膜分离工程膜污染要点

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。
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，并能弥补
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。
• 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。
• 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
• 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
(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：
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。
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：
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。
• (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
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。
源自文库
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)