纳滤膜处理乳制品废水过程中的膜污染清洗方法的研究
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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reservБайду номын сангаасd. http://www.cnki.net
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内蒙古环境科学 第 21卷 第 2期 2009年 4月
均的 COD为 1300mg/L , SS为 120mg/L,浊度为 510度 , pH 为 7. 16。 1. 2 实验方法
每次实验前 ,首先采用 25～30℃纯水测定纳滤膜的纯 水通量 (J0) ,接着用纳滤膜在 1. 3MPa的压力下处理乳制
H2 O2 、硝酸 。
图 2 清洗时间对清洗效果的影响
据文献 [ 4 ]:假设 A 为清洗剂 , B 是膜污染物的一 水 ,且不会造成膜污染 ,那么在一段时间内 ,随反应的 种并且可以与 A 反应生成 C,即有 A + B C,若 C溶于 进行 ,一部分 污染 物不 断被 清除 , 膜 通 量 得 到 恢 复 ,
Key wo rd s: wastewater of dairy p roduct; filtration; membrane pollution; cleaner
采用纳滤膜处理乳制品废水技术 ,有着极高的经济效 益和社会效益 [1～3] 。但是在处理过程中 ,由于浓差极化现 象及蛋白质与膜的疏水或静电吸附作用 ,纳滤膜在使用一 段时间后常出现传质阻力升高、膜通量下降 ,截留率、操作 压力升高等现象 ,即发生了膜污染。这些都将给工业应用 带来不利影响 ,并严重制约纳滤膜在处理乳制品废水上的 工业应用。因此 ,确定纳滤膜污染机理和影响因素 ,寻找 有效的膜清洗方法 ,是纳滤膜技术能否成功应用于处理乳 制品废水的关键。鉴于此 ,本文通过实验 ,选用不同的清 洗剂在不同的清洗条件下 ,对乳制品废水污染的纳滤膜进
J0 (L /m2 ·h)
83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56
W FR ( % )
12. 28 48. 64 54. 24 67. 24 79. 48 17. 37 72. 83 42. 35 82. 77 54. 98 76. 66 44. 44 73. 60
关键词 : 乳制品废水 ; 纳滤 ; 膜污染 ; 清洗剂 中图分类号 : X70311 文献标识码 : A 文章编号 : 1007 - 0370 (2009) 02 - 0037 - 06
RESEARCH O N M EM BRANE POLL UT IO N CL EANER M ETHOD I N DA IRY PROD UCT W ASTEW QTER TREATM ENT W ITH F IL TRAT IO N M EM BRANE
清洗 ,再用清水在高流速情况下冲洗 ,再次测定膜的纯水 2. 1 不同清洗剂的清洗效果
通量 (Jw)。所有的纯水通量都采用相同的条件测得 ,方式
用配置好的清洗剂 14L ,在操作压力为 0. 15MPa,进
为全循环清洗。
料流量为 30L /m in,温度为 30 ±2℃下清洗污染的纳滤膜
清洗剂的清洗效果可以采用膜通量恢复率 (water flux 30m in,测定清洗后的纯水通量 。清洗效果见表 1。
Ab s tra c t: The cleaning experimentswith different cleaners are developed, aimed to determ ine filtration membrane of dairy p roduct wastewater
pollution. The impact of concentration of cleaner, cleaning temperature and cleaning time on membrane flow are discussed, and the p roper cleaning p rogram is identified.
废水 :乳制品生产废水取自内蒙古某乳制品厂 ,其平
收稿日期 : 2008 - 11 - 21 作者简介 : 付振娟 (1979 - ) ,女 ,硕士 ,主要从事环境影响评价工作 1
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
剂被吸附到膜表面造成新的污染 。酸碱清洗剂的浓度 越大清洗效果越好 ,但是本实验中的纳滤膜所允许清 洗的 pH 值范围为 1. 0～11. 5,所以综合考虑选取 pH = 10. 5的氢氧化钠 、pH = 2. 39的硝酸 、2%柠檬酸为其相 应的适宜浓度 。
图 1 清洗剂浓度对清洗效果的影响
2. 2. 2 清洗时间对清洗效果的影响 一般来说 ,随着 同的清洗剂时 ,情况也不完全相同 。
算 :W FR = (JW - Jfw ) (J0 - Jfw )
式中 : J0 为污染前膜的纯水通量 ; Jfw为污染后膜的纯 水通量 ; Jw 为清洗后膜的纯水通量。
膜通量恢复率 W FR越大 ,表示膜的清洗效果越好。
品废水 ,当膜的渗透通量降到预设范围时 ,停止处理 ,再次
测定膜的纯水通量 (Jfw) ,然后分别采用清洗剂对膜进行 2 结果与讨论
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
纳滤膜处理乳制品废水过程中的膜污染清洗方法的研究 付振娟 陈 亮 张秀珍
胶物反而不易脱落 ,降低膜的通透性 ,考虑到有机膜的 抗氧化能力较差 , H2 O2 最佳浓度可采用 0. 3%。 SDS 和 NaOH + EDTA 清洗实验有相似的地方 ,最佳的清洗 浓度都为 0. 5% , W FR 分别为 73%和 77%。高浓度 (0. 7% )的 SDS会降低清洗效率 ,原因是部分表面活性
Jfw (L /m2 ·h)
33. 29 35. 03 35. 45 33. 23 32. 61 32. 54 32. 59 33. 51 33. 51 34. 20 33. 37 34. 34 32. 95
Jw (L /m2 ·h)
39. 46 58. 64 61. 55 67. 07 73. 11 41. 40 69. 72 54. 71 74. 94 61. 34 71. 85 56. 22 70. 20
FU Zhenjuan1 CHEN L iang1 ZHANG Xiuzhen2 ( 1 InnerM ongolian A cadem y of Environm ental Sciences, Hohhot 010062;
( 2 Tong L iao city Experim ental H igh School, InnerM ongolia 028000)
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利于清洗 。在本实验中 ,盐酸和氯化钠溶液的清洗效 果最不理想 ,几乎对膜通量的恢复起不到多大作用 ,柠 檬酸和硝酸的清洗效果优于盐酸 。 2. 2 清洗条件对清洗效果的影响
清洗条件主要为 : 清洗剂的浓度 、清洗时间 、温度 等的选择 。
在 △P = 0. 15M Pa, Q = 30L /m in的条件下 ,考察了 上述效果 较 好 的 清 洗 剂 的 清 洗 条 件 对 清 洗 效 果 的 影 响。 2. 2. 1 清洗剂浓度对清洗效果的影响 清洗浓度对 清洗效果的影响见图 1 所示 。从图 1 中可以看出 ,并 非清洗剂的浓度越高 ,膜通量的恢复越好 。过氧化氢 浓度从 0. 1%增加到 0. 7%时 , W FR 增长 ,浓度继续增 大 ,W FR不增加反而降低了 。降低的原因可能是高浓 度的强氧化剂使污染层中的污染物氧化变性形成的凝
内蒙古环境科学 第 21卷 第 2期 2009年 4月
(W FR )的影响可分三种情况 : ( a) 随 清 洗 时 间 的 延 长 W FR 持 续 增 加 , 如 图
N aOH; ( b) 随清洗时间的延长 W FR 先上升后趋于平缓 ,
如图 SDS、NaOH + EDTA、柠檬酸 ; ( c) 随清洗时间的延长 W FR 先上升后下降 ,如图
recovery, 简称 W FR )表示 ,膜通量恢复率按下列公式计
表 1 不同清洗剂对膜通量恢复的影响
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
清洗方式
pH = 2. 5HCl溶液 2%的柠檬酸溶液 pH = 2. 39硝酸溶液 pH = 10. 15NaOH溶液 0. 3% H2O2 溶液 0. 9%NaCl溶液 0. 5% SDS溶液 0. 5% EDTA 溶液 0. 3% H2O2 的 NaOH溶液 0. 3% SDS的 NaOH溶液 0. 5% EDTA +NaOH溶液 0. 5% EDTA 的 NaOH溶液 +洗涤精 0. 5% SDS的 NaOH溶液
从表 1 可以看出 ,对于乳制品废水纳滤后的污染 膜 ,清洗效果较好的清洗剂有 H2 O2 、SDS (十二烷基硫 酸钠 ) 、NaOH + EDTA。H2 O2 是一种氧化剂 ,对有机物 污染的膜具有很好的效果 ,而且还具有杀毒消毒的作 用 ,在本实验中 ,清洗效果最好 , 0. 3%的 H2 O2 的 W FR 为 79% , 而加入适量碱的 H2 O2 溶液清洗效果更好 , W FR为 83%。 SDS是常用的阴离子表面活性剂 ,具有 良好的乳化性能 ,清洗效果很好 ,W FR 为 73%。 EDTA 是一种鳌合剂 ,单独使用的效果不佳 ,一般与 NaOH 混 合使用效果较好 ,在实验中 0. 5% EDTA 的 NaOH 溶液 的 W FR为 77%。稀酸和稀碱是常用的化学清洗剂 ,研 究中发现碱液比酸液更适合清洗乳制品废水污染的纳 滤膜 ,这可能是因为碱液能增加被吸附蛋白质的电荷 性能 ,一方面增加蛋白质的溶解度 ,另一方面可以改变 蛋白质表面净电荷 ,使蛋白质分子的排斥加强 ,所以有
纳滤膜处理乳制品废水过程中的膜污染清洗方法的研究 付振娟 陈 亮 张秀珍
纳滤膜处理乳制品废水过程中的 膜污染清洗方法的研究
付振娟 1 陈 亮 1 张秀珍 2
( 1内蒙古环境科学研究院 , 呼和浩特 010062; 2通辽实验中学 ,内蒙古 028000)
摘要 : 针对纳滤过程中乳制品废水污染的纳滤膜 ,选用不同的清洗剂进行清洗实验 ,讨论了清洗剂浓度 、清
行清洗 ,确定了适宜的清洗方案。
1 材料与方法
1. 1 仪器与材料 膜组件 :实验采用纳滤膜由 OSMON ICS公司提供 ,型
号为 DL2540F。该膜是三层专利复合膜 ,有效膜面积 2. 6 平方米 ,膜面带负电荷 ,为卷式膜组件。
清洗剂 :盐酸、柠檬酸、硝酸、氢氧化钠、双氧水、氯化 钠、SDS、EDTA溶液
洗温度 、清洗时间对膜通量恢复率的影响 ,确定了适宜的清洗方案 。实验结果表明 ,单纯使用一种清洗剂不能 达到通量恢复的要求 ,确定的清洗方案为 :先用 35 ～40℃, pH = 10. 5 的 NaOH 溶液清洗 30m in,再用 0. 3% H2O2 碱液清洗 20m in,最后用 2%柠檬酸清洗 30m in,能取得很好的清洗效果 ,适合清洗和环保的要求 。
清洗时间的延长 ,清洗剂的清洗效果增强 。但采用不
从图 2 可以看出 , 清洗时间对膜通量的恢复率
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内蒙古环境科学 第 21卷 第 2期 2009年 4月
均的 COD为 1300mg/L , SS为 120mg/L,浊度为 510度 , pH 为 7. 16。 1. 2 实验方法
每次实验前 ,首先采用 25～30℃纯水测定纳滤膜的纯 水通量 (J0) ,接着用纳滤膜在 1. 3MPa的压力下处理乳制
H2 O2 、硝酸 。
图 2 清洗时间对清洗效果的影响
据文献 [ 4 ]:假设 A 为清洗剂 , B 是膜污染物的一 水 ,且不会造成膜污染 ,那么在一段时间内 ,随反应的 种并且可以与 A 反应生成 C,即有 A + B C,若 C溶于 进行 ,一部分 污染 物不 断被 清除 , 膜 通 量 得 到 恢 复 ,
Key wo rd s: wastewater of dairy p roduct; filtration; membrane pollution; cleaner
采用纳滤膜处理乳制品废水技术 ,有着极高的经济效 益和社会效益 [1～3] 。但是在处理过程中 ,由于浓差极化现 象及蛋白质与膜的疏水或静电吸附作用 ,纳滤膜在使用一 段时间后常出现传质阻力升高、膜通量下降 ,截留率、操作 压力升高等现象 ,即发生了膜污染。这些都将给工业应用 带来不利影响 ,并严重制约纳滤膜在处理乳制品废水上的 工业应用。因此 ,确定纳滤膜污染机理和影响因素 ,寻找 有效的膜清洗方法 ,是纳滤膜技术能否成功应用于处理乳 制品废水的关键。鉴于此 ,本文通过实验 ,选用不同的清 洗剂在不同的清洗条件下 ,对乳制品废水污染的纳滤膜进
J0 (L /m2 ·h)
83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56 83. 56
W FR ( % )
12. 28 48. 64 54. 24 67. 24 79. 48 17. 37 72. 83 42. 35 82. 77 54. 98 76. 66 44. 44 73. 60
关键词 : 乳制品废水 ; 纳滤 ; 膜污染 ; 清洗剂 中图分类号 : X70311 文献标识码 : A 文章编号 : 1007 - 0370 (2009) 02 - 0037 - 06
RESEARCH O N M EM BRANE POLL UT IO N CL EANER M ETHOD I N DA IRY PROD UCT W ASTEW QTER TREATM ENT W ITH F IL TRAT IO N M EM BRANE
清洗 ,再用清水在高流速情况下冲洗 ,再次测定膜的纯水 2. 1 不同清洗剂的清洗效果
通量 (Jw)。所有的纯水通量都采用相同的条件测得 ,方式
用配置好的清洗剂 14L ,在操作压力为 0. 15MPa,进
为全循环清洗。
料流量为 30L /m in,温度为 30 ±2℃下清洗污染的纳滤膜
清洗剂的清洗效果可以采用膜通量恢复率 (water flux 30m in,测定清洗后的纯水通量 。清洗效果见表 1。
Ab s tra c t: The cleaning experimentswith different cleaners are developed, aimed to determ ine filtration membrane of dairy p roduct wastewater
pollution. The impact of concentration of cleaner, cleaning temperature and cleaning time on membrane flow are discussed, and the p roper cleaning p rogram is identified.
废水 :乳制品生产废水取自内蒙古某乳制品厂 ,其平
收稿日期 : 2008 - 11 - 21 作者简介 : 付振娟 (1979 - ) ,女 ,硕士 ,主要从事环境影响评价工作 1
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剂被吸附到膜表面造成新的污染 。酸碱清洗剂的浓度 越大清洗效果越好 ,但是本实验中的纳滤膜所允许清 洗的 pH 值范围为 1. 0～11. 5,所以综合考虑选取 pH = 10. 5的氢氧化钠 、pH = 2. 39的硝酸 、2%柠檬酸为其相 应的适宜浓度 。
图 1 清洗剂浓度对清洗效果的影响
2. 2. 2 清洗时间对清洗效果的影响 一般来说 ,随着 同的清洗剂时 ,情况也不完全相同 。
算 :W FR = (JW - Jfw ) (J0 - Jfw )
式中 : J0 为污染前膜的纯水通量 ; Jfw为污染后膜的纯 水通量 ; Jw 为清洗后膜的纯水通量。
膜通量恢复率 W FR越大 ,表示膜的清洗效果越好。
品废水 ,当膜的渗透通量降到预设范围时 ,停止处理 ,再次
测定膜的纯水通量 (Jfw) ,然后分别采用清洗剂对膜进行 2 结果与讨论
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纳滤膜处理乳制品废水过程中的膜污染清洗方法的研究 付振娟 陈 亮 张秀珍
胶物反而不易脱落 ,降低膜的通透性 ,考虑到有机膜的 抗氧化能力较差 , H2 O2 最佳浓度可采用 0. 3%。 SDS 和 NaOH + EDTA 清洗实验有相似的地方 ,最佳的清洗 浓度都为 0. 5% , W FR 分别为 73%和 77%。高浓度 (0. 7% )的 SDS会降低清洗效率 ,原因是部分表面活性
Jfw (L /m2 ·h)
33. 29 35. 03 35. 45 33. 23 32. 61 32. 54 32. 59 33. 51 33. 51 34. 20 33. 37 34. 34 32. 95
Jw (L /m2 ·h)
39. 46 58. 64 61. 55 67. 07 73. 11 41. 40 69. 72 54. 71 74. 94 61. 34 71. 85 56. 22 70. 20
FU Zhenjuan1 CHEN L iang1 ZHANG Xiuzhen2 ( 1 InnerM ongolian A cadem y of Environm ental Sciences, Hohhot 010062;
( 2 Tong L iao city Experim ental H igh School, InnerM ongolia 028000)
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利于清洗 。在本实验中 ,盐酸和氯化钠溶液的清洗效 果最不理想 ,几乎对膜通量的恢复起不到多大作用 ,柠 檬酸和硝酸的清洗效果优于盐酸 。 2. 2 清洗条件对清洗效果的影响
清洗条件主要为 : 清洗剂的浓度 、清洗时间 、温度 等的选择 。
在 △P = 0. 15M Pa, Q = 30L /m in的条件下 ,考察了 上述效果 较 好 的 清 洗 剂 的 清 洗 条 件 对 清 洗 效 果 的 影 响。 2. 2. 1 清洗剂浓度对清洗效果的影响 清洗浓度对 清洗效果的影响见图 1 所示 。从图 1 中可以看出 ,并 非清洗剂的浓度越高 ,膜通量的恢复越好 。过氧化氢 浓度从 0. 1%增加到 0. 7%时 , W FR 增长 ,浓度继续增 大 ,W FR不增加反而降低了 。降低的原因可能是高浓 度的强氧化剂使污染层中的污染物氧化变性形成的凝
内蒙古环境科学 第 21卷 第 2期 2009年 4月
(W FR )的影响可分三种情况 : ( a) 随 清 洗 时 间 的 延 长 W FR 持 续 增 加 , 如 图
N aOH; ( b) 随清洗时间的延长 W FR 先上升后趋于平缓 ,
如图 SDS、NaOH + EDTA、柠檬酸 ; ( c) 随清洗时间的延长 W FR 先上升后下降 ,如图
recovery, 简称 W FR )表示 ,膜通量恢复率按下列公式计
表 1 不同清洗剂对膜通量恢复的影响
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
清洗方式
pH = 2. 5HCl溶液 2%的柠檬酸溶液 pH = 2. 39硝酸溶液 pH = 10. 15NaOH溶液 0. 3% H2O2 溶液 0. 9%NaCl溶液 0. 5% SDS溶液 0. 5% EDTA 溶液 0. 3% H2O2 的 NaOH溶液 0. 3% SDS的 NaOH溶液 0. 5% EDTA +NaOH溶液 0. 5% EDTA 的 NaOH溶液 +洗涤精 0. 5% SDS的 NaOH溶液
从表 1 可以看出 ,对于乳制品废水纳滤后的污染 膜 ,清洗效果较好的清洗剂有 H2 O2 、SDS (十二烷基硫 酸钠 ) 、NaOH + EDTA。H2 O2 是一种氧化剂 ,对有机物 污染的膜具有很好的效果 ,而且还具有杀毒消毒的作 用 ,在本实验中 ,清洗效果最好 , 0. 3%的 H2 O2 的 W FR 为 79% , 而加入适量碱的 H2 O2 溶液清洗效果更好 , W FR为 83%。 SDS是常用的阴离子表面活性剂 ,具有 良好的乳化性能 ,清洗效果很好 ,W FR 为 73%。 EDTA 是一种鳌合剂 ,单独使用的效果不佳 ,一般与 NaOH 混 合使用效果较好 ,在实验中 0. 5% EDTA 的 NaOH 溶液 的 W FR为 77%。稀酸和稀碱是常用的化学清洗剂 ,研 究中发现碱液比酸液更适合清洗乳制品废水污染的纳 滤膜 ,这可能是因为碱液能增加被吸附蛋白质的电荷 性能 ,一方面增加蛋白质的溶解度 ,另一方面可以改变 蛋白质表面净电荷 ,使蛋白质分子的排斥加强 ,所以有
纳滤膜处理乳制品废水过程中的膜污染清洗方法的研究 付振娟 陈 亮 张秀珍
纳滤膜处理乳制品废水过程中的 膜污染清洗方法的研究
付振娟 1 陈 亮 1 张秀珍 2
( 1内蒙古环境科学研究院 , 呼和浩特 010062; 2通辽实验中学 ,内蒙古 028000)
摘要 : 针对纳滤过程中乳制品废水污染的纳滤膜 ,选用不同的清洗剂进行清洗实验 ,讨论了清洗剂浓度 、清
行清洗 ,确定了适宜的清洗方案。
1 材料与方法
1. 1 仪器与材料 膜组件 :实验采用纳滤膜由 OSMON ICS公司提供 ,型
号为 DL2540F。该膜是三层专利复合膜 ,有效膜面积 2. 6 平方米 ,膜面带负电荷 ,为卷式膜组件。
清洗剂 :盐酸、柠檬酸、硝酸、氢氧化钠、双氧水、氯化 钠、SDS、EDTA溶液
洗温度 、清洗时间对膜通量恢复率的影响 ,确定了适宜的清洗方案 。实验结果表明 ,单纯使用一种清洗剂不能 达到通量恢复的要求 ,确定的清洗方案为 :先用 35 ～40℃, pH = 10. 5 的 NaOH 溶液清洗 30m in,再用 0. 3% H2O2 碱液清洗 20m in,最后用 2%柠檬酸清洗 30m in,能取得很好的清洗效果 ,适合清洗和环保的要求 。
清洗时间的延长 ,清洗剂的清洗效果增强 。但采用不
从图 2 可以看出 , 清洗时间对膜通量的恢复率
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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net