超濾膜污染控制研究進展

崔 程

（科盛環(huán)保科技股份有限公司，江蘇南京 211500）

超濾膜污染控制研究進展

崔 程

（科盛環(huán)保科技股份有限公司，江蘇南京 211500）

膜分離技術(shù)被認為是21世紀(jì)最有前途、最具發(fā)展前景的高新技術(shù)之一，它在工業(yè)技術(shù)改造中起著戰(zhàn)略性作用。然而，膜污染問題始終是限制其應(yīng)用的瓶頸，減少乃至消除膜污染將大大拓寬其使用范圍。因此，近年來，超濾膜污染的預(yù)防及控制措施研究依然是人們關(guān)注和研究的熱點問題。

超濾；膜污染；控制技術(shù)；進展

在超濾膜的應(yīng)用中，膜的污染問題一直是工程應(yīng)用中需要考慮的重要因素之一。因此，在膜科學(xué)技術(shù)研究之中對超濾膜污染的控制研究仍將是超濾膜研究中的重要課題之一。

1 超濾膜污染的形成機理

充分認識超濾膜的污染特征（生物有機物、無機物）和污染機理（沉積、毛孔堵塞、凝膠、吸附或者濾餅層的形成）是超濾膜清洗成功的關(guān)鍵。造成超濾膜污染的因素有很多，而污染物的類型直接決定了污染的性質(zhì)和機理。造成超濾膜污染的物質(zhì)包括：顆粒物、天然有機物以及一些無機元素等，其中天然有機物在膜污染的形成中占主要作用；過濾流速越大，錯流流速越小，鹽度和膠體濃度越高超濾膜污染也越嚴(yán)重。研究表明，膜孔堵塞和泥餅層是造成膜污染的主要原因，水體中腐殖酸類物質(zhì)、藻類以及微生物分泌的有機物等物質(zhì)是造成超濾膜不可逆污染的主要物質(zhì)，這些有機物能在膜表面形成一層密實厚的濾餅層，并堵塞膜孔，造成膜通量的下降或者跨膜壓差升高［1］。

隨著污染的形成，超濾膜的運行性能將進一步惡化，出水產(chǎn)能大大降低，出水質(zhì)量大打折扣，運行成本也將隨之升高。超濾膜的有機污染原因一般從有機物的親疏水性和分子量大小方面來考慮。其中，水力反沖洗可以有效去除疏水性有機物和極性親水性有機物。然而通量需經(jīng)過化學(xué)清洗出中性親水性有機物之后才得以恢復(fù)，表明中性親水性成分是導(dǎo)致超濾膜不可逆污染的主要成因之一。大分子量有機物更易被截留在膜表面，形成濾餅層，造成膜污染，使膜通量下降。超濾膜對小分子量非UV254類物質(zhì)具有去除作用，并在對化學(xué)藥劑清洗液的分析中發(fā)現(xiàn)，被膜去除的有機物多為非極性和弱極性的有機物，小分子有機物吸附在膜孔內(nèi)，進而形成膜的不可逆污染［2］。由此可見，水中有機物特性對超濾膜污染影響程度相差很大，這可能由超濾膜材質(zhì)以及試驗用水組分不同造成的，因此需要進一步研究。另外一些無機物也會造成超濾膜的污染：水源水中成分復(fù)雜，同時有機物與無機物（懸浮顆粒、Ca/Mn 等金屬離子以及其氧化物）之間的相互作用也能促進膜污染，膜表面及其膜孔使膜造成污染，特別是高價態(tài)金屬物質(zhì)能與水中有機物形成螯合作用，造成更為嚴(yán)重的膜污染。

2 超濾膜的污染控制

針對超濾膜污染控制技術(shù)，人們做了大量研究。目前膜污染的控制方法主要包括：運行工況的控制、物理反洗、維護性清洗、化學(xué)清洗、預(yù)處理等。

2.1 超濾膜運行工況的控制

李圭白等在超濾膜零污染通量的研究中證實了膜零污染通量的存在，通過控制超濾膜的過濾通量并進行連續(xù)或者間歇曝氣，可使膜的跨膜壓差不增大。通過控制超濾過程中的曝氣強度與時間，或者增加相應(yīng)預(yù)處理，可使超濾膜的零污染通量有所提高。但由于該方法限制了超濾膜的過濾通量，未能使超濾膜產(chǎn)水性能得到充分應(yīng)用，同時為保證產(chǎn)水量將不得不增加膜面積和膜池容積等，進而增加工程費用，因此在目前飲用水工程還很少應(yīng)用。

2.2 膜的清洗

膜的清洗包括：物理反洗、維護性清洗和化學(xué)清洗。物理清洗主要通過水正沖洗、水反沖洗以及輔助曝氣來清理膜表面和膜孔內(nèi)污染物質(zhì)，使得超濾膜通量以及運行壓力得到恢復(fù)的運行方式。在超濾膜的物理反沖洗方面已經(jīng)有大量的試驗研究，通過試驗以及建立模型選擇合理的控制反洗水強度、曝氣強度、清洗時間及其操作方式可以使超濾膜污染在一定程度上得到恢復(fù)，但并不能使超濾膜性能得到完全恢復(fù)。維護性清洗和化學(xué)清洗實際上是利用化學(xué)藥劑與膜沉積物沉淀物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)從而使污染物去除。應(yīng)根據(jù)膜的性質(zhì)和處理液的性質(zhì)來定［3］。一般這些化學(xué)試劑有：鹽酸或檸檬酸、氫氧化鈉、氧化劑以及螯合劑等。維護性清洗和化學(xué)清洗能夠使污染的膜達到很好的恢復(fù)效果，因此化學(xué)清洗藥劑的研究應(yīng)用也是超濾膜污染控制領(lǐng)域研究者們比較關(guān)心的部分；但因化學(xué)清洗藥劑一般在高濃度下使用，而高濃度藥劑浸泡對超濾膜的使用壽命會導(dǎo)致不利影響；此外由于膜化學(xué)清洗的廢液濃度較高不易處理，排放后會對環(huán)境造成不利影響。因此化學(xué)清洗不是一種理想的膜清洗方式。

2.3 膜進水預(yù)處理

超濾工藝一般與混凝等工藝聯(lián)用，以降低超濾膜的負荷，減緩膜污染的速度，進而提高產(chǎn)水能力。通過預(yù)處理工藝對超濾膜的污染控制研究主要包括：預(yù)氧化、炭砂濾池、MIEX、強化絮凝、活性炭等預(yù)處理技術(shù)以及多種方式聯(lián)用技術(shù)可進一步去除水體中剩余的有機物，減輕致超濾膜污染的污染物含量，降低進入膜表面的污染負荷，從而改善超濾膜系統(tǒng)的運行狀況。從這些研究中可以得出針對高藻水的處理，預(yù)氧化+混凝+處理其他工藝等協(xié)同聯(lián)合使用對藻類引起超濾膜污染的控制具有明顯效果，另外一些氧化劑如高錳酸鹽與氯聯(lián)合使超濾對藻類的協(xié)同處理過程中處理效果更加顯著。

［1］ 趙從玨，譚浩強，衣雪松.超濾膜污染的成因及防控研究進展［J］中國資源綜合利用，2011，（7）.

［2］ 朱東旭，李江，耿曉保.化工生產(chǎn)中水處理系統(tǒng)的技術(shù)探討［J］河南化工，2013，（5）.

［3］ 趙林峰.電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)綜合化控制發(fā)展趨勢［J］.中國電力，2001，（8）.

Research Progress of Ultrafiltration Membrane Fouling

Cui Cheng

Membrane separation technology is regarded as one of the most promising and promising high-tech in the 21st century.It plays a strategic role in the industrial technological transformation.However，the membrane fouling problem is always the bottleneck of its application，and reducing or even eliminating the fouling will greatly expand its scope of application.Therefore，in recent years，the prevention and control of ultrafi ltration membrane pollution research is still a hot topic of concern and research.

ultrafi ltration；membrane fouling；control technology

TU991.2

A

1003-6490（2016）07-0145-01

2016-07-11

崔程（1987—），男，江蘇東臺人，助理工程師，主要研究方向為環(huán)境工程（超濾、反滲透、EDI等膜法水處理、零排放）。