低压膜膜污染的影响因素和控制方法.doc

1、低压膜膜污染的影响因素和控制方法摘要：膜污染是膜技术应用于水处理领域的一个瓶颈，膜污染会增加运行和维护成本，降低膜寿命。本文总结了近年来低压膜膜污染控制方面的新进展，包括膜污染的成因及机理、膜污染防治以及膜清洗等，并提出了今后超滤膜污染研究的重点和方向。 关键词：低压膜 膜污染 膜清洗 中图分类号：TL732 文献标识码：A 文章编号： 膜技术自开始应用于水处理领域以来，由于其对于颗粒物、细菌和微生物的有效截留而得到广泛关注。在利用低压膜技术制备饮用水的过程中，膜污染是主要的影响因素，也是近年来研究的热点。其中超滤（UF）和微滤（MF）技术由于操作压力低、出水水质稳定在给水处理中的应用不断发展

2、，已成为应用最为广泛的膜技术。微滤和超滤膜去除水中污染物的过程是通过膜孔的直接筛除作用，对污染物的去除有极好的稳定性1。但单独应用微滤膜和超滤膜对溶解性有机物的去除率不高，并且会造成严重的膜污染，膜污染会增加运行和维护成本，降低膜寿命。本文对膜污染的影响因素进行阐述，并对膜污染控制主要措施：预处理、膜表面改性和优化操作条件等综述。 1 膜污染机理 膜污染是指反应器内混合液中的悬浮颗粒、胶体粒子或溶解性大分子有机物在膜表面和膜孔内部吸附和沉积，造成膜孔径减小或堵塞，导致膜通量下降的现象2。引起膜污染主要有两个原因：浓差极化的影响，主要是膜表面局部溶质浓度增加引起边界层流体阻力增加（或局部渗透压增

3、加)，从而导致传质推动力下降而引起膜污染，这种膜污染是可逆的，通过降低料液浓度或改善膜表面附近料液侧的流体力学条件而缓解，使膜的分离特性得以部分恢复；另一方面是膜表面吸附溶质形成的膜污染，包括膜孔被溶质堵塞引起膜过滤阻力增加、溶质在膜孔内部吸附和膜表面所形成凝胶层所增加传质阻力3，而这影响往往是不可逆的。 2 膜污染的影响因素 许多因素影响膜污染，包括天然水体中有机物的种类、无机离子和膜本身的性质等。 天然有机物是在低压膜过滤中可逆和不可逆污染的主要污染物质，腐殖质被公认为是低压膜处理天然水源时的主要膜污染因素，并且主要造成的是不可逆污染。Yuan 等人在研究表明膜污染的机理主要由于腐植酸在膜

4、表面的沉积和膜孔内部的吸附作用4。NOM 的亲疏水性对有机物和膜之间的相互作用有很大的影响，污染膜影响的大小顺序依次为：中性疏水性弱疏水性亲水性。悬浮的颗粒物和无机离子也会造成膜的无机污染，这主要与原水成分有关。并且天然水体中的钙、镁、硅、铁等高价阳离子会与腐殖酸发生螯合作用，使其官能团受到掩蔽而容易接近并吸附在膜表面或膜孔内部。 3 膜污染控制方法 目前较为有效的膜污染控制措施主要是预处理和优化操作条件。预处理是尽可能地将有机物去除，主要采用混凝和活性炭吸附两种措施：(1)混凝可以有效的去除水中的颗粒物、胶体和溶解性有机物，与低压膜技术联用后，能够提高其出水水质；(2) 吸附主要是利用吸附剂

5、对原水进行必要的前处理，如去除水中大部分的浊度、各种类型的有机化合物和色度22，这些污染物的去除为后续的膜过滤提供了必要的保障。膜系统操作条件的优化是指在膜系统运行过程中，在考虑经济性的前提下，选择合适的过滤通量、操作压力、错流速率和曝气量。膜系统的运行情况与膜通量有直接的关系。一些研究者认为在膜组件在临界通量以下运行时，可避免显著膜污染的产生5。 3 膜清洗 由于膜污染始终伴随着低压膜的过滤过程，因此当膜过滤进行一段时间后，为了膜系统能够正常进行，必须及时对其进行清洗，以去除污染物，恢复膜的过滤性能。 膜清洗常用的方法有物理清洗和化学清洗。不同的清洗方法去除的污染物不同，物理清洗是利用高速水

6、流或水和空气的混合流体冲洗膜表面，对膜表面的滤饼层有较好的去除作用，主要是去除膜表面的可逆污染，包括正压冲洗、负压反冲洗等，正压冲洗是通过高速的水流，增大膜表面的剪切力，去除膜表面的凝胶层。反压清洗即通过在膜的透过液一侧施加压力，使透过液反向透过膜。该法一方面可以冲掉堵塞在膜孔内的污染物，另一方面对料液侧膜表面的附着层也有着一定的冲洗作用6。 化学清洗借助某些化学药剂去除膜表面的不可逆污染。常用的清洗剂有碱洗液（NaOH） 、酸洗液（HCl、H2SO4、草酸和柠檬酸等） 、氧化剂（H2O2、NaOCl 等）和表面活性剂等。不同清洗剂去除的污染物也有区别。NaOH 可以溶解较弱的酸性有机物，它能

7、够打开 NOM 的分子链，使清洗液中溶质容易扩散至膜表面。酸洗液主要去除膜表面的无机离子，应用较为广泛的是无机酸（HCl 和 H2SO4） ，能够溶解膜表面的无机沉淀，溶出结合在凝胶层中的无机金属离子。而有机物酸（草酸和柠檬酸）可以有效的将膜表面金属和有机物形成络合物溶解扩散至洗液中。氧化剂可以将 NOM 氧化为小分子的有机物，特别是以有机物为主要膜污染物时，NaOCl 与 NaOH 联合使用的效果要优于单独使用 NaOCl 时7。 4 结语 膜污染是膜分离过程中不可避免的问题，控制膜污染需要考虑多方面的因素，优化膜系统的操作条件，改善膜面的流动状态是防治膜污染和浓差极化的主要手段，仍需寻找适

8、合不同系统的技术措施。应针对不同水源的污染物，采用最经济有效的清洗剂和清洗方案。 参考文献 1Kim H S, Takizawa S, Ohgaki S. Application of microfiltration systems coupled with powdered activated carbon to river water treatmentJ. Desalination，2007，202(1-3)：271-277. 2 Verbych S，Bryk M，Zaichenko M. Water treatment by enhanced ultrafiltrationJ. Des

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