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超滤膜的污染以及处理方案

发布时间：2010/9/17 阅读次数：1312 字体大小: 【小】【中】【大】

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超滤是以孔径为0.005~1μm的不对称多孔性半透膜------超滤膜作为过滤介质，在0.1~1.0MPa的静压力的推动下，溶液中的溶剂、溶解盐类和小分子溶质透过膜，而各种悬浮颗粒、胶体、蛋白质、微生物和大分子等被截留，以达到分离纯化目的的一种膜分离技术。

超滤膜的污染

膜的污染是指料液中的颗粒、胶体或者溶质大分子通过物理吸附、化学作用或者机械截获在膜表面或者膜孔内吸附、沉积造成膜孔堵塞，使膜发生透过通量与分离特性明显变化的现象。

膜被污染是一个复杂的过程，膜是否污染以及污染的程度归根于污染物与膜之间以及不同污染物之间的相互作用，其中最主要的是膜与污染物之间的静电作用和疏水作用。因此，静电作用和疏水作用之间的相比大小决定了膜是被污染还是处于清洁状态。

静电作用：因静电吸引或者排斥，膜容易被异号电荷杂质所污染，而不容易被同号电荷杂质所污染。膜表面荷负电或者荷正电的原因是膜表面某些极性基团（如羧基、胺基等）在与溶液接触后发生了解离。在天然水的pH值下，水中的胶体、杂质颗粒和有机物一般荷负电，因此这些物质会造成荷正电膜的污染。杂质和膜的极性越强，电荷密度越高，膜与杂质之间的吸引力或者排斥力越大。另外，杂质和膜的表面极性基团的解离与pH值有关，所以膜的污染程度也受pH值影响。

疏水作用：膜的疏水性通常用水在膜表面上的接触角来衡量，接触角越大，说明膜的疏水性越强，越容易被水中疏水性的污染物所污染。疏水性的膜容易受疏水性杂质的污染，造成污染的原因是膜与污染物相互吸引。如果有机物含有一个电荷基团，且其碳原子数超过12，而同时膜表面带一个单位同种电荷时，则该有机物与膜之间的疏水吸附能就大于静电排斥能，从而导致其在疏水性膜表面的吸附，也就是膜的污染。因此，当疏水作用的强度超过静电作用时，膜就会被污染，而且疏水作用越强，污染程度越严重。

污染超滤膜的处理方案

A．超滤膜材料的选择与改性：选择亲水性很强、疏水性弱的抗污染超滤膜是控制膜污染的有效途径之一。常见超滤膜材料的接触角由大到小的大致顺序------聚丙烯>聚偏氟乙烯>聚醚砜>聚砜>陶瓷>纤维素>聚丙烯腈。

同时对于部分疏水性较强的膜材料，我们可以采用改性的办法增强亲水性。常见的改性方法有共混改性和表面化学改性。共混改性就是以不同聚合物间性质的互补性与协调效应来改善膜材料的性质，调节膜的结构和性能。表面化学改性有多种方法：PVDF材料，可以进行磺化改性，制备出亲水性好的磺化聚偏氟乙烯；可以在照射的条件下，对膜表面进行亲水性基团的接枝；也可以利用非聚合物气体对高分子材料表面进行等离子体处理，使表面形成活性自由基，利用活性自由基引发功能性单体使之在表面聚合或者接枝到表面。还可以用等离子体处理疏水性较强的膜材料更加方便地使膜表面带上羟基等极性基团，改善其亲水性。

B．超滤膜组件的合理选择与设计：不同的组件和设计形式，抗污染性能也不一样。如果原水中的悬浮物比较多，或者容易形成凝胶层的溶质含量比较高，则可以考虑选用容易清洗的板式或者管式组件。膜组件的设计应该有合理的流道结构，才能让截留物及时的被水带走，同时尽可能的减少流道的截面积，才能提高流速，促进液体流动，增强携带能力。对于平板膜组件，通常可以采用薄层流道；对于管式膜组件，可以设计成套管式；对于中空纤维膜组件，可以用横向流代替切向流，即让原料液垂直于纤维膜流动，以强化边界层的传质。同时，我们应该尽量减少设备结构的死角，以防止污染物躲藏。

C．强化超滤过程：①使用脉冲流可以改善膜面料的水力学条件。减小膜面流体边界层厚度，降低浓差极化，延缓凝胶层的形成，减轻超滤膜的污染。脉冲流技术就是对流体施加一个脉动的压力梯度，使其产生具有两个峰值的速度曲线，从而明显提高膜表面的剪切速率，促使表面截留物向主体流转移，从而强化了超滤的过程。②为了强化膜界面处的传质效果，可以向料液中通入气体，使膜表面产生气/液两相流，利用流体的不稳定流动，产生高剪切力，防止杂质沉积，同时也使滤饼膨松。③外加电场或者超声对某些料液的超滤能起到强化作用，可以在一定程度上控制膜污染。

D．清洗超滤膜：当超滤膜运行到一定的压差后，就必须要清洗，否则就不能达到理想的使用效果。我们分以下一些方法来清洗超滤膜。

等压冲洗：主要使用于中空纤维组件，冲洗时先降压运行，关闭透过水出口，加大原水流量，此时透水侧压力上升，达到与进水侧相等的压力即等压时，滞留于膜表面的松软溶质就会悬浮于水中，并随着浓缩液排出。 负压冲洗：从膜的透过侧进行冲洗，使膜的透过侧压力高于浓水侧，以除去膜表面和膜内部的污染物。负压冲洗效果比较好，但是有一定的风险，如果压力控制不当很有可能导致膜的损坏。 空气清洗：将水和压缩空气混合后一起送入超滤装置，利用水气两相流的搅动作用对膜表面进行清扫。 机械清洗：对于管式组件，可用水力将直径稍微大于膜管内经的软质泡沫塑料球或者海绵球送入膜管内，对膜表面进行擦洗。此方法使用于除去软垢，但对于硬垢，不但不容易除去还非常容易造成膜表面的损伤。 电磁力清洗：在用水冲洗的同时，利用电磁力可以改变水或者水中杂质的某些物理或者化学性质来帮助清洗。 化学冲洗：根据污染的类型和程度、膜的物理化学性能来选择清洗剂。如果污垢主要组成是无机物质------水垢、铁盐、铝盐等，可以用酸类、螯合剂、非离子型表面活性剂以及分散的复合配方；如果污垢主要组成是有机物质------黏泥和油类，则可以采用阴离子型或者非离子型表面活性剂、碱类、氧化剂或者还原剂、分散剂和酶洗剂的复合配方。常见的化学药剂见下表.

常见超滤膜化学清洗药剂

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