膜分离工程膜污染要点
膜分离技术存在的问题及解决方法剖析
可编辑修改精选全文完整版膜分离技术存在的问题及解决方法膜分离技术作为一种新型的高新制造技术，在食品工业中的应用发展极快，成绩卓著，日益受到各界的关注，展现了广阔前景，尤其一些新的膜分离技术具有更大的潜力和更强的生命力。
下面具体介绍膜分离技术存在的问题及解决方法，一起来看看吧。
1、膜的污染问题由于食品中大都含有蛋白质、脂肪、纤维、鞣质及胶体物质，膜在操作时极易被污染和阻塞，造成膜通量锐减。
而现有的清洗方法难以达到恢复通量的目的。
所以料液的预处理及清洗成了膜技术应用的关键，另外开发新型的不易被污染的膜材料及进行膜面改良也是控制膜污染的有效措施。
2、膜的选择问题膜分离技术在生产中的应用日益广泛，但由于影响因素众多，诸如膜材料的选择、膜分离时的压力、温度、浓度、流速等，需要对其工艺条件作更深入的研究和考察。
3、浓度极化现象由于滤膜上筛孔极小，沉积在膜面的物质易形成一层等高浓度的凝胶层，使膜的通过速度和截流性能受到很大影响，称为浓度极化现象。
应采取相应措施，如降低料液黏度，在各阶段合理的调节压力，分别采用恒速和恒压过滤;或与其他分离方法如澄清法、离心法联用等。
4、膜的性能有待提高膜材料的品种少，膜孔径分布宽，性能欠稳定，如常用的亲水性膜材料对溶质吸附少，截留分子量较小，但热稳定性差，机械强度、抗化学性、抗细菌侵蚀能力通常不高，疏水性膜材料机械强度高、耐高温、耐溶剂、耐生物降解，但膜透水速度低、抗污染能力较低。
另外，由于滤膜本身的孔径不可能完全均匀一致，滤过时部分微粒、热源从较大的滤孔滤出，从而导致初滤液不合要求。
故应用时应采用多级超滤法来提高食品质量，并应研究开发性能优良的滤膜，克服其自身的缺点。
以上就是膜分离技术存在的问题及解决方法，希望对大家有所帮助。
膜分离技术存在的问题及解决方法
膜分离技术存在的问题及解决方法膜分离技术作为一种新型的高新制造技术，在食品工业中的应用发展极快，成绩卓著，日益受到各界的关注，展现了广阔前景，尤其一些新的膜分离技术具有更大的潜力和更强的生命力。
下面具体介绍膜分离技术存在的问题及解决方法，一起来看看吧。
1、膜的污染问题由于食品中大都含有蛋白质、脂肪、纤维、鞣质及胶体物质，膜在操作时极易被污染和阻塞，造成膜通量锐减。
而现有的清洗方法难以达到恢复通量的目的。
所以料液的预处理及清洗成了膜技术应用的关键，另外开发新型的不易被污染的膜材料及进行膜面改良也是控制膜污染的有效措施。
2、膜的选择问题膜分离技术在生产中的应用日益广泛，但由于影响因素众多，诸如膜材料的选择、膜分离时的压力、温度、浓度、流速等，需要对其工艺条件作更深入的研究和考察。
3、浓度极化现象由于滤膜上筛孔极小，沉积在膜面的物质易形成一层等高浓度的凝胶层，使膜的通过速度和截流性能受到很大影响，称为浓度极化现象。
应采取相应措施，如降低料液黏度，在各阶段合理的调节压力，分别采用恒速和恒压过滤;或与其他分离方法如澄清法、离心法联用等。
4、膜的性能有待提高膜材料的品种少，膜孔径分布宽，性能欠稳定，如常用的亲水性膜材料对溶质吸附少，截留分子量较小，但热稳定性差，机械强度、抗化学性、抗细菌侵蚀能力通常不高，疏水性膜材料机械强度高、耐高温、耐溶剂、耐生物降解，但膜透水速度低、抗污染能力较低。
另外，由于滤膜本身的孔径不可能完全均匀一致，滤过时部分微粒、热源从较大的滤孔滤出，从而导致初滤液不合要求。
故应用时应采用多级超滤法来提高食品质量，并应研究开发性能优良的滤膜，克服其自身的缺点。
以上就是膜分离技术存在的问题及解决方法，希望对大家有所帮助。
膜污染防治与清洗指导手册
膜污染防治与清洗指导手册膜污染现象在多孔膜中较为常见，发生污染的最直观表现就是通量的持续降低，一般用通量下降的程度以及污染物的质量来描述污染的状况。
一、污染物的类别1、无机污染物以压力为驱动的膜分离系统中，由于膜的截留作用，在膜表面会发生体系中组分的浓缩，导致浓差极化现象的产生。
对于可溶性的组分来说，当离子的含量积超过其溶解度后就会在膜表面和孔内形成沉淀或结垢。
无机类污染物最主要的是钙和钡等的硫酸盐和碳酸盐所形成所谓的水垢层，其中以CaCO3 和CaSO4 最为常见。
在大多数情况下，无机与有机污染物之间还存在着相互促进的作用，加剧膜的污染。
2、有机污染物有机污染物主要为细菌胞外聚合物( EPS) ，蛋白质、多肽、脂肪类和多糖等大分子类的物质，其中含有活性基团的大分子物质可能与金属离子Ca2+,Mg2+和Ba2+等相互作用在膜的表面形成凝胶层，从而可使膜的通量下降或膜的过滤阻力上升。
3、微生物污染物微生物污染主要是由微生物及其代谢产物组成的粘性物质。
膜的表面易吸附腐殖质、聚糖脂和微生物进行新陈代谢活动的产物等大分子物质，具备了微生物的生存条件，极易形成一层生物膜，因此造成膜的不可逆堵塞，使水通量下降。
4、胶体污染藻类、细菌和有机物都可能处于胶体尺寸，这些胶体状物质有可能吸附于膜表面引起污染。
胶体物质有不同的起源，它们产生的膜污染亦有很大差别。
来自非生物过程的胶体物质有淤泥和黏土等无机物，它们引起的水通量衰减往往源于滤饼层污染，它们一般不会热力学不可逆地吸附在膜表面；积聚在膜表面的这些类型的胶体很容易为水力清洗(如反冲洗和空气擦洗)所去除。
微生物新陈代谢产生的胶体物质往往**性吸附在膜表面从而引起不可逆的吸附性污染。
源于微生物过程的胶体污染被归类到微生物污染。
二、膜污染的影响因素及其防治1、膜污染的影响因素膜本身的特性如膜孔径及其分布、膜结构、膜的物理特性、膜-溶质-溶剂之间的相互作用；被处理的污水水质,特别是水中有机物的种类和浓度；操作条件如污泥泥龄、溶解氧浓度、膜面流速、温度等；膜组件的特征尺寸,高度、曝气系统布置等；其他因素如微生物种群之间的相互影响、膜本身对生物膜生长的影响、细菌胞外聚合物(EPS)的组成及浓度等。
水污染控制技术-膜分离
膜分离
二、电渗析
（一）电渗析原理
海水或咸水中的盐分，能够解离成阳离子和阴离子。因 此，在直流电场作用下，利用只接通过阳离子的阳离子 交换膜和另一种只能通过阴离子的阴离子交换膜，分别 选择性地除去水中的阳离子和阴离子，从而达到分离、 浓缩和谈比的目的。
（二）电渗析装置
（三）反渗透装置
膜分离
1．板框式反渗透装置
这种装置的优点是结构简单，体积比管式的小， 缺点是装卸复杂，单位体积膜表面积小。
2. 管式反渗透装置
这种装置的优点是水利条件好，适当调节水流状 态就能防止膜的污染和堵塞，能够处理含悬浮物的溶 液，安装、清洗、维修都比较方便。它的缺点是：膜 的有效面积小，装置体积大，而且两头需要较多的联 结装置。
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2. 制造食盐
日本采用电渗析法制造食盐，最近将过去的盐田法逐步改为电渗析法。这种方法首先要进行海水的前处理。先 将盐水过滤，调节pH值，制成适合于电渗析的海水。再将它浓缩成盐浓度为18-20％的浓缩液。海水的盐浓度为 3%，用电渗析法可浓缩至6—7倍。将这种浓缩液在真空蒸发罐中加热从而制成固体盐，用这种方法制成的盐相当 纯，据说用于食品加工中味道很好。由于太纯，还要适当加入微量的镁盐。
（五）应用实例
膜分离
1. 反渗透法与离子交换法组合处理电镀含镍废水
采用醋酸纤维素反渗透膜的管式反渗透器及丙烯酸型725强酸性阳离子交换树脂。这种树脂在pH值为4 左右时，对废水中的镍离子的交换可以达到全饱和，有较大的交换容量，适合于吸附电镀废水中的镍离子。 用反渗透法处理电镀废水时，铜、铬、锌等的分离率在95%以上。
污水的物理处理技术 ——膜分离
MBR中膜污染及其控制
1引言膜生物反应器是膜技术与生物反应器有机结合的产物，较早作为化工工业中一种高效的分离手段。
当它被引入环境工程领域用于污水处理时，其优良的水质、紧凑的结构及低污泥产量是传统工艺难以超越的。
通常提到的膜生物反应器，实际是三类反应器的总称，它们分别是膜-曝气生物反应器(Membrane Aeration Bioreactor)、萃取膜生物反应器(Extractive Membrane Bioreactor)和膜分离生物反应器(Biomass Separation Membrane Bioreactor)。
目前进行了大量富有成效的研究并已投入实际使用的只有膜分离生物反应器(Biomass Separation Membrane Bioreactor)，这里主要对该种膜生物反应器(Membrane Bioreactor)中膜污染控制的研究现状作简单评述。
尽管该类膜生物反应器的技术可行性早已被人们认可，但处理工艺的费用较高，在一定程度上限制了它的推广。
G.Owen指出，膜工艺的费用主要来自膜价格、膜更换频率和能耗需求。
随着制膜水平的提高，膜的价格已大大下降；膜的更换频率与膜的稳定运行有关，但膜污染问题大大影响了膜系统的稳定运行；能耗高的原因是多重的，其中之一是膜污染造成通量下降而迫使能耗加大以维持通量。
由此可见膜污染是影响MBR经济性和推广应用的主要原因。
2膜污染的形式在膜生物反应器中，膜处于由有机物、无机物及微生物等组成的复杂的混合液中，特别是生物细胞具有活性，有着比物理过程、化学反应更为复杂的生物化学反应。
因此膜污染是一个很复杂的过程，其机理目前尚不完全清楚。
此外，由于MBR多应用微滤膜和超滤膜，膜的污染问题较纳滤和反渗透膜更为严重。
从污染物的位置来划分，膜污染分为膜附着层污染和膜堵塞。
在附着层中，发现有悬浮物、胶体物质及微生物形成的滤饼层，溶解性有机物浓缩后粘附的凝胶层，溶解性无机物形成的水垢层，而特定反应器中膜面附着的污染物随试验条件和试验水质不同而不同。
修正版-膜污染及控制
• 膜污染与浓差极化的概念不同，但二者密切相关，常常同时发生， 在许多场合，浓差极化是导致膜污染的根源。 • 微滤、超滤、纳滤以及反渗透膜均能发生污染，除了具有膜污染 产生的共性原因，每种膜污染又有自身的特点。 • 超滤膜最易发生污染，下面以超滤膜为例阐述膜污染的原因以及 18 防治。
举例：超滤膜污染形成过程
4.胶体污染
9
全面的系统管理
絮凝剂 阻垢/分散剂 清洗剂/杀菌 膜再生 剂
膜性能测试
Jelcleer
过滤介质
脱氯还原剂
非氧化杀菌 剂
10
常见的污染物 - 1
微生物类
• 导致膜压差升高 • 减少膜进水侧隔网间隙并使得胶体物质 滞留 • 附着力强, 难以去除
11
常见的污染物 - 1
产生的原因
• 进水中生物活性 高 • 前处理不充分 • 系统间断操作 • 清洗的不彻底
第一阶段：纯水初始通量降低 由细菌结 和微量胶体堵塞孔造成的。 第二阶段：超滤的初始通量下降 原则上， 这种通量下降是可逆的，其成因是因为浓 差极化层的形成。这种污染可通过降低料 液浓度或改善膜面附近料液侧的流体力学 条件来减轻或改善浓差极化现象，使膜的 分离特性得到部分恢复。需注意的是，在 初始阶段，孔堵塞也能引起膜污染。 第三阶段：超滤的长期通量降低 这是指超滤膜运行一定时间(几小时．几天．几周) 后的长期通量降低。它与孔的堵塞与阻塞．膜表面的浓差极化现象，凝胶层形成及 其固化等因素有关。可用相关的数学公式定量加以描述。
20
浓差极化现象 The phenomenon of concentration polarization
在膜分离过程中，由于膜的选择透
D
c x
Cw
悬浮床光催化——膜分离反应器中膜污染的控制
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膜污染与膜清洗
膜污染与膜清洗膜的污染与性能劣化膜经过一定时间运行后，膜的性能下降情况大体上可按下表进行划分：膜性能下降表膜性能的变化情况结垢劣化附着层孔目堵塞滤饼：悬浊物凝胶层：溶解性高分子垢层：难溶物质吸附层：溶解性高分子立体的悬浊物：溶解性高分子吸附：溶解性高分子析出：难溶性物质化学性劣化：水解、氧化物理性劣化：被压缩、膜干燥、被划伤生物性劣化：代谢产物膜污染尽管膜分离技术具有优于其它传统分离技术的显著特点与优点，但是依然有其局限性。
膜的使用者在膜芯使用过程中总是可以看到膜的通量在不断的下降，过滤出来的料液性质也有所改变，原因很简单，膜被污染了，通量自然不如以前。
膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理、化学作用或机械作用而引起的在膜面或膜孔内吸附、沉积或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。
必须首先认识到在工业膜应用中，必须认识到膜污染是不可避免的，而且是伴随着膜的应用而出现，是不可避免的现象。
只能采取各种手段降低膜污染的程度，并通过清洗使膜性能恢复。
需要特别指明和区分的一个现象：膜性能劣化与下降对于结垢来说，膜本身的结构没有发生变化，通过适当的清洗处理就可以使膜的性能全部或部分恢复。
而劣化是膜自身发生了变化，属于非可逆性性能下降。
另外，膜内外表面产生的污垢称为附着层，而膜孔内部产生的垢层称为孔目堵塞。
膜劣化的原因有如下几种情况：1、处理的料液物理化学性质超过膜材质许可的范围：料液酸碱度过高、料液中含有对膜有破坏作用的有机物或氧化物、料液中含有较大颗粒的硬物对膜造成刮伤。
2、由于操作压力过大使膜结构被压密或膜没有保持湿润干燥而产生的物理性劣化；3、使用不适当的膜清洗剂或杀菌剂而使膜发生化学性劣化；4、膜材料被微生物侵蚀而发生生物性劣化等等。
区分两者的重要意义膜污染和膜性能下降都会表现在通量和截留性能上的改变，但是往往很多人混为一谈。
有必要分清楚这两个概念，因为膜劣化造成的性能下降是不可逆的，只能通过换膜来解决，膜污染可以通过膜清洗来恢复的。
膜分离工程-第十章-膜污染要点
层面积． • Tansel在此基础上提出了一种超滤系统通量下降模型， • (Rm+Rc) t=t／(Rm+Rc)t=0=1-α+αe1/γ • 式中，γ为污染时间常数；α表征膜污染的程度．此数学模型
1.水温5-40℃ 2.好氧量<3mg/L 3.游离氯<0.2mg/L 4.铁<0.3mg/L
5.锰<0.1mg/L 6.浊度<0.3mg/L 7.淤泥密度指数<3-5mg/L
醋酸纤维RO膜对进水水质的要求
⑴原料液预处理(SDI的测定)
判断反渗透和纳滤进水胶体和颗粒污
染程度的最好技术是测量进水淤积指 数(Silt density index, SDI值)，有时也 称为污染指数(FI值)。它是设计 RO/NF预处理系统之前应该进行测定 的重要指标，同时在RO日常操作时也 需定时地检测。
上沉积引起的膜通量下降，则一种标准阻塞模型被建立： • (Rm+Rc) t=t／(Rm+Rc)t=0=（1+Bt）2， • B=KsJv0 • 式中，Ks指每单位流体横截面面积的下降．此表达式表示系
统阻力的依时性．
膜污染的数学模型
• 而若假设所有粒子到达膜面时不会直接阻塞膜面积，而是附 着在其它已阻塞膜孔粒子上，另一种凝胶化模型则表示为：
ห้องสมุดไป่ตู้
防止膜污染的方法
膜应用过程中产生膜的污染是很难避免的，但 是通过对不同的膜污染情况采取相应的措施来 减小膜的污染程度是可行的。
膜污染简介及解决方案
• 2.上面讲到TMP对膜污染的影响很大，因此，针对不同 的MBR 运行状况，测量出临界膜通量或临界TMP，保 持系统在临界值以下运行是减缓膜污染、提高膜通量的 有效方法。需要注意的是，临界膜通量或临界TMP 通 常都由短期实验测得，而MBR 在长期运行时会发生短 期实验中并不明显的轻度膜污染的积累，因此系统即使 在临界值以下运行，最终也会出现TMP 骤增或膜通量 骤减的情况。此外，MBR 运行的起始膜通量或起始 TMP 也对膜污染有一定的影响，尽量选择低的起始膜 通量或起始TMP有利于膜污染的减轻。在MBR 的运行 中，膜面附近的错流能够在一定程度上减弱微粒子向膜 面沉积的趋势，减缓膜污染的发生。对于浸没式膜生物 反应器( SMBR) ，膜面附近流体的紊乱程度由曝气量 决定，而对于错流式膜生物反应器( CMBR) ，膜面附 近的水力状态由错流速率( CFV) 决定。在一定范围内， 使用较大的曝气量或CFV能有效改善膜污染。
三：膜污染的控制
• 1.膜材质、孔径、粗糙度、亲/疏水性、表面电荷等都 在一定程度上影响膜污染的速率。通常认为无机膜如 陶瓷膜、金属膜等比有机膜具有更强的抗污染能力，， 因此研制低成本的无机膜是膜元件的一个重要发展方 向。。对有机膜而言，除选用抗污染能力较高的材料 如聚偏氟乙烯( PVDF) 制造膜原件外，对现有膜原件 进行表面改性从而改变膜面性质也是获得高抗污染能 力膜元件的一个有效途径。 • 对膜构造，对膜组件结构进行优化设计有利于增强流 体与膜面的相互作用，强化流体对膜污染的去除效果。 目前对中空纤维膜组件结构的优化设计研究较多，包 括膜组件的放置方向、填充度、张紧度及直径等，通 常膜丝垂直放置、填充度较小、张紧度较低及纤维丝 直径较细时膜污染较轻。
一：膜生物反应器
• 膜技术和处理污水的生物反应器结合起来已经 形成了三种类型的莫生物反应器（MBRS）。 分别为分离膜生物反应器，膜曝气生物反应器， 萃取膜生物反应器。 • 主要讲下膜分离生物反应器的优点：占地面积 小，对水中固体去除彻底，出水无需消毒，高 负荷率，低/零污泥的产率。 • 不可避免的膜生物反应器也会存在着一些缺点： 例如膜的价格高昂，接下来我想着重讲述一下 目前存在的膜污染问题。
膜系统常见污染问题及控制
膜系统常见污染问题及控制膜系统常见的污染问题主要包括背渗、膜污染、浓缩回收导致溶质结晶、沉淀等。
针对这些问题，可以采取一系列控制措施来保证膜系统的正常运行。
首先，背渗问题是指膜系统运行过程中，溶质从高浓度侧通过膜散失到低浓度侧。
这种背渗现象主要是由于膜的不完全选择性导致的，解决背渗问题的方法包括加强膜的选择性、调整膜系统操作参数等。
其次，膜污染是指膜表面或孔道被吸附、吸附和结垢等导致的膜通量下降。
膜污染的常见原因包括微生物污染、有机胶体物质和胶体颗粒污染等。
为了解决膜污染问题，可以采用物理清洗、化学清洗、生物清洗等方法进行膜的恢复。
此外，由于膜系统在水处理过程中会导致浓缩回收，浓缩溶液中的溶质可能会发生结晶、沉淀现象，这也是常见的污染问题之一。
对于溶质结晶问题，可以通过调节膜系统操作参数来降低浓缩倍数，减少结晶的发生。
对于膜系统的控制，需要从设计、操作和管理等多个方面来考虑。
在设计方面，需要选择合适的膜材料和膜结构，以满足不同处理工艺要求，并考虑膜系统的抗污染能力。
在操作方面，需要根据处理水质的特点和要求来调整膜系统的操作参数，如进水流量、进水压力、回收比、清洗周期等，以保证膜系统的正常运行，并及时监测膜系统的运行状态，发现问题及时处理。
在管理方面，需要建立完善的膜系统运行管理体系，包括膜设备的维护保养、定期清洗和更换膜元件等；培训操作人员，提高其对膜系统运行的理解和能力；建立监测系统，通过监测膜通量、压差、水质等参数，及时发现问题并采取措施解决。
此外，为了提高膜系统的抗污染能力，还可以采取预处理手段，如混凝、沉淀、过滤等，来去除水中的悬浮物、胶体物质和有机物等；采用化学预处理手段，如酸碱调节、消毒、添加阻垢剂等，以减少膜的污染和结垢。
综上所述，膜系统常见的污染问题包括背渗、膜污染和溶质结晶等，可以通过加强膜的选择性、调整操作参数、物理、化学和生物清洗等方法来解决。
在设计、操作和管理方面采取相应措施，预处理手段也可以提高膜系统的抗污染能力。
环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答6膜分离
环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答6膜分离第六章膜分离技术1、什么是膜分离过程，有哪些膜分离过程，各有什么特点，各分离过程分离离子的范围？答：若在流体内部或两流体间有一薄层凝聚相物质把流体分隔为两部分，则这一薄层物质称为膜，膜可以是固态、液态或气态。
膜分离是利用膜材料具有选择性渗透作用而使气体或液体混合物得到分离的一种方法。
膜分离技术具有以下优点：(1)能获得高纯度组分；(2)操作过程的能耗较低；(3)分离操作通常在常温或低温下操作，对热敏物料的分离尤其适宜。
2、说明膜分离过程的推动力及分离原理。
答：物质能选择性地透过膜的推动力有两种：一种是由外界提供能量，使物质能由低位向高位移动；另一种是因膜的存在造成被分离系统具有化学位差的作用下由高位向低位移动。
3、不同的膜分离过程适用于哪些场合？答：依据膜孔径的不同，分离的粒子颗粒直径也有差异。
4、膜组件有哪些形式，各有什么特点？答：(1)板框式膜组件板框式膜组件优点：组装方便，膜的清洗更换比较容易，料液流通截面较大，不易堵塞，可视生产需要组装膜组件。
缺点：密封边界长，板框和密封件的加工精度高；每块板上料液的流程短，通过板面的透过液量较少，(2)卷式膜组件与板框式膜组件相比，卷式膜组件优点是：膜组件比较紧凑；单位体积内的膜面积大；制作相对简单。
其缺点是：清洗不方便，膜损坏时，不易更换；卷式膜组件所用的膜必须是可焊接或可粘贴的膜。
(3)管式膜组件优点：结构简单；安装、操作方便；流体流动状态好,不易被堵塞。
缺点：单位体积膜组件的膜面积少，一般仅为30~330m2/m3，除特殊场合外，一般不被使用。
(4)中空纤维膜组件优点：设备紧凑，组件单位体积内的有效膜面积高达16000～3000m2/m3缺点：中空纤维内径小阻力大，易堵塞，所以料液走纤维管间，透过液走纤维管内。
透过液侧流体能量损失大，压降可达数个大气压，膜污染难除去。
5、简要说明反渗透的原理，反渗透的操作压力与膜的类型有关吗？答：当纯水与盐水用一张能透过水的半透膜隔开时，纯水能透过膜向盐水一侧渗透，直到盐水一侧水位升高到一定高度为止，渗透过程达到动态平衡，这种现象称之为渗透现象。
膜污染
①酸碱液清洗法 酸类清洗剂可以溶解并去除无机矿物质和盐类，溶出 结合在凝胶层和水垢层中的铜、镁等无机金属离子， 将残存的凝胶层和水垢层从膜表面彻底清洗以恢复其 通透能力。常用的酸有盐酸、硫酸、柠檬酸、氨基磺 酸等。配制酸溶液的pH 值因膜材料而定，对不同类型 的膜，应在合适的PH 值条件下进行清洗。碱性清洗液 可以有效去除蛋白质污染，破坏凝胶层，使其从膜表 面剥离下来。如对于大分子物质等在膜表面形成的凝 胶层，水反冲洗效果甚微，可用酸或碱液浸泡清洗。 常用的碱有磷酸盐、碳酸盐和氢氧化物等。碱性条件 下有机物、二氧化硅和生物污染物易被清除。
主要污染成分
有机类：蛋白质、脂肪类、多肽、多糖 等大分子。 无机类：碳酸钙、硫酸盐、硅酸盐的结 垢物质。 生物类：微生物粘附于膜表面形成菌群 的分泌物粘附其他有机物形成的菌膜。
膜污染过程
一体式膜-生物反应器装臵模拟
运行阶段
试验共运行了400 d, 按试验条件的不同整个试验过程 分为A 阶段( 初始运行阶段) 、B 阶段( 高污泥浓度 运行阶段) 、C 阶段( 膜过滤性能恢复阶段) 、D阶段 ( 低污泥浓度运行阶段) 和E 阶段( 高通量运行阶段) 5 个阶段。各运行阶段膜生物反应器的操作条件如表 所示。
②表面活性剂 不同的膜采用的表面活性剂不同。例如对于处理过 油田含油污水的超滤膜，采用新配制的SDS、异戊醇溶 液为清洗剂，分别用负压清洗槽和反压清洗槽同时清 洗的方法，恢复效果很好。对于反渗透膜，可用阴离 子型或非离子型表面活性剂清洗，禁用阳离子型表面 活性剂清洗。
5、操作压力及预处理情况
Kyn-Jin Kim的研究表明低压力时蛋白质在膜面沉淀比 在高压时难清洗, 这可能是在不同压力下形成沉积吸 附层时的机理不同, 低压时为多点吸附, 形成致密的 污染层。为便于后序膜过滤操作, 延长膜组件单次运 行时间, 减少清洗, 在料液过膜之前, 对其进行预处 理是十分重要的。
分离膜材料的污染与清洗
２ ２ 主 要 污染 成 分 ．
无 机 类 及 微 生 物 等 。 有 机 类 主 要 包 括 蛋 白质 、 肪 娄 、 肽 、 脂 多 多 糖 等 大 分 子 膜 分离 技 术 在 生 物 工业 中应 用 的 主要 障碍 就 是 萤 白质 的 污 染 ， 关 超 滤 中 蛋 白质 污 染 的 报 道 也 较 多 微 生 物 污 有 染 是 由 于 细 菌粘 附 于膜 表 面 形 成 菌 群 ， 些 苗 群 的 分 泌 物 有 利 这 于其 它有 机物 的粘 附 而 形 成 菌 膜 ， ］ 苗膜 是 微 生 物 污 染 中 最 严 重 的 一类 ， 的 危 害 程 度 远 较 单 个 细 菌 的大 且 难 以清 除 。膜 的 它 无机 污染 主要 是 碳 酸 钙 及 钙 、 等硫 酸盐 、 酸 盐 的结 垢 物 质 的 钡 硅 污染 ． 水垢 层 ， 中 碳 酸 钙 、 酸 钙 最 为 常 见 － 即 其 硫 膜 污 染 是 一 个 复 杂 的 过 程 ， 污 染 层 的 特 性 与 流体 中 各 污 膜 物 问 的物 理 因 素 、 学 禹 素 、 生物 固 素 三 者 的 相互 作用 是 密 切 化 微
简述膜分离的优缺点
膜分离是一种常用的分离技术，通过薄膜作为分离层，根据物质在膜上的渗透性或选择性来实现物质的分离。
以下是膜分离的一些优点和缺点：
优点：
能够实现连续操作：膜分离可以进行连续操作，不需要像传统分离方法那样进行间断操作，提高了生产效率。
节约能源：与传统分离方法相比，膜分离通常需要较低的能量输入，能够实现能源的节约。
较小的设备占地面积：膜分离装置相对于其他分离方法来说通常占地面积较小，因此适用于空间有限的场所。
可选择性强：通过选择不同类型的膜材料和膜孔径大小，可以实现对不同粒径、分子大小或特定成分的分离，具有较高的选择性。
可逆性操作：膜分离过程通常是可逆的，可以实现物质的浓缩或纯化，并能够在需要时逆向操作。
缺点：
膜污染问题：膜分离过程中容易受到物质的污染，导致膜的阻塞或降低分离效果，需要定期进行清洗或更换。
初投资较高：与传统分离方法相比，膜分离的设备和膜材料成本较高，初投资相对较高。
维护困难：膜分离过程中需要定期维护和保养，包括清洗、消毒等，操作相对复杂。
膜寿命有限：膜分离的寿命通常受到物质的侵蚀和损伤，使用寿命有一定限制，需要定期更换。
污水处理中的膜分离技术
污水处理中的膜分离技术膜分离技术在污水处理中发挥了重要作用。
下面将详细介绍膜分离技术的原理和应用，以及它在污水处理中的优势和挑战。
一、膜分离技术的原理1. 渗透和分离：膜分离技术利用特殊的膜材料，通过渗透和分离的原理将溶质和溶剂有效地分离开来。
膜的选择和设计取决于溶质的性质和所需的分离效果。
2. 气氛化：膜分离技术可以改变环境中的气态组分的分压，通过气氛化的过程将气体从溶液中分离出来。
这种技术常用于气体分离和气体净化。
3. 蒸发：膜分离技术可以利用膜的渗透性，将溶液中的溶质分子从低浓度的溶液中蒸发掉。
蒸发膜分离技术常用于淡化海水、污水浓缩等领域。
二、膜分离技术的应用1. 污水处理：膜分离技术在污水处理领域中被广泛应用。
通过膜分离技术，可以将废水中的有害物质分离出来，使水质得到净化。
同时，膜分离技术还可以实现废水的回用，减少对自然水资源的过度开采。
2. 浓缩和提纯：膜分离技术可以对溶液进行浓缩和提纯。
比如，在制药工业中，通过逆渗透膜可以从溶液中去除杂质，得到纯净的药品。
3. 脱盐和淡化：膜分离技术被广泛应用于海水淡化和脱盐领域。
通过逆渗透膜或电渗析膜可以将海水中的盐分去除，得到淡水。
这对于缺水的地区来说具有重要意义。
三、膜分离技术在污水处理中的优势1. 高效：膜分离技术具有高效的分离效果，能够有效地将废水中的有害物质分离出来。
与传统的污水处理方法相比，膜分离技术更加快速、高效。
2. 省能：膜分离技术需要的能量比传统的污水处理方法更少。
特别是在逆渗透膜分离中，能够实现能源回收，降低能源消耗。
3. 占地面积小：膜分离技术可以将废水处理设备的体积大大减小，占地面积较小。
这对于城市的污水处理厂来说尤为重要，可以节省土地资源。
四、膜分离技术在污水处理中的挑战1. 膜污染：膜分离技术在运行过程中容易出现膜污染问题，导致膜通量下降和分离效果变差。
需要采取相应的膜清洗和维护措施，增加运行成本。
2. 能耗问题：虽然膜分离技术相对于传统的污水处理方法来说更加节能，但仍然需要消耗一定的能源。
反渗透膜分离技术中的膜污染及控制
较好 。
（）加酸去除水体中的ｃ ｌ 与 ＨＡ － ３ ０ Ｃｈ ，以
阻止 Ｃ Ｃ ３ ａＯ 沉淀的形成 。
［ 作者简介】程艳 辉（９１ ， ， １７ 一）女 河北迁安人 ， 助理工程帅 。 Leabharlann 维普资讯 第２ 期
程艳辉等 ： 反渗透膜分离技术中的膜污染及控制
・ ５・ ｌ
（）采用传统的离子交换软化法脱除水体中 ４ 的 Ｓ 、Ｂ 、Ｓ、Ｃ 、Ｍｇ等，但该法用于大水 量 ｒ ａ ｉ ａ 的处 理不 经济 。
２ ２ 铁 化 合 物 沉 积 ．
复杂。反渗透膜 的有机物污染是指溶解 于水体 中 的有机物污染 。溶解于水体中的有机物被吸附在 反渗透膜表面而形成有机物薄膜层 ，同时由于大 多数有机物带电荷，因而能较牢 固地吸 附在膜的 表面。有机物污染是 目前让反渗透行业最头痛也 最难于解决的问题 ，它不仅会导致反渗透膜性能 快速衰退，使 反渗透膜 的脱盐 率、产水率快 速、 大幅降低 ，而且被有机物污染后的膜很难清洗干 净 ，几乎不可逆。
１ １ 形成 原 因 ．
２ １ １ 形成 原 因 ．．
当难溶盐在反渗透系统 内被不断浓缩 ，其组 分离子浓度幂的乘积超过其溶度积时 ，就会在反 渗透膜表面上不断沉淀而结垢 。当水源为苦咸水 时 ，Ｃ Ｓ ４ ａ Ｏ 、Ｓ ２ ａＯ 、Ｃ Ｃ ３ ｉ 是产生垢类的主要难 ０ 溶盐 。在一些特殊地区 ，也有 Ｂ Ｓ ４ ｒＯ 产 ａＯ 、ＳＳ ４ 生。因此，在对水源进行水 质分析时 ，Ｃ 、Ｓ、 ａ ｒ
［ 收稿 日期］２０ 。 —Ｏ ０ ５ ９３ ０
Ｂ 、ｓ含量的测定十分必要。 ａ ｉ
２ １２ 控制方法 ．．
（）对 于 Ｃ 、ｓ 、Ｂ 、ｓ 含量 高 的水 ，可 １ ａ ｒ ａ ｉ 降低反渗透系统的回收率 ，以避免浓水中该类盐 的离子浓度幂的乘积超过其溶度积而生成沉淀。 （）加阻垢剂。现市场上所供反渗透专用阻 ２
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• Jv(t)= △p／σΔλ(Rm+Rc)
(2)
膜污染的数学模型
• 通常许多膜污染的数学模型都是在对特定污染机理的假设上 建立起来的．例如，假设粒子到达膜面时是吸附在已到达膜 面的粒子上，可以得出一种间接阻塞模型：
• (Rm+Rc) t=t／(Rm+Rc)t=0=1+At ， • A=KiJv0 • 式中，Ki是单位流体下被阻塞的膜面积． • 假设膜只包含等直径圆柱体孔，且每个微粒都是由于在膜壁
膜污染 membrane fouling
一、膜污染的基本概念 二、膜污染的数学模型 三、减轻膜污染的方法 四、一些膜系统的膜污染特点及控制
膜污染
• 膜分离技术应用中突出 的问题就是膜污染；
• 影响： • 膜污染会导致膜产水量
随运行时间的延长而下 降; • 导致操作过程中必须付 出大量的能耗来维持产 水量水平并循环原料液 ; • 造成其应用的经济性大 幅度下降。
• ①进料液的预处理：预过滤、pH及金属离子控制； • ②选择合适的膜材料：减轻膜的吸附； • ③改善操作条件：加大流速。
⑴原料液预处理
预处理是指在原料液过滤前向其中加入一种 或几种物质，使原料液的性质或溶质的特性 发生变化，如进行预絮凝、预过滤或改变溶 液pH值的方法，以脱除一些与膜相互作用的 物质，从而提高过滤通量。
适用于低污染趋势，如对饮用水的处理，也适用于加速污染 趋势，如在实验室中对膜污染的观察.
三 减轻膜污染的方法
• 料液的预处理 • 改变操作条件 • 改善膜的性质 • 化学清洗
防止膜污染的方法
• 可以通过控制膜污染影响因素，减少膜污染的危害， 延长膜的有效操作时间，减少清洗频率，提高生产 能力和效率，因此在用微滤，超滤分离，浓缩细胞， 菌体或大分子产物时，必须注意以下几点:
膜污染的数学模型
• 膜的污染趋势很大程度上依赖于所过滤料液的性质．对处理 一些饮用水(污染物比较少)来说，污染可能依据线性模型；
而对那些污染物浓度较高的溶液，通量则很可能依据指数模 型变化．Darcy定律是一种被广泛接受的膜污染描述公式：
• Jv(t)=1／A ·dV ／ dt=△p／η0(Rm+Rc)
(1)
• 式有液中效粘，膜度面；Jv是积Rm渗；是透△膜通p阻是量力在(；即凝R体胶c为积层凝流和胶量膜层)上；阻总V力为的．过压滤力的降总；体η0是积悬；浮A为
• 然而一旦溶质透过膜，渗透压就会产生．净压差可表示为
△P=△p—σΔλ其中，σ表示选择透过度；Δλ表示膜间渗透压
差．则(1)式可改写为：
• 与膜污染相关的有机物特征包括它们对膜的亲和 性，分子量，功能团和构型。一般来讲膜的亲水 性越强有机物不宜吸附。而疏水作用可增加其在 膜上的积累，导致严重的吸附污染。
膜的污染种类
3 生物污染
• 是指微生物在膜内积累，从而影响系统性能的现象。 • 膜组件内部潮湿阴暗，是一个微生物生长的理想环境， • 微生物粘附和生长形成生物膜。老化生物膜主要分解成蛋白
上沉积引起的膜通量下降，则一种标准阻塞模型被建立： • (Rm+Rc) t=t／(Rm+Rc)t=0=（1+Bt）2， • B=KsJv0 • 式中，Ks指每单位流体横截面面积的下降．此表达式表示系
统阻力的依时性．
膜污染的数学模型
• 而若假设所有粒子到达膜面时不会直接阻塞膜面积，而是附 着在其它已阻塞膜孔粒子上，另一种凝胶化模型则表示为：
膜的污染种类
• 膜的污染大体可分为沉淀污染、吸附污染、 生物污染
1 沉淀污染
• 沉淀污染对RO和NF的影响尤为显著。当过滤液中 盐的浓度超过了其溶解度，就会在膜上形成沉淀 或结垢。
• 普遍受人们关注的污染物是钙、镁、铁和其它金 属的沉淀物，如氢氧化物、碳酸盐和硫酸盐等。
膜的污染种类
2 吸附污染
• 有机物在膜表面的吸附通常是影响膜性能的主要 因素。随时间的延长，污染物在膜孔内的吸附或 累积会导致孔径减少和膜阻增大，这是难以恢复 的。
质、核酸、多糖酯等，强烈吸附在膜面上引起膜表面改性。
• 微生物生物膜，可直接(通过酶作用)或间接(通过局部pH或 还原电势作用)降解膜材料，破坏膜结构完整性，造成膜寿 命缩短。
• 细菌对不同聚合物粘附速率大不相同。如聚酰胺膜比醋酸纤 维素膜更易受细菌污染。所以，生物亲和性被降低和易清洗 的聚合物为材质的分离膜，会阻碍生物膜的生长。
膜的污染(fouling)
• 膜污染定义： • 是指处理物料中的微粒，胶体或溶质大分子与膜存在物理
化学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，使膜产生透过流量与分离特性 的不可逆变化现象。 • 膜污染的表现： • 一是膜通量下降； • 二是通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大； • 三是膜对生物分子的截留性能改变。 • 膜污染与浓差极化在概念上不同，浓差极化加重了污染， 但浓差极化是可逆的，即变更操作条件可使之消除，而污 染是不可逆的，必须通过清洗的办法，才能消除。
pH值调节
预絮凝 （混凝）
投加活性炭
臭氧预处理
调节料液的pH
提高滤饼
活性炭作为
值降低进料液对膜 层的空隙率； 膜进料液的预处
材料的侵蚀，增加 改变料液中悬 理，能有效吸附
钙盐和SiO2的溶解 浮颗粒胶体的 各类污染物，改
度，控制膜面沉淀， 尺寸分布； 善滤饼层结构，
一定程度上减缓膜
改变颗粒 维持膜通量。
污染；
物表面的电性， 活性炭能明
可使蛋白质﹑ 降低悬浮颗粒 显降低水中的
酶﹑微生物等组分 在膜表面的电 TOC、味嗅
远离其等电点，减 性吸附，因此 （T&O）和除草
缓膜面凝胶层的形 滤饼层不会紧 剂、杀虫剂等的
成；密附着在膜表 水平，并能 Nhomakorabea补还可改变聚电 面。
UF和MF不能去
解质的构型和分散 性，降低颗粒物在 膜表面的沉积。
• (Rm+Rc) t=t／(Rm+Rc)t=0=（1+Ct）1/2 ， • C=2(Rc／R0) KcJv0 • 式中，R0是膜未被污染时的膜阻力；Kc是单位流体下的凝胶
层面积． • Tansel在此基础上提出了一种超滤系统通量下降模型， • (Rm+Rc) t=t／(Rm+Rc)t=0=1-α+αe1/γ • 式中，γ为污染时间常数；α表征膜污染的程度．此数学模型