超濾膜污染及處理方法分析

一、超濾膜簡介

超濾膜是一種用于超濾過程能將特定大小的高分子膠體或懸浮顆粒從溶液中分離出來的高分子半透膜。以壓力為驅動力，膜孔徑為1～100nm，屬非對稱性膜類型?？酌芏燃s10/cm，操作壓力差為100～1000kPa，適用于脫除膠體級微粒和大分子，能分離濃度小于百分之十的溶液。

這種高分子聚合膜具有不對稱的微孔結構，分為兩層：上層為功能層，具有致密微孔和攔截大分子的功能，其孔徑為1～20nm；下層具有大通孔結構的支撐層，起加大膜強度的作用。

功能層較薄，透水通量大。一般先制成管式、板面式、卷式、毛細管式等各種型的組件，然后組裝多個組件在一起應用，以加大過濾面積。膜的超濾過程在本質上是機械篩濾過程，膜表面孔隙的大小是主要的控制因素。超過濾膜能分離的溶質(高分子或溶體)為1～30nm大小的分子，它排斥的物質除膜的特性外，還與物質分子的形狀、大小、柔度及操作條件等有關。早期的超濾膜用玻璃紙、硝酸纖維膜等。

超濾膜的工業應用十分廣泛，已成為新型化工單元操作之一。用于分離、濃縮、純化生物制品、醫藥制品以及食品工業中;還用于血液處理、廢水處理和超純水制備中的終端處理裝置。在我國已成功地利用超濾膜進行了中草藥的濃縮提純。超濾膜隨著技術的進步，其篩選功能必將得到改進和加強，對人類社會的貢獻也將越來越大。

二、超濾膜污染的原因分析

超濾膜的污染主要是內膜材料及溶液溶質的化學特性所導致的，膜與溶質之間相互作用而產生的后果。無論是在何種應用場合，超濾處理所分離的對象大多為溶解態或膠體態的大分子量有機物質，當這些物質和由人工合成的有機高分子材料制成的超濾膜相接觸時，在溶質與膜材料之間會產生較為強烈的附著、吸附乃至結合的傾向，從而在膜表面上形成吸附污垢層，造成膜的污染。此外，膜的污染還包括料液中懸浮物在膜表面的沉積。

超濾膜一旦被污染，將引起膜透水通量的下降，并且這種通量的衰減通常是不可逆的，這樣就會導致超濾過程無法進行較長時間的穩定操作，影響超濾效率的充分發揮。

三、超濾膜污染的分類

對于現在人們對超濾膜污染的認識，可以將超濾膜污染分為三類，分別是有機物污染、無機物污染和微生物污染。

1、有機物污染

有機物主要是指由水中的各種有機物引起的膜污染。它主要表現在膜表面的污染層或膜孔堵塞。有研究表明，天然有機物對超濾膜的污染首先是中低分子量組分入侵膜孔，然后是高分子量組分在膜表面封鎖。結果表示，親水性有機物是造成通量下降的主要因素。

2、無機物污染

無機物污染主要是指由懸浮物質引起的膜污染。它主要通過兩個途徑來實現，一是無機顆粒物質在膜表面及膜孔內積累;二是不斷沉積的顆粒物質可能會形成逐漸上升的阻力。

3、微生物污染

微生物污染主要是指由微生物本身及其分泌物導致的膜污染。有據研究表明細菌能夠粘附在膜表面并形成生物膜，且這種生物膜具有生物活性并影響水力滲透性。

四、膜污染的控制措施如下：

1、通過有效的清洗將膜的透水性能得到恢復；

2、采取過濾、混凝沉降等措施對料液進行預處理；

3、增加膜面的切向流速，降低邊界層厚度，提高傳質系數；

4、選擇適宜的操作壓力，避免增加沉淀層密度及厚度；

5、研制開發具有較優抗污染性能的制膜材料。

五、超濾膜清洗分析

在規定的操作條件下超濾膜的使用壽命通常為12～18個月。由于超濾過程中溶質與超濾膜之間的相互作用，會使膜表面形成吸附積淀層而導致膜的污染，因而須對膜進行定期的清洗，以恢復和保持膜的透水通量，延長膜的壽命。膜的清洗方法有水力清洗、藥劑清洗和機械清洗等方式，通常應根據膜及處理料液的性質以及膜組件的形式進行確定。

由于超濾工藝中處理對象多為大分子和膠體溶液，膜容易被污染，超濾膜需要定期清洗。

清洗溶液的配方一般根據膜的性質和污染物的種類來確定：

加洗劑對蛋白質、多糖類及膠體污染有較好的清洗效果；

乳化油廢水，多采用表面活性劑和堿性水溶液對膜面進行清洗；

乳膠污染常采用低分子醇及丁酮；

纖維油劑污染除用溫水清洗外，還定期用工業酒精清洗；

用膜工藝處理生活污水時常采用次氯酸鈉溶液等。

六、超濾膜清洗步驟

1、配制清洗液。

2、低流量輸入清洗液

首先用清洗水泵混合一遍清洗液，預熱清洗液時應以低流量。然后以盡可能低的清洗液壓力置換元件內的原水，其壓力僅需達到足以補充進水至濃水的壓力損失即可，即壓力低到不會產生明顯的滲透產水。低壓置換操作能夠較大限度的減低污垢再次沉淀到膜表面，視情況而定，排放部分濃水以防止清洗液的稀釋。

3、循環

當原水被置換掉后，濃水管路中就應該出現清洗液，讓清洗液循環回清洗水箱并保證清洗液溫度恒定。

4、浸泡

停止清洗泵的運行，讓膜元件完全浸泡在清洗液中。有時元件浸泡大約1小時就足夠了，但對于頑固的污染物，需要延長浸泡時間，如浸泡10~15小時或浸泡過夜。為了維持浸泡過程的溫度，可采用很低的循環流量。

5、高流量水泵循環

高流量能沖洗掉被清洗液清洗下來的污染物，如果污染嚴重，請采用高于表1所規定百分之五十的流量將有助于清洗，在高流量條件下，將會出現過高壓降的問題，單元件較大允許的壓降為1bar(15psi)，對多元件壓力容器較大允許壓降為3.5bar(50psi)，以先超出為限。

6、沖洗

預處理的合格產水可以用于沖洗系統內的清洗液，除非存在腐蝕問題(例如，靜止的海水將腐蝕不銹鋼管道)。為了防止沉淀，較低沖洗溫度為20oC。附注在酸洗過程中，應隨時檢查清洗液pH值變化，當在溶解無機鹽類沉淀消耗掉酸時，如果pH的增加超過0.5個pH值單低，就應該向清洗箱內補充酸，酸性清洗液的總循環時間不應超過20分鐘，超過這一時間后，清洗液可能會被清洗下來的無機鹽所飽和，而污染物就會再次沉積在膜表面，此時應用合格預處理產水將膜系統及清洗系統內的首遍清洗液排放掉，重新配置清洗液進行第第遍酸性清洗操作。如果系統須停機24小時以上，則應將元件保存在百分之一(重量比)的亞硫酸氫鈉水溶液中。在對大典系統清洗之前，建議從待清洗的系統內取出一支膜元件，進行單元件清洗效果試驗評估。

7、清洗多段系統

在多段系統的沖洗和浸泡步驟中，可以對整個系統的所有段同時進行，但是對于高流量的循環要分段進行，以保證循環流量對首段不會太低而對末段不會太高，這可以通過一臺泵每次分別清洗各段或針對每段流量要求設置不同的清洗泵來實現。