超滤膜的污染与清洗

   超滤膜污染是指被处理液体中的微粒、胶体例子、有机物和微生物等大分子溶质与膜产生物理和机械作用而引起在膜表面或膜孔内吸附、沉淀使膜孔变小或堵塞，导致膜的透水量或分离能力下降的现象。本文主要从超滤膜的污染原因与清洗方法角度出发，对超滤膜使用环境、污染清洗方面做一下简单的介绍。

 膜污染形式包括膜表面和微孔孔壁上吸附了过多的截留物而发生的覆盖污染和膜孔内被胶体例子、有机物和微生物等大分子溶质阻塞。

一、超滤膜污染的原因分析

  1、超滤膜的表层较厚（约1cm），孔隙孔径在0.005-0.01um之间。膜表面污染层大致呈双层结构，上层为较大颗粒的松散层，紧贴于膜面上的是小粒径的细腻层，因为污染层的存在，有大量的膜孔被覆盖。而且，有机物和微生物等大分子溶质及其他杂质之间长时间的相互作用极易在膜表面结块，阻碍水的透过。

  2、膜孔内被胶体例子、有机物和微生物等大分子溶质阻塞或者孔内壁因吸附蛋白质等杂质形成沉淀而使膜孔变小或者完全阻塞。污染物质包括胶体、有机物、菌类以及钙铁的无机盐垢。含有这些污染物质的水源通过超滤膜时，大量污染物被膜截留而积聚于膜表面，长期的连续运行，被膜截留下来的微粒容易形成凝胶层，阻塞流水通道。

二、判断超滤膜是否需要清洗的原则

    1、根据超滤装置进出口压力降的变化，多数情况下，压力降超过初始值0.05MPa 时，说明流体阻力已经明显增大，作为日常管理可采用等压大流量冲洗法冲洗，如无效，再选用化学清洗法。

           2、根据透水量或透水质量的变化，当超滤系统的透过水量或透水质量下降到不可接受程度时，说明透过水流路被阻，或者因浓度极化现象而影响了膜的分离性能，此种情况，多采用物理化学相结合清洗法，即进行物理方法快速冲洗去大量污染物质，然后再用化学方法清洗，以节约化学药品。

           3、定时清洗，运行中的超滤系统根据膜被污染的规律，可采用周期性的定时清洗。可以是手动清洗，对于工业大型装置，则宜通过自动控制系统按顺序设定时间定时清洗。

三、超滤膜的污染及清洗再生技术

由于超滤膜的功能是去除原液中所含有的杂质，性能优良与截留分子量较低的中空纤维超滤膜，被杂质污染堵塞可能更快，膜表面会被截留的各种有害杂质所覆盖，甚至膜孔也会被更为细小的杂质堵塞而使其分离性能下降。原水预处理的有无，与处理质量的好环，只能决定超滤膜被堵塞污染速度的快慢，而无法从根本上解决污染问题，即使预处理再彻底，水中极少量杂质也会因日积月累而使膜的分离性能逐渐受到影响。因此膜的堵塞是绝对的，一般超滤系统都应当建立清洗和再生技术。清洗膜的方法可分为物理方法和化学方法两大类。

1、中空纤维超滤膜的物理清洗法：

该方法是利用机械的力量来去除膜表面污染物。整个清洗过程不发生任何化学反应。

①等压水力冲洗法：对于中空纤维超滤膜等压冲洗法是行之有效的方法之一。具体做法是关闭超滤液出口阀门，全开浓缩水出口阀门，此时中空纤维内外两侧压力逐渐趋于相等，因压力差粘附于膜表面的污垢松动，籍增大的流量冲洗表面，这对去除膜表面上大量松软杂质有效；

②水气混合清洗法：将净化过的压缩空气与水流一道进入超滤膜内，水——气混液会在膜表面剧烈的搅运作用而去除比较坚实的杂质。效果比较好，但应注意压缩空气的压力与流量，进气压力控制在＜0.2MPa；

③热水及纯水冲洗法：热水（30℃～40℃）冲洗膜表面，对那些粘稠而又有热溶性的杂质去除效果明显。纯水溶解能力强。纯水循环冲洗效果比较好；

④负压反向冲洗法：是一种从膜的负面向正面进行冲洗方法，对内外有致密层的中空纤维或毛细管超滤膜是比较适宜的。这是一种行之有效但常与风险共存的方法，一旦操作失误，很容易把膜冲裂或者破坏中空纤维或毛细管与粘结剂的粘结面而形成泄漏。

2、中空纤维超滤的化学清洗法：

  利用某种化学药品与膜面有害物质进行化学或溶解作用来达到清洗的目的。选择化学药品的原则，一是不能与膜及其他组件材质发生任何化学反应或溶解作用，二是不能因为使用化学药品而引起 二次污染。

化学清洗药剂的选择：

污染物质	清洗、杀菌剂	清洗剂浓度
菌类、有机物	次氯酸钠	5000mg/L以下（有效氯浓度）
有机物氧化络合物	氢氧化钠	4%以下
无机络合物	盐酸	10%以下
	草酸	2%以下
	柠檬酸	10%以下
	EDTA	0.4%以下
杀菌	次氯酸钠	10~100mg/L
	双氧水	1%以下

①酸洗法：常用的酸有盐酸、草酸、柠檬酸等。配制后溶液的PH值因材质类型而定。例如CA膜清洗液PH=3～4，其他PS、SPS、PAN、PVDF等膜PH=1～2。利用水泵循环操作或者浸泡0.5～1h，对去除无机杂质效果好；

②碱洗法：常用的碱主要有氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠等。配制碱溶液的PH 值也因膜材质类型而定，除CA膜要求PH=8左右以外，其他耐腐蚀PH=12，同样利用水泵循环操作或者浸泡0.5～1h，对去除有机杂质及油脂有效；

③氧化性清洗剂：利用1～3%H2O2，500～1000mg/LNaClO 等水溶液清洗超滤膜，既去除了污垢，又杀灭了细菌。H2O2 和NaClO是目前常用的杀菌剂。

④加酶洗涤剂清洗：加酶洗涤如0.5%～1.5%胃蛋白酶、胰蛋白酶。对去除蛋白质、多糖、油脂污染物质有效。

推荐下述一种清洗步骤，可资参考。
    （1）先用清水冲洗整个超滤系统。水温最好采用膜组件所能承受的较高温度。
    （2）选用合适的清洗剂进行循环清洗。清洗剂中可含EDTA或六偏磷酸盐之类的络合剂。
    （3）用清水冲洗，去除清洗剂。
    （4）在规定条件下校核膜的透水通量。如未能达到预期数值时，重复第二步、第三步清洗过程。
    （5）用0.5%的甲醛水溶液进行消毒贮存。

 

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