膜污染与膜清洗.doc

膜污染与膜清洗膜的污染与性能劣化 膜经过一定时间运行后，膜的性能下降情况大体上可按下表进行划分：膜性能下降表膜性能的变化情况结垢劣化附着层孔目堵塞滤饼：悬浊物凝胶层：溶解性高分子垢层：难溶物质吸附层：溶解性高分子立体的悬浊物：溶解性高分子吸附：溶解性高分子析出：难溶性物质化学性劣化：水解、氧化物理性劣化：被压缩、膜干燥、被划伤生物性劣化：代谢产物膜污染尽管膜分离技术具有优于其它传统分离技术的显著特点与优点，但是依然有其局限性。 膜的使用者在膜芯使用过程中总是可以看到膜的通量在不断的下降，过滤出来的料液性质也有所改变，原因很简单，膜被污染了，通量自然不如以前 。膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理、化学作用或机械作用而引起的在膜面或膜孔内吸附、沉积或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。必须首先认识到在工业膜应用中，必须认识到膜污染是不可避免的，而且是伴随着膜的应用而出现，是不可避免的现象。只能采取各种手段降低膜污染的程度，并通过清洗使膜性能恢复。需要特别指明和区分的一个现象：膜性能劣化与下降对于结垢来说，膜本身的结构没有发生变化，通过适当的清洗处理就可以使膜的性能全部或部分恢复。而劣化是膜自身发生了变化，属于非可逆性性能下降。 另外，膜内外表面产生的污垢称为附着层，而膜孔内部产生的垢层称为孔目堵塞。膜劣化的原因有如下几种情况：1、处理的料液物理化学性质超过膜材质许可的范围：料液酸碱度过高、料液中含有对膜有破 坏作用的有机物或氧化物、料液中含有较大颗粒的硬物对膜造成刮伤。2、由于操作压力过大使膜结构被压密或膜没有保持湿润干燥而产生的物理性劣化；3、使用不适当的膜清洗剂或杀菌剂而使膜发生化学性劣化；4、膜材料被微生物侵蚀而发生生物性劣化等等。区分两者的重要意义 膜污染和膜性能下降都会表现在通量和截留性能上的改变，但是往往很多人混为一谈。有必要分清楚这两个概念，因为膜劣化造成的性能下降是不可逆的， 只能通过换膜来解决，膜污染可以通过膜清洗来恢复的。膜污染的清洗 膜污染清洗的长期性在膜系统的长期运行过程中，污染和清洗始终是一个动态的平衡过程，每次清洗都保持最大限度的洁净度，才能让膜更高效的运行 ；运行一段时间以后，膜上吸附沉积了大量的污染物需要被及时的清除干净，以待下一次高效率的运行。 如果每次清洗不到位就接着进行过滤，污染将会进一步的累积，累积到膜表面流道被堵死，清洗剂无法渗透进去的现象；同时由于长期带压力运行，污染物会发生密实现象，这都将导致膜的清洗恢复极其困难，最终导致膜的报废。所以膜的使用与清洗如同保持人体的健康一样，要从平时做起。冰冻三尺非一日之寒，如果以前的膜没有进行有效率的清洗，已经污染到极低通量了，那一定是日积月累的结果，不要指望用一次某种高效的膜清洗剂就能把全部的污染物一次清除干净，好比生了一场大病，指望吃一次药就能立刻恢复健康，那是完全是不实际的。膜清洗剂和膜清洗工艺膜清洗需要用到膜清洗剂，而膜清洗剂选择需根据污染物的类型而定，一类的污染物只能用某种膜清洗剂，并按一定的清洗工艺进行，才能有效果，特别是有一些污染物特别明显，只有用针对 性清洗剂，其它清洗剂往往没有如何效果，或者速度非常慢。就像世界上没有什么仙丹妙药可以包治百病一样，用一两种清洗剂不可能解决所有的污染。合理的清洗工艺也是很重要的因素，同样的膜清洗剂不同的清洗参数、顺序、用量、操作条件，效果差异很大，往往导致同样的膜清洗剂由于操作工艺的不到位导致截然不同的结果，从而错失了解决问题的最佳途径。避免膜污染膜系统在运行的过程中发生污染，这是不可避免地现象。但是我们可以采取一些方法来减轻污染的程度，减慢污染的速度。1.从改进前工艺和预处理入手，提高进料质量，尽量减轻膜的工作负荷，确保料液符合进膜的标准。对于一个清洗遇到严重问题的膜系统，十之八九是由于进料没有严格控制，不符合膜的进料要求；2.改善膜系统的操作参数，调节温度、压力、循环流速和浓缩倍数，这样可以延缓膜通量的衰减速度；3.选用合适的膜清洗剂和正确的膜清洗工艺对膜系统进行及时有效的清洗，不要等膜系统污染的累积非常严重的时候再清洗，这时通常难以完全恢复。如果把膜比作一个人，对一个人的健康来说，最重要的是合理的饮食和良好的生活习惯，这样可以减少患病的几率。如果一个人平时不爱惜自己的身体，没有良好的生活习惯，医生有时也无回天之力。因此，合格的进料、优化的操作参数和及时有效的清洗，才能保证膜系统发挥其最大的能力，是您最佳的选择。膜清洗的原则 膜清洗剂的选择性膜清洗剂是有选择的，它的使用与选择是受到膜材质的限制。膜清洗剂不能伤害膜，是首先要保证的。既然材质对清洗有影响，需要了解膜的材质。工业化的制膜材料主要分为有机类和无机类：1.无机膜主要是陶瓷膜，金属膜。目前最主要的无机膜是陶瓷膜。陶瓷膜材料的化学性质稳定，可以在高浓度酸、高浓度碱、氧化剂，高温度下进行清洗。但陶瓷膜有硬而脆的特点，不抗冲击，瞬间各种物理参数（温度、压力、流速等）不能变化不能太快；金属膜也具有陶瓷膜类似的性质，缺点是不耐酸。目前无机膜的清洗绝大多是采用强碱清洗，这种方式的清洗效率和效果并不理想，具体清洗数据可参考本资料中的复配清洗剂与氢氧化钠的对比实验。征成公司针对无机膜化学性质稳定的特点开发了陶瓷膜专用清洗剂MB-1S和陶瓷膜专用清洗增效剂MB-1D。MB-1S是高碱度复配清洗剂，是清洗无机膜的最佳选者。MB-1D是陶瓷膜专用清洗增效剂，配合强碱使用，也具有很好的清洗效果。2.有机膜是由各种高分子有机材料制成的，主要有聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)和醋酸纤维素(CA)等。有机膜是品种最丰富的，但有机物制成的膜材料，和无机材料在化学性能上还是有一定的差距。有机材料抗受酸、碱、氧化剂的能力是弱于无机膜，耐温能力也较弱。某些纯态如PS、PES、PP、PVDF等的高分子材料在多数的酸碱、氧化剂的条件下，化学性质、结构是可以保持不变的，但是大多数的制膜材料在制膜的时候是经过复合、改性的，才有可能形成各种的分离级别，就造成了抗受化学药剂能力的弱化。也正是材料化学性能上的改变，给膜的清洗造成了一定的困难。考虑到有机膜的复杂情况，在选择膜清洗剂的时候更要十分慎重。目前，世界上各大膜公司供应的聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF) 和聚酰胺(PA)材质的膜化学耐受性比较好，清洗时一般pH值的耐受范围可以在2-11。征成公司的碱性通用型清洗剂MB-2S、MB-3S、蛋白污染专项清洗剂ME系列、油脂污染专项清洗剂MO系列、染料行业专项清洗剂MD系列、无机结垢专项清洗剂MC系列、铁胶体污染专项清洗剂MF系列和酸性通用清洗剂MA系列的工作pH值均在此范围内，可根据具体污染物选择合适的清洗剂，按照说明书或清洗方案上提供的清洗工艺放心使用。而聚丙烯腈(PAN)和醋酸纤维素(CA)材质的膜，由于其材质本身pH值耐受能力差，选择清洗剂的时候要选择工作pH值低的清洗剂。征成公司的MB-3S、ME系列、MO系列、MD系列、MC系列和MF系列可以用于此类膜的清洗。使用时请严格按照清洗方案清洗，过量的使用仍有可能损坏膜芯。对于某些特定情况需要使用MX系列氧化型清洗剂的时候更要格外谨慎。从化学性能上讲，聚砜(PS)、聚醚砜(PES)和聚偏氟乙烯(PVDF)是可以耐受一定浓度的氧化清洗的，使用时请严格按照清洗方案清洗，或者由专业人员现场指导。而聚酰胺(PA)材质的膜是绝对不可以使用氧化型清洗剂清洗的，由于目前所有的纳滤膜和反渗透膜是使用聚酰胺(PA)材质的，也就是说所有纳滤膜和反渗透膜都绝对不可以使用氧化型清洗剂清洗。所以膜清洗很重要的一个考虑因素就是要考虑膜的耐受能力，虽然用膜清洗剂可以将污染物从膜上去除，但是必须在去除污染物的同时要保证膜不受伤害，或最小程度的受伤害，这是导致了膜清洗无法有效进行、膜污染不容易恢复的一个根本原因。单组分清洗剂与复合清洗剂性能比较 NaOH与复合清洗剂的性能比较 目前，在膜清洗方面，通常有两大类清洗剂清洗的方式，一种就是使用单组分清洗剂；另一种是使用商业化的复合清洗剂。 大多数情况下，料液的组成并不是单一的，所带来的污染也是复合的，一些单组分的清洗剂在这种情况下并不能有效解决问题，或清洗效率很低。 请看下面的清洗能力对比实验： NaOH与MB-2S清洗能力对比实验 本实验按照国标GB/T 13174-2003衣料用洗涤剂去污力及抗污渍再沉积能力进行测定。 对于有机物的污染，通常很多膜应用产商甚至膜工程公司都用NaOH（液碱）来清洗膜系统。那到底液碱与复配的膜清洗剂有多大的差距，我们通过下面的实验可以有一个比较具体的了解。 实验是按GB/T 13174-2003衣料用洗涤剂去污力及抗污渍再沉积能力的国标方法进行测定。测定pH在10.6左右的NaOH溶液与pH同样也在10.6复配膜清洗剂MB-2S对于三种污布的清洗效果。清洗效果通过测量三种污布平均的白度值变化来比较对污染的清洗效果。 注：绝大多数的有机膜实际可清洗pH范围在2-11之间（醋酸纤维膜范围更窄），超过 就会造成膜性能有较明显的受损。国标GB/T 13174-2003指定的清洗所使用的清洗设备、检测白度设备、标准污布清洗过程： 按国标GB/T 13174-2003的操作方法配置1升的清洗溶液，分别在两个清洗灌中同时加入预先裁剪好cmcm国标污布各三种，每种各三片，共九片。然后搅拌，清洗过程对NaOH的清洗灌清洗补加NaOH维持其pH值，复配的膜清洗剂的不补加 。30分钟后取出，漂洗，晾干。表1 清洗过程pH值变化 NaOHMB-2S起始状态10.6310.6210分钟后9.7610.36补加NaOH10.6010.3620分钟后10.510.3630分钟10.510.35同样的pH下，复配清洗剂的清洗能力大大超过NaOH这样简单的清洗剂。既然实验的结果表明复配的清洗剂比NaOH好用，实际工程上到底有多少差距呢？清洗工程案例某化纤集团的一个废水处理项目中是通过反渗透膜系统（一百多只工业8040反渗透膜）来回收废水。原先使用液碱清洗，清洗频率是一天清洗一次，而且通量水平较低。改用复配清洗剂以后，清洗以后通量上升，所以清洗频率就降为三天清洗一次。 膜清洗费用综合成本分析 良好的、价格合理的清洗剂会带来更大的经济效益。因为，使用合适的清洗剂可以减少两个方面的损失：清洗损耗、工作损耗。这两个损耗的费用是十倍甚至是百倍膜清洗剂的费用。 1清洗损耗：清洗用的水电 、膜清洗剂、操作人工的成本、停机清洗带来的生产时间缩短、膜清洗不干净换膜频率高。 2工作损耗： 清洗不彻底，膜通量低，膜系统效率低，生产受影响，压料引起的损失无法计算；同时电机相当大部分的功率消耗在膜的污染层上，一年浪费的电能也是很可观的。 简单的费用计算 仅仅以一个中等规模的物料分离过程膜系统，电费损耗计算： 一台20只工业8040卷式膜芯，工作压力25bar的纳滤膜设备系统，电机的功率平均在80kw左右，如果清洗不彻底，通量降为原先的一半，每天浪费的电能就是： 20h40kw/h0.8元/kw640元！ 还有： 清洗剂效率不高，清洗不干净，需要重复清洗，又损失了清洗时间、水电药剂、人工、生产时间； 同时膜芯的更换费用可能是电耗损失的25倍； 生产受影响的损失可能是电耗损失的5倍以上。 选择合适的清洗剂就可以避免这种浪费,同时膜寿命可以延长，减少清洗时间，生产不受影响，创造的效益百倍千倍于清洗剂的价格。 选用合适的清洗剂从以上的成本分析，可以看到清洗包含了很多隐形的成本在内，膜清洗剂的价格是其中的一个部分，如果单组分清洗剂不能很好解决清洗问题的时候，为了省一点膜清洗剂的费用，坚持使用不合适的清洗剂将是得不偿失的。厦门征成膜清洗科技有限公司是一家致力于工业膜分离领域内膜清洗技术开发/膜清洗剂研制以及膜分离工艺技术提升的企业。拥有在中国膜行业耕耘二十年的资深膜专家，集十余年工业物料膜分离的工艺与清洗之大成，在膜的应用领域，特别是工业物料分离膜应用中拥有丰富的工程实践经验与案例，在膜工艺和膜清洗再生技术上独具特色。现有的两大系列十几种自主研发的膜清洗剂，结合相应的膜清洗工艺，可以涵盖生物、化工、发酵制药、食品、染料、环保水处理等行业中各种常见的微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）及反渗透膜（RO）污染清洗；同时征成公司有能力针对膜系统遇到的特殊污染事件进行分析并开发出专门的清洗工艺，使客户得到最及时最有效的解决方案，将客户因膜污染造成的损失减至最低。征成膜清洗科技有限公司与国内多家膜技术公司、科研院所和业内专业人士均保持着密切的合作关系，拥有完备的仪器设备与丰富的科研资源，具备雄厚的技术开发和技术支持能力。在保持膜清洗的技术优势上，征成膜清洗科技结合自身和战略合作伙伴的优势，不断开发和突破膜技术的能力，实现技术与工程的完美结合。编号形状包装规格产品适用概述M120白色或淡黄色粉末40kg可以用于大多数的膜系统清洗