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膜第七分膜第七分膜污染及膜过程强环境科学与工程李国春郊游闻街外有卖春郊游闻街外有卖花之声，遂知春日已至。衣出外，不觉步至山下，牧童三五，坐牛上，吹笛唱歌再前青山绿白鸟红杨柳绿，桃梅堆锦。仰望白云如絮，俯视碧草毡膜污染在使用过程中，膜的性膜污染在使用过程中，膜的性能(水通量，截留率等)通常随时间的延长而降低，人们将这种现象称为膜污染膜污染可分为两大类可逆膜污染（外污染），比如浓差极不可逆膜污染（内染浓极膜污染时通量随时间变化的趋量浓差极膜传质推动溶渗透浓差极膜传质推动溶渗透边界x0δ浓差极化示意液在膜分离过程中，一部分溶质被截留，在膜表面及靠近膜表面区域的浓度越来越高，造成从膜表面到本体溶液之间产生浓度梯度，这一现象称浓差极化浓差极化的危使膜表面溶质浓度增高，渗透压的增大，从而减小传质驱动力当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉或凝胶层，增加透过阻力；膜表面沉积层或凝胶层的形成会改变膜的分离特当有机溶质在膜表面达到一定浓度有可能对膜发生溶胀或恶化膜的性能；严重的浓差极化导致结晶析出，阻塞流道减少浓差极减少浓差极化的方由浓差极化形成原理可知，减小浓差极化边界层厚度，提高溶质传质系数，均可减少浓差极化，提高膜的透液速度。方法如下：①②③④⑤⑥⑦选择合适的膜组件结构加入紊流器提高进料液温度以降低粘度，增大传质系增加湍流，减增加湍流，减小边界层厚度以减小浓差极膜浓缩加大，浓差极化加膜通量加大，浓差极化加溶质扩散系数增大，浓差极化减器a器a膜污膜污染膜污膜污染指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生渗透通量与分离特性的不可逆变化现象物理膜污染和化学膜污2013-5-膜受到污膜受到污染主要标志水通量逐步下降（膜通量下降通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大（进料压力和△P逐渐增大）；膜对溶解于水中物质的透过性逐渐增大（矿物截留率下降）。污染主要发生在MF和UF过程中。这些过程所使用的多孔膜对污染物有着固有的敏感性。对于使用致密膜的渗透汽化和气体分离等21-5-2膜污染的形成过膜污染的形成过第二阶段：超滤的初始通量降指开始过滤实际料液时，在极短时间内(几分钟甚至几第三阶段：超滤的长期通量低这是指超滤膜运行一定时间(几小时．几天．几周)后长期通量降低超滤膜的通量随时间的变化关膜污染的传质阻 膜体本身阻力 膜孔内污染阻力C 凝胶层阻力u 浓差极化阻力膜污染的传质阻 膜体本身阻力 膜孔内污染阻力C 凝胶层阻力u 浓差极化阻力污染阻力的特阻力名堵孔污染阻力的特阻力名堵孔阻力过滤前期增加明显，滤饼层形成以后几乎不再增长，不可逆吸附阻力过滤前，迅速增加并达到稳态（吸附饱和），力所占比重随料液性质不同而不同不可逆膜自身阻力恒量，膜自身性质决定，不同的膜自身阻力差别很大凝胶层阻力过滤前期很小，随时间的不断增长，在过滤中后期逐渐对膜通量随时间的变化起主导作用，部分可逆浓差极化阻力随过滤过程存在，过程停止即消失，在总阻力中所占比例较小，可逆膜污染的数膜污染的数学模凝胶层模渗透压模边界层阻力模凝胶层模浓差凝胶层模浓差极化和凝胶形 cgJ(R R klnc b膜污染的原因膜污染的原因(1)浓差极(2)凝胶层的出现及其固(3)微生（4）膜孔的堵塞与阻污染物种大致可分三类污染物种大致可分三类 有机物大分子、生物物质等。如蛋白质、脂肪、碳水化合物、微生物、有机胶体及凝胶、腐质酸、多羟基芳香化合物 无机盐类及无机胶体。如CaSO4、CaCO3、盐或凝胶、磷酸钙复合物等 颗常见污垢位生污有常见污垢位生污有机离子氧化物和氧化和无机胶质铁无水硅影响膜污染的因影响膜污染的因影响膜污染的因素很多，并因膜所运用体系的不同而不同：（1）膜的性质（2）溶质性能（3）膜、溶质和溶剂之间的相互作用（4）操作参数减轻浓差极化“污减轻浓差极化“污染”的方回收率的控一般卷式组件，单个组件回收率不得高于15％，整机回收率不得高于50％流态和流程的控流态一般分滞流、湍流和过渡流三种，滞流态极化程度最大，过渡流次之，湍流极化最小减轻浓差极化“污减轻浓差极化“污染”的方填料将直径为29-100μm的小球加入被处理液体系令其共同流经反渗透器以减小浓度极化层厚度而增大透过速度。小球的材质可用玻璃、甲基丙烯酸甲酯。装设湍流促进通常还可采用器内设置湍流促进器的办法来消除各式反渗透器的浓差极化脉冲搅拌是目前应用最广脉冲搅拌是目前应用最广泛，且在试验装置中必定使用的一种方法。它主要是在膜面附近增设搅器也可以把装置放在磁力搅拌器上回转使用增大扩散系数此法主要是提高温度流化床影响膜清洗的因影响膜清洗的因(1)膜的化学特包括膜耐酸、碱、氧化剂和化学试剂的特性它决定化学清洗剂类型、浓度、清洗液温度(2)污染物特指污染物在不同pH下，不同种类盐类及浓度溶液中，不同温度下的溶解性，荷电性和它的可氧化性及可酶解性等。膜的清洗方(1)物膜的清洗方(1)物理方水力方降低操作压力，提高保留液循环量有利于提高量；采用液流脉冲的形式可以很快将膜污染清除机械清机械清洗只适用于微滤／超滤管式系统中空纤维膜污染的清洗方利用中空纤维膜污染的清洗方利用膜的不对称性和膜组件的结构特点进行清保留透过清洗液出超逆循环清超滤清洗液入清洗液入清洗液出清洗液出(2)化学清根据布菜特的(2)化学清根据布菜特的理沦，化学清洗分为6个过程①化学清洗前的机械清洗②消洗剂扩散到污垢表面③渗透扩散进污垢层④清洗反应⑤清洗反应产物转移到内表面⑥产物转移到内表面化学法常用的清洗碱（化学法常用的清洗碱（NaOH）发酵工业中用得很普遍浓度为0.1～1.0M。它能水解蛋白质，皂化脂肪和对某些生物分子起溶解作用酸如HNO3、和HCI。用于去除无机污染物如钙和镁盐。对不锈钢装置不能用HCI。柠檬酸对含铁污染物有效表面活性剂：主要对生物高分子油脂等起乳化、散、干扰细菌在膜上的粘附。常用的SDS和X-100，有较好的去蛋白质和油脂等作用氧化剂：氯有较强的氧化能力。当NaOH或表面活性剂氧化剂：氯有较强的氧化能力。当NaOH或表面活性剂不起作用时可以用氯其用量为10-6mg/L活性氯其最适pH为10～11酶：酶本身是蛋白质，能用其他清洗剂就酶。但如要去除多糖时，淀粉酶有一定作用的有机溶剂：由于有机溶剂对膜和装置有不良作用，因而很少采用。20-50％乙醇可用于膜装置的灭菌和去除油脂或硅氧烷消泡剂，但使用时系统必须符合防爆要求常见的污染物及其清洗方用常见的污染物及其清洗方用 ①2%柠檬酸+0.1%TRITONx-100+97.9%RO水,氨水调节pH至②2%柠檬酸+2%EDTA钠+96%RO水,氨水调节pH至③2%三聚磷酸钠+0.1%TRITONx-100+2%EDTA钠+95.9%RO水硫酸调节pH至④盐酸或柠檬酸调节RO水pH至①1%加酶洗涤剂水溶液②30%H2O20.5L+去离子水①次氯酸钠溶液5~10mg/L,用硫酸调节pH至5~6(芳香聚酰胺膜则1%甲醛溶液②1%~2%H2O2溶①高浓度盐水;②含酶清洗电清是电清是一种十分特殊的清洗方法。在膜上施加电场，则带电粒子或分子将沿电场方向迁移。通过在一定时间间隔内施加电场且在不必中断操作的情况下从界面上除去粒子或分子。这种办法的缺点是需使用导电膜及安装有电极的特殊膜器，对膜和装置的要求较高。(4)其它清洗方法，如电场过滤、脉冲电解清洗、电渗透清洗等反渗透膜常规化学清洗方 碱洗：0.1%(wt)氢氧反渗透膜常规化学清洗方 碱洗：0.1%(wt)氢氧化钠溶液，常温下，用环清洗30min，主要清除有机污染物及生物污染； 酸洗1：0.2%(wt)盐酸溶液(PH=1)，常温下，用泵循环清洗30min，主要清除碳酸盐垢 酸洗2：2%(wt)柠檬酸溶液(用氨水调节℃，用泵循环清洗30min，主要清除碳酸盐垢及金属氧化物(铁污染物) 清洗建议流量及压力元件直径 清压力 清流量48纳滤纳滤膜的清一般情况下，先用低pH值后用高pH值的洗液，这与膜上污染物的形成因素有关：系统运行过程中；胶体粒子和有机污染物最先在膜上沉积和吸附，形成膜表面的第一层垢；碳酸盐及金属氧化物垢是逐渐形成的，沉积于胶体垢之上，并缓慢渗入胶体中。因此，先用酸性溶液去除上部污垢，并可达到松动下层胶体的作用．然后再用碱性溶液清洗，可快速达到清洗效果。超微滤膜组件的清超微滤膜组件的清洗再生技1手工擦洗海绵球擦洗等压水力冲洗热水冲洗水­气混合清洗化学清洗酸溶液清洗碱溶液清洗氢氧化钠、氢氧化氧化性清洗加酶洗涤1％—3H2O2、500—1000mgL胃蛋白酶、胰蛋白膜污染的分析方光学显微镜膜污染的分析方光学显微镜：观察无机类沉积物、细菌以及藻类扫描电子显微镜：观察膜的