(diào):

③ 觀察樣品的景深大、視場大，圖像富有立體感，可觀察起伏較大的粗糙表面:④ 樣品制備簡單:⑤ 可進行綜合分析。

其用于觀察膜表面形貌時的缺點包括:

① 樣品需要干燥處理，可能會破壞污染層結(jié)構(gòu):② 無法觀察樣品的顏色。