低压膜膜污染影响因素与控制方法

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1、低压膜膜污染影响因素与控制方法　　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。

2、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，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6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

3、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

4、。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。6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

5、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

6、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。6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流或水和空

7、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

8、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]。