万博在线登录注册 膜污染防治與清洗指導手冊|通用版

2020-11-06  來自: 万博在线登录注册 瀏覽次數:307

膜污染現象在多孔膜中較為常見, 發生污染的直觀表現就是通量的持續降低, 一般用通量下降的程度以及污染物的質量來描述污染的狀況。

一、污染物的類別

1、無機污染物

以壓力為驅動的膜分離系統中, 由于膜的截留作用, 在膜表面會發生體系中組分的濃縮, 導致濃差極化現象的產生。對于可溶性的組分來說, 當離子的含量積超過其溶解度后就會在膜表面和孔內形成沉淀或 結垢 。無機類污染物主要的是鈣和鋇等的 硫酸鹽 和碳酸鹽所形成所謂的水垢層, 其中以CaCO3 和CaSO4 常見。在大多數情況下, 無機與有機污染物之間還存在著相互促進的作用, 加劇膜的污染。

2、有機污染物

有機污染物主要為細菌胞外聚合物( EPS) , 蛋白質、多肽、脂肪類和多糖等大分子類的物質, 其中含有活性基團的大分子物質可能與金屬離子Ca2+,Mg2+和Ba2+等相互作用在膜的表面形成凝膠層, 從而可使膜的通量下降或膜的過濾阻力上升。

3、 微生物 污染物

微生物污染主要是由微生物及其代謝產物組成的粘性物質。膜的表面易吸附腐殖質、聚糖脂和微生物進行新陳代謝活動的產物等大分子物質, 具備了微生物的生存條件, 極易形成一層生物膜, 因此造成膜的不可逆堵塞, 使水通量下降。

4、膠體污染

藻類、細菌和有機物都可能處于膠體尺寸,這些膠體狀物質有可能吸附于膜表面引起污染。膠體物質有不同的起源,它們產生的膜污染亦有很大差別。來自非生物過程的膠體物質有淤泥和黏土等無機物,它們引起的水通量衰減往往源于濾餅層污染,它們一般不會熱力學不可逆地吸附在膜表面;積聚在膜表面的這些類型的膠體很容易為水力清洗(如反沖洗和空氣擦洗)所去除。微生物新陳代謝產生的膠體物質往往永1久性吸附在膜表面從而引起不可逆的吸附性污染。源于微生物過程的膠體污染被歸類到微生物污染。

二、膜污染的影響因素及其防治

1、膜污染的影響因素

膜本身的特性如膜孔徑及其分布、膜結構、膜的物理特性、膜-溶質-溶劑之間的相互作用;

被處理的 污水 水質 ,特別是水中有機物的種類和濃度;

操作條件如 污泥 泥齡、 溶解氧 濃度、膜面流速、溫度等;

膜組件的特征尺寸,高度、曝氣系統布置等;

其他因素如微生物種群之間的相互影響、膜本身對生物膜生長的影響、細菌胞外聚合物(EPS)的組成及濃度等。

2、膜污染的防治

1)膜表面改性

膜表面的改性可分為物理改性和化學改性。

物理改性包括共混和表面層。共混是將親水性高分子與成膜材料進行共混, 以改善膜的親水性; 表面涂層是指在膜表面上形成一層功能性預涂覆層, 防止膜材料與溶液中的組分發生吸附作用, 從而提高分離膜的抗污染性。

2)料液預處理

對料液進行預處理是為了達到膜組件的進水的 標準 ( 如反滲透膜要求進料污染指數SDI 小于5) 。預處理是指在原料液過濾前向其中加入一種或幾種物質, 使原料液的性質或溶質的特性發生變化。

預處理包括化學處理和物理處理。

物理處理通常包括預過濾和離心, 以除去可能阻塞膜孔的懸浮顆粒; 化學處理則包括調節料液pH值, 使大分子或膠質污染物遠離等電點, 以減少形成凝膠層的趨勢。二價離子, 如Ca2+和Mg2+等通過在大分子鏈上架橋可以形成沉淀, 而一價離子相反卻可預防沉淀和污染。所以人們多通過離子交換以去除多價離子。化學過程還包括沉淀和絮凝, 或用專門的化學藥品抗污或殺菌。

3)操作條件的優化

操作條件的優化包括控制初始滲透通量, 反向放置微孔膜, 利用高分子溶液的流變特性及脈動流操作和鼓泡操作, 采用兩相流操作、離心操作、電超濾、 振動 膜組件和超聲波輻射等。

三、膜的清洗

1、物理清洗

1)等壓沖洗

適用于中空纖維組件。沖洗時首先降壓運行, 關閉濾液出口并增加原水進入速率, 此時中空纖維組件內壓力隨之 升高 , 直至達到中空纖維外側腔體操作壓力相等, 即膜兩側壓差為0, 這樣滯留于膜表面的溶質分子懸浮于溶液中并隨濃縮液排出。

2)反沖洗

指從膜的透過側通過液體沖洗, 將膜面污染物除去的方法。同時應該考慮在較低的壓力下進行( 0.1 MPa 左右) , 以免引起膜破裂。

3)氣液混合振蕩清洗技術

氣液振蕩清洗方法是在膜組件的內腔鼓入壓縮空氣, 伴隨著反洗的透過液, 使中空纖維在空氣泡和水流的作用下晃動振蕩, 抖落或沖掉中空纖維外表面附著的污染物。

4)負壓清洗

類似于反壓清洗原理, 清洗時使膜組件接在泵的吸程上, 造成膜的功能面壓力低于膜的另一面壓力, 從而使透過液逆流透過膜來達到清洗膜面及膜孔內的污染物。

5)機械刮除

對管式組件可采用軟質 泡沫 塑料球、海綿球, 對內壓管膜進行清洗, 在管內通過水力讓泡沫塑料球、海綿球反復經過膜表面, 對污染物進行械性的去除。該法適用于以有機膠體為污染成分的膜表面的清洗。

6)電清洗

在膜上施加電場, 則帶電粒子或分子將沿電場方向移動, 通過在一1定時間間隔內施加電場, 且在無需中斷操作的情況下從界面上除去粒子或分子。清洗劑的選擇決定于污染物的類型和膜材料的性質。在清洗方案的選擇中, 應考慮以下因素: 清洗設備的要求, 膜的類型和清洗劑的相容性,系統的結構材料, 污染物的鑒定, 對使用過的清洗液的排放條件及由此造成的影響。

2、化學清洗

許多化學試劑對去除污染物和其他沉積物是有效的。化學清洗實際上涉及到所使用的化學 藥劑 和污垢、沉積物和腐蝕產物及影響通量速率和產水水質的其他污染物的反應。

1)堿性清洗劑

常用的是氫 氧化 物和磷酸鹽等。其中氫氧化物是指在某種程度上能溶解SiO2, 皂化脂類和溶解蛋白質的物質。磷酸鹽呈弱堿性, 其清洗效果有限, 常被用作分散劑、溶解磷酸鹽、調節pH值、乳化脂類和膠溶蛋白等。

2)酸性清洗劑

a.硫酸

可用于較寬的溫度范圍, 不揮發, 其成鹽的溶解度較硝酸和鹽酸小, 其反應劇烈, 使用時有一1定的危險性;

b.鹽酸

常用的一種清洗用酸, 溶解能力強, 廣泛用于去除SiO2 以外的無機污垢和堵塞物, 且適用于 低溫 , 但清洗過程中可能產生HCl 氣體對鋼材有腐蝕作用;

c.硝酸

反應劇烈, 溶解度大, 可鈍化不銹鋼、鋁等, 應用的范圍較硫酸、鹽酸更廣, 但對低碳鋼有輕微的腐蝕;

d.檸檬酸

固體, 易處理、危險小, 與堵塞物形成的鹽溶解度較大, 即使在堿性條件下, 對鐵離子的絡合力大, 也難以形成氫氧化物沉淀, 但常需在溫度80~100 ℃下使用, 且清洗所需的時間較長。

3)酶清洗劑

該類清洗劑對有機物特別是蛋白質、油脂類的污染物的清洗是有效的, 其缺點是價格昂貴, 反應速度慢, 需要長時間的浸漬。

4)表面活性劑

主要有陰離子、陽離子和非離子3 種表面活性劑。他們可以改善清洗劑和膜面沉積物的接觸, 減少水的用量, 縮短清洗所需的時間。

5)消毒清洗劑

這類物質一般具有較強的氧化能力, 在消毒的同時, 能有效的去除膜污染物中的有機成分, 使膜的通透能力得到較好的恢復。常用的有次氯酸鈉以及過氧化氫等。

a.次氯酸鈉

能夠非常有效的去除有機污染物, 化學反應速度快, 清洗所需的時間短。但其腐蝕性強, 特別在低pH的情況下, 對不銹鋼有明顯的腐蝕作用。當清洗溫度較高時, 其中溶解的氯1氣會逸出, 對人的呼吸系統有害。

b.過氧化氫

是一種二元弱酸, 遇光、氧化物、還原物即分解, 產生大量的泡沫, 是一種較溫和的消毒殺菌劑。質量分數為1.2%的水溶液對清除有機物質所堵塞的微濾和超濾膜具有良好的效果。所選定的膜污染的清洗技術***能夠有效的去除膜的污染物, 使膜的正常通透能力和分離性能得到較為明顯的恢復。

理想的清洗劑應該具備以下的特征:

能松動或溶解膜的污染物, 不能導致新的污染的產生或堵塞, 對膜本身及管路系統不能有腐蝕作用, 清洗速度快, 對膜表面及系統有消毒作用, 化學穩定性強, 無1毒、安全, 對環境影響小, 成本低。

3、生物清洗

這類方法又可分為兩類:

一類是使用清洗劑清洗, 此類清洗劑具有生物活性;

另一類則是將生物劑固定通過特殊的方法固定在膜上, 使膜具有抗污染的能力。

對含蛋白體系的混合物膜分離過程, 酶制劑清洗是一種非常有效的方法。采用酶制劑清洗可以切斷蛋白鏈, 而表面活性劑可與特定的蛋白鏈發生作用, 另外還可快速溶解小的松散的蛋白片段。

因此, 先采用酶制劑清洗, 后采用表面活性劑清洗的方法對BSA 和乳清污染的聚砜超濾膜清洗非常有效。另外, 也可將2種清洗劑復配成一種, 但***考慮優化, 即清洗劑之間不能發生相互作用。


關鍵詞: 膜污染

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