膜污染与清洗

第24卷第2期合肥工业大学学报(自然科学版)V o l.24N o.2 2001年4月JOU RNAL O F H EFE I UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY A p r.2001

膜污染与清洗

王　萍,　朱宛华

(合肥工业大学资源与环境科学系,安徽合肥　230009)

摘　要:各种膜分离已在分离过程中成为最新的技术之一。膜体系的发展有很大的前景,但膜的污染问题仍是一个难题,它限制了膜的广泛应用。文章概述了膜污染的机理、预防措施及其清洗方法。并根据这些原则对微滤啤酒废水引起的膜污染的清洗方法进行了研究,通过比较试验,选择了恰当的清洗剂和清洗工艺,快速恢复了膜通量。

关键词:膜;膜污染;膜清洗

中图分类号:X797 文献标识码:A 文章编号:100325060(2001)022*******

Foul i ng and clean i ng of m em brane

W AN G P ing,　ZHU W an2hua

(D ep t.of N atural R esources and Environm ental Science,H efei U niversity of T echno logy,H efei230009,Ch ina)

Abstract:T he u se of m em b ranes has becom e one of the m o st sough t2after techn iques in separati on p rocesses,and there has been great advancem en t in developm en t of m em b rane system s,bu t the fou ling of m em b ranes becom es the bo ttleneck li m iting the w ider app licati on of m em b ranes.T h is paper in troduces the m echan is m of m em b rane fou ling as w ell as the p reven tative m easu res and the clean ing m ethods.A case study is carried ou t of the clean ing m ethod fo r M F m em b rane fou ling by beer w astew ater.T he m o st app rop riate cleaner and clean ing p rogram s are cho sen and the flux recovers rap idly.

Key words:m em b rane;fou ling of m em b rane;clean ing of m em b rane

0　引 言

膜科学技术随着对物质的高分离与纯化技术的要求应运而生,它是一门新生的高分离、浓缩、提纯及净化技术,因它具有不发生相变、能耗低、适用于多种特殊溶液体系的分离、分离装置简单、分离效率高和传质速度快等优点,应用范围越来越广,受到许多领域关注,在世界各国得到迅猛发展。

但是,随着膜运行时间的增长,总会发生膜污染,导致通量的递减,本文就此问题探讨膜的污染及其清洗。为了更好地考察清洗方法的效果,选择了微滤啤酒废水引起的膜污染为研究对象。

收稿日期:2000211217

作者简介:王　萍(1976-),女,陕西铜川人,合肥工业大学硕士生;

朱宛华(1935-),女,浙江嘉兴人,合肥工业大学教授,硕士生导师.

1　膜的污染机理

膜在使用时,不可避免地会受到膜污染,导致其通量逐渐降低。造成膜污染主要有2个原因:①浓差极化的影响;②膜表面吸附溶质(尤其是大分子)形成的膜污染

。图1　边界层中的传质及浓差极化

1.1　浓差极化

由于膜的选择透过性,被截留组分在膜料液侧表

面积累,其浓度往往比料液主体浓度高得多,组分在边

界层和膜内形成如图1所示的浓度分布。

组分在料液主体中的浓度c S1、膜表面浓度c S2和

透过侧浓度c S3之间的关系[1]可用下式表示

J =D l ln c s2-c s3c s1-c s3=k ln c s2-c s3

c s1-c s3(1)

式中,k =D l

定义为传质系数。在膜的使用中,膜表面浓度c S2常达到截留组分

的饱和浓度c G ,若组分在透过液中的浓度很低,即c S3

→0,则(1)式可表示为[1]

J =k ln c G

c s1(2) 此时膜渗透流率与操作压力无关,主要决定于边界层内的传质情况,即产生了浓差极化。但这种影响是可逆的,通过降低料液浓度或改变膜面附近料液侧的流体力学条件,如提高料液流速,采用湍流促进器和设计合理的流通结构等方法

[2,3],可减轻产生的浓差极化现象,使膜的分离特性得以部分恢复。

1.2　膜的污染膜污染是指料液中的某些组分在膜表面或膜孔中沉积导致膜渗透流率下降的现象。包括膜的孔道被大分子溶质堵塞引起膜过滤阻力增加;溶质在孔内壁吸附;膜面形成凝胶层增加传质阻力[4]。组分在膜孔中沉积,将造成膜孔减小甚至堵塞,实际上减小了膜的有效面积。组分在膜表面沉积形成的污染层所产生的额外阻力可能远大于膜本身的阻力,而使渗透流率与膜本身的渗透性无关。这种影响是不可逆的[5,6],污染程度同膜材料、保留液中溶剂以及大分子溶质的浓度、性质、溶液的pH 值、离子强度、电荷

组成、温度和操作压力等有关,污染严重时能使膜通量下降80%以上[7]。文献[7]列出了膜受到污染时

的标志及症状:①单位面积迁移水速率逐步下降(膜通量下降)。②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)。③膜对溶解于水中物质的透过性逐渐增大(矿物截留率下降)。2　膜污染的预防措施

文献[8]指出:“在大多数情况下膜污染是由于不适当的进料水预处理所致”。由于料液中常含有无机物、有机物、微生物、粒状物和胶体等杂质,对膜产生不利影响,因此必须对料液进行预处理,以使浓差极化的影响和膜污染减少到最低程度。预处理的措施有:

(1)预除料液中大颗粒[9],如:絮凝沉淀、粒状活性炭吸附、圆筒过滤器、微过滤器及添加防垢剂等。(2)增加流速,减薄边界层厚度,提高传质系数,或采用湍流促进器和设计合理的流道结构等方法,使被截流的溶质及时地被水流带走。

(3)选择适当的操作压力,避免增加沉淀层的厚度和密度。

132第2期 王　萍,等:膜污染与清洗