【上海水處理設備網www.esdzu.com】膜污染現象在多孔膜中較為常見,發生污染的最直觀表示就是通量的繼續降低,一般用通量下降的水平以及污染物的質量來描述污染的狀況。

一、污染物的類別

1無機污染物

以壓力為驅動的膜分離系統中,由于膜的截留作用,膜外表會發生體系中組分的濃縮,導致濃差極化現象的發生。對于可溶性的組分來說,當離子的含量積逾越其溶解度后就會在膜外表和孔內形成沉淀或結垢。無機類污染物最主要的鈣和鋇等的硫酸鹽和碳酸鹽所形成所謂的水垢層,其中以CaCO3和CaSO4最為罕見。大多數情況下,無機與有機污染物之間還存在著相互促進的作用,加劇膜的污染。

2有機污染物

有機污染物主要為細菌胞外聚合物(EPS,蛋白質、多肽、脂肪類和多糖等大分子類的物質,其中含有活性基團的大分子物質可能與金屬離子Ca2+,Mg2+和Ba2+等相互作用在膜的外表形成凝膠層,從而可使膜的通量下降或膜的過濾阻力上升。

3微生物污染物

微生物污染主要是由微生物及其代謝產物組成的粘性物質。 上海純水設備膜的外表易吸附腐殖質、聚糖脂和微生物進行新陳代謝活動的產物等大分子物質,具備了微生物的生存條件,極易形成一層生物膜,因此造成膜的不可逆堵塞,使水通量下降。

4膠體污染

藻類、細菌和有機物都可能處于膠體尺寸，這些膠體狀物質有可能吸附于膜外表引起污染。膠體物質有不同的起源，發生的膜污染亦有很大差別。來自非生物過程的膠體物質有淤泥和黏土等無機物，引起的水通量衰減往往源于濾餅層污染，一般不會熱力學不可逆地吸附在膜表面；積聚在膜表面的這些類型的膠體很容易為水力清洗(如反沖洗和空氣擦洗)所去除。微生物新陳代謝發生的膠體物質往往永久性吸附在膜外表從而引起不可逆的吸附性污染。源于微生物過程的膠體污染被歸類到微生物污染。

二、膜污染的影響因素及其防治

1膜污染的影響因素

膜本身的特性如膜孔徑及其分布、膜結構、膜的物理特性、膜-溶質-溶劑之間的相互作用；

被處理的污水水質,特別是水中有機物的種類和濃度；

操作條件如污泥泥齡、溶解氧濃度、膜面流速、溫度等；

膜組件的特征尺寸,高度、曝氣系統布置等；

其他因素如微生物種群之間的相互影響、膜自身對生物膜生長的影響、細菌胞外聚合物(EPS組成及濃度等。

2膜污染的防治

1膜表面改性

膜表面的改性可分為物理改性和化學改性。

物理改性包括共混和表面層。共混是將親水性高分子與成膜資料進行共混,以改善膜的親水性;外表涂層是指在膜外表上形成一層功能性預涂覆層,防止膜資料與溶液中的組分發生吸附作用,從而提高分離膜的抗污染性。

2料液預處理

對料液進行預處理是為了達到膜組件的進水的規范(如反滲透膜要求進料污染指數SDI小于5預處理是指在原料液過濾前向其中加入一種或幾種物質,使原料液的性質或溶質的特性發生變化。

預處置包括化學處置和物理處理。

物理處置通常包括預過濾和離心,以除去可能阻塞膜孔的懸浮顆粒;化學處置則包括調節料液pH值,使大分子或膠質污染物遠離等電點,以減少形成凝膠層的趨勢。二價離子,如Ca2+和Mg2+等通過在大分子鏈上架橋可以形成沉淀,而一價離子相反卻可預防沉淀和污染。所以人們多通過離子交換以去除多價離子。化學過程還包括沉淀和絮凝,或用專門的化學藥品抗污或殺菌。

3操作條件的優化

操作條件的優化包括控制初始滲透通量,反向放置微孔膜,利用高分子溶液的流變特性及脈動流操作和鼓泡操作,采用兩相流操作、離心操作、電超濾、振動膜組件和超聲波輻射等。

三、膜的清洗

1物理清洗

1等壓沖洗

適用于中空纖維組件。沖洗時首先降壓運行,關閉濾液入口并增加原水進入速率,此時中空纖維組件內壓力隨之升高,直至達到中空纖維外側腔體操作壓力相等,即膜兩側壓差為0,這樣滯留于膜表面的溶質分子懸浮于溶液中并隨濃縮液排出。

2反沖洗

指從膜的透過側通過液體沖洗,將膜面污染物除去的方法。同時應該考慮在較低的壓力下進行(0.1MPa左右),以免引起膜破裂。

3氣液混合振蕩清洗技術

氣液振蕩清洗方法是膜組件的內腔鼓入壓縮空氣,隨同著反洗的透過液,使中空纖維在空氣泡和水流的作用下晃動振蕩,抖落或沖掉中空纖維外表面附著的污染物。

4負壓清洗

類似于反壓清洗原理,清洗時使膜組件接在泵的吸程上,造成膜的功能面壓力低于膜的另一面壓力,從而使透過液逆流透過膜來達到清洗膜面及膜孔內的污染物。

5機械刮除

對管式組件可采用軟質泡沫塑料球、海綿球,對內壓管膜進行清洗,管內通過水力讓泡沫塑料球、海綿球反復經過膜表面,對污染物進行械性的去除。該法適用于以有機膠體為污染成分的膜表面的清洗。

6電清洗

膜上施加電場,則帶電粒子或分子將沿電場方向移動,通過在一定時間間隔內施加電場,且在無需中斷操作的情況下從界面上除去粒子或分子。清洗劑的選擇決定于污染物的類型和膜材料的性質。清洗方案的選擇中,應考慮以下因素:清洗設備的要求,膜的類型和清洗劑的相容性,系統的結構資料,污染物的鑒定,對使用過的清洗液的排放條件及由此造成的影響。

2化學清洗

許多化學試劑對去除污染物和其他堆積物是有效的化學清洗實際上涉及到所使用的化學藥劑和污垢、堆積物和腐蝕產物及影響通量速率和產水水質的其他污染物的反應 上海純水設備。

1堿性清洗劑

常用的氫氧化物和磷酸鹽等。其中氫氧化物是指在某種水平上能溶解SiO2,皂化脂類和溶解蛋白質的物質。磷酸鹽呈弱堿性,其清洗效果有限,常被用作分散劑、溶解磷酸鹽、調節pH值、乳化脂類和膠溶蛋白等。

2酸性清洗劑

a.硫酸

可用于較寬的溫度范圍,不揮發,其成鹽的溶解度較硝酸和鹽酸小,其反應劇烈,使用時有一定的危險性;

b.鹽酸

最常用的一種清洗用酸,溶解能力強,廣泛用于去除SiO2以外的無機污垢和堵塞物,且適用于低溫,但清洗過程中可能產生HCl氣體對鋼材有腐蝕作用;

c.硝酸

反應劇烈,溶解度大,可鈍化不銹鋼、鋁等,應用的范圍較硫酸、鹽酸更廣,但對低碳鋼有輕微的腐蝕;

d.檸檬酸

固體,易處理、危險小,與堵塞物形成的鹽溶解度較大,即使在堿性條件下,對鐵離子的絡合力大,也難以形成氫氧化物沉淀,但常需在溫度80100℃下使用,且清洗所需的時間較長。

3酶清洗劑

該類清洗劑對有機物特別是蛋白質、油脂類的污染物的清洗是有效的,其缺點是價格高貴,反應速度慢,需要長時間的浸漬。

4外表活性劑

主要有陰離子、陽離子和非離子3種外表活性劑。可以改善清洗劑和膜面沉積物的接觸,減少水的用量,縮短清洗所需的時間。

5消毒清洗劑

這類物質一般具有較強的氧化能力,消毒的同時,能有效的去除膜污染物中的有機成分,使膜的通透能力得到較好的恢復。常用的有次氯酸鈉以及過氧化氫等。

a.次氯酸鈉

能夠非常有效的去除有機污染物,化學反應速度快,清洗所需的時間短。但其腐蝕性強,特別在低pH情況下,對不銹鋼有明顯的腐蝕作用。當清洗溫度較高時,其中溶解的氯氣會逸出,對人的呼吸系統有害。

b.過氧化氫

一種二元弱酸,遇光、氧化物、還原物即分解,發生大量的泡沫,一種較溫和的消毒殺菌劑。質量分數為1.2%水溶液對清除有機物質所堵塞的微濾和超濾膜具有良好的效果。所選定的膜污染的清洗技術必需能夠有效的去除膜的污染物,使膜的正常通透能力和分離性能得到較為明顯的恢復。

理想的清洗劑應該具備以下的特征：

能松動或溶解膜的污染物,不能導致新的污染的發生或堵塞,對膜自身及管路系統不能有腐蝕作用,清洗速度快,對膜外表及系統有消毒作用,化學穩定性強,無毒、平安,對環境影響小,利息低。

3生物清洗

這類方法又可分為兩類：

一類是使用清洗劑清洗,此類清洗劑具有生物活性;

另一類則是將生物劑固定通過特殊的方法固定在膜上,使膜具有抗污染的能力。

對含蛋白體系的混合物膜分離過程,酶制劑清洗是一種非常有效的方法。采用酶制劑清洗可以切斷蛋白鏈,而外表活性劑可與特定的蛋白鏈發生作用,另外還可快速溶解小的松散的蛋白片段。

因此,先采用酶制劑清洗,后采用外表活性劑清洗的方法對BSA 和乳清污染的聚砜超濾膜清洗非常有效。另外,也可將2種清洗劑復配成一種,但必需考慮優化,即清洗劑之間不能發生相互作用。

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