膜污染

THANKS
1李永红,粘土颗粒和有机物对浸没式超滤膜给水处理的膜污染特性 2 葛元新,MBR膜的污染及其清洗技术研究进展 3孟洪,膜技术前沿与工程应用
浓差极化
推动力
透过快的组分
透过慢的组分 膜
浓度极化示意图
微生物也是造成膜污染的一个主要因素 。微生物污染主要由微生物及 其代谢产物组成的粘泥引起 ,膜表面易吸附腐殖质 、 聚糖脂 、 微生物 新陈代谢产物等大分子物质 。 膜内的微孔中也有微生物生长所需的营 养物质 ,适宜微生物生存 , 因而不可避免地有大量微生物滋生 ,极易形 成一层生物膜 , 造成膜的不可逆阻塞 , 使膜通量下降 , 成为膜污染的一 个重要原因。 如刘锐等发现在中空纤维膜的微孔中有大量的丝状菌 、 球状菌和短杆状菌。 F l e mm i ng等提出了膜被微生物污染的 4阶段学 说: 首先有机大分子物质吸附在膜组件上 ,然后进水体系中粘附速度快 的细胞形成初期粘附过程 ,粘附后期大量群集生物生长 ,最后在膜表面 上形成生物膜 。 膜污染还与膜材料、膜孔径的大小及分布、膜性能及原水的特性密切 相关。 关于膜污染机理目前还没有统一的理论，但文献中一致认同原水中颗 粒物与膜材料之间的相互作用是影响膜污染的最主要因素。
膜污染
BY KOU
CONTENT
1 膜污染定义及分类 2 膜污染的来源 3 膜污染的模型 4 膜污染的分析技术 5 膜污染的影响因素 6 膜污染的防治
膜污染
1 膜污染的定义及分类
1.1狭义的膜污染: 膜污染是指在膜滤过程中，由于原水中的微粒 物、胶体粒子或溶质分子，与膜之间存在物理化 学作用或机械作用，而在膜表面及膜孔内部的吸 附或沉积，致使出现膜孔堵塞或变小、膜过滤阻 力增大、膜通量不可逆下降等膜水力性能降低的 现象。即国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)定义的 膜污染。 1.2广义的膜污染: 除了上述膜孔堵塞和表面沉积，还包括由于可逆 的浓差极化导致的凝胶层的形成。
膜污染
2.2 溶解性有机物质
溶解性有机物是 MBR 膜在抽吸过程中出现浓差 极化现象的重要原因之一 ,反应器污水中自身的溶 解性高分子有机物、大分子的微生物可溶性代谢 产物都容易通过浓差极化作用而在膜表面形成凝 胶层 ,或被膜内的微孔表面所吸附或结晶 , 堵塞孔 道, 使膜通量减少。
膜污染
2.3 微生物污染
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4 膜污染的分析技术
4.1常规检测 主要的测试指标包括：浊度、pH 值、高锰酸盐指数（ CODMn）、总有机碳（TOC）、紫外吸光度（UV254 ）。 4.2仪器分析测试 为了分析污染物的结构、组成和性质，需采用各种现 代化的仪器分析手段，对污染前后的膜进行微观分析 。 4.2.1微观形貌分析 一般采用直接观察法，主要用于表征膜上污染物的形 态，包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜 （SEM）、场发射扫描电镜（FSEM）、原子力显微镜 （AFM）等
膜污染
4.3扫描电镜
膜污染
5 膜污染的影响因素
5.1膜和组件的特性 膜的孔径、材质、表面电荷、粗糙度及亲疏水性和膜构型 5.2微生物特性 微生物组成、微生物参数及絮体特性 5.2操作运行条件
膜污染
6 膜污染的防治
6.1膜污染的控制 1提高膜性能 2优化运行条件 3调控混合液的特性 4优化膜清洗 6.2膜污染的清洗 1物理清洗 指曝气冲洗、高速水流清洗、气/水反冲洗、载体机械冲刷 等冲洗膜表面。方法主要有反冲洗和膜松弛（暂停过滤） 2化学清洗 方法很多，差别在于清洗剂的浓度和清洗方式不同。主要 的化学清洗剂为次氯酸钠和柠檬酸。
膜污染
3膜污染模型
根据膜污染的特征,一般可以用完全堵塞污染模型、滤饼 层过滤污染模型、标准堵塞模型和中间堵塞污染模型来 进行描述
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4 膜污染的分析技术
对膜污染的分析方法包括宏观和微观两个方面: 在宏观上，通过研究过滤过程中的水质、膜通 量和各种过滤阻力的变化，分析得到通量（或跨膜 压差）的变化规律。 在微观上，通过研究污染膜（物）的成分、形 态、分布等，从而对膜污染的机理和进程加以解释 和分析。微观上对膜污染的研究，需要通过各种必 要的仪器分析测试手段加以实现。
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2 膜污染的来源
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2.1滤饼层
滤饼层主要是指水透过膜时被截留下来的部分活性污泥和胶 体物质,在滤压差和透过水流的作用下堆积在膜表面而形成的膜 面污染。其中有无机污染物,也有有机污染物。无机污染物主要 是钙、镁、硅、铁等的碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐的结垢物,最常 见的是CaCO3和CaSO4。 有机污染物主要是蛋白质、絮凝剂、 天然高分子等有机胶体和容易在膜表面附着的溶解性有机物,它 们在氢键、色散力和憎水作用下被吸附在膜上。 滤饼层是一种可逆污染 ,一般可以通过水力清洗等定期清洗消 除污染 ,快速恢复部分膜通量 。
膜污染
4.3 扫描电镜
扫描电镜（SEM）可放大十几倍到几十万倍，其分 辨率可达 3 nm。用扫描电镜拍摄图像时，对样品的制 备有一定要求。应尽可能保持样品的表面结构完好，样 品干燥并有良好的导电性能，因此，在进行扫描电镜观 察前，需对样品作相应的处理。但是，要注意在操作过 程中不能使样品产生变形和污染。 基本使用方法: 先将所要观察的膜丝截取一断，待自然风干后备用 。用扫描电镜观察膜丝前，需要用离子喷溅仪在膜丝上 镀一层金膜，以加强其导电性。若对膜丝的横断面进行 观测时，需将膜丝在液氮中浸渍后，在低温下用镊子将 其脆断。这样可以尽量保持膜丝断面的原样，不会使截 取的断面因受挤压而发生变形。
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1 膜污染及分类
1.3分类: 根据水力清洗对膜污染去除的情况，将膜污染分为 可逆膜污染和不可逆膜污染两大类。 一般认为，可以通过正常运行周期设定的物理清 洗去除的膜污染视为可逆膜污染，在膜表面形成的滤 饼层所导致的膜污染，一般被认为是可逆膜污染； 反之，将不能通过正常运行周期所设定的物理清洗 去除，在整个超滤过程中不断累积，最终必须通过化 学清洗才能去除的膜污染称为不可逆膜污染。
膜污染
4 膜污染的分析技术
4.2.2成分分析 采用 X 射线光电谱（XPS）、红外光谱（IR）、等 离子发射光谱（ICP）、能量色散 X 射线光谱分析 （EDX）、紫外分光光度计等仪器分析手段 、傅立 叶红外光谱仪分析。 4.2.3在线监测 采用超声时域反射计可以进行膜污染的实时检测和 膜清洗的表征。