超濾膜清洗技術(shù)的研究進(jìn)展

賈凡

摘 要：超濾（UF）是在驅(qū)動(dòng)力下，利用膜的透過特性，截留、分離水中顆粒物質(zhì)，從而凈化原水。超濾及其組合工藝已成為水處理中的一項(xiàng)新技術(shù)，而膜污染是制約超濾技術(shù)發(fā)展的主要原因。有效的膜清洗是減緩或消除膜污染的重要手段。結(jié)合UF膜污染的成因，探究了UF膜清洗技術(shù)的若干問題。

關(guān)鍵詞：膜污染；UF膜清洗；物理清洗；化學(xué)清洗

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.012

UF是篩孔分離的過程，常被用來分離液相物質(zhì)中的乳液、懸浮物、膠體分散液和大分子化合物等，超濾操作壓差一般為0.1～0.5 MPa，分離相對分子質(zhì)量大于500的膠體粒子與大分子。目前，UF膜分離技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在水處理中，但因膜具有選擇性，則在UF膜分離中將會出現(xiàn)膜污染問題，從而造成UF膜分離技術(shù)的應(yīng)用效果下降。其中，UF膜污染指的是鹽、膠體、粒子、大分子和微生物等在膜孔中或表面發(fā)生堵塞、吸附和沉積，從而引起膜壓差增大，膜通量降低的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，引起膜污染及濃差極化的影響因素包括膜特性、料液特性和操作參數(shù)。針對UF膜污染問題，常用的防控或解決辦法是加強(qiáng)膜前預(yù)處理，優(yōu)化UF操作工藝、膜清洗工藝，及研發(fā)抗污染能力強(qiáng)的新型UF膜材料和膜組件等。其中，UF膜清洗技術(shù)的研究在控制膜污染、提高膜性能等方面非常重要，膜清洗技術(shù)也是超濾技術(shù)應(yīng)用中的研究重點(diǎn)。

1 UF膜清洗技術(shù)

膜清洗的目的在于消除膜污染，恢復(fù)膜過濾性能。UF膜清洗技術(shù)主要包括物理清洗技術(shù)、化學(xué)清洗技術(shù)和生物清洗技術(shù)。

1.1 物理清洗技術(shù)

物理清洗是UF膜污染的初期清洗方式，具體以水力清洗技術(shù)和氣-液脈沖技術(shù)為主，主要去除超濾膜可逆污染。其中，水力清洗技術(shù)是用氣、水或水與空氣的混合流體來反向或切向去除膜污染物質(zhì)的方法，具體包括等壓、負(fù)壓、反壓清洗法和低壓高速流法；氣-液脈沖清洗技術(shù)是通過將高壓氣體通入膜過濾裝置的間隙來使膜孔膨脹，繼而沖走污染物。發(fā)展至今，脈沖電場清洗、超聲波清洗劑機(jī)械振動(dòng)等新型物理清洗技術(shù)得到了一定的應(yīng)用，其中，超聲波清洗技術(shù)可用來清洗其他方法無法清洗干凈的空隙和死角。

1.2 化學(xué)清洗技術(shù)

化學(xué)清洗是利用清洗劑與孔內(nèi)及膜表面的污染物的多項(xiàng)反應(yīng)來清洗UF膜污染物質(zhì)，其中，KOH、NaOH、NaClO、氫氟酸、檸檬酸、磷酸、硝酸、鹽酸、草酸和磷酸等殺菌劑和清洗劑皆可用來清洗膜組件。在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合客觀實(shí)際情況來選擇清洗效果好且對環(huán)境污染小的無毒無害殺菌劑和清洗劑。在超濾膜處理污廢水應(yīng)用中，王靜榮、郭雅妮等分別做了如下研究：在油田污水處理中，異戊醇溶液和SDS的清洗效果最佳；在印染廢水處理中，則選用檸檬酸、雙氧水和氫氧化鈉來浸泡清洗，可有效恢復(fù)通量及延長運(yùn)行時(shí)間。在超濾處理微污染原水研究中，張瑛潔、岳顯等發(fā)現(xiàn)，對于直接過濾珠江水的超濾膜，NaOH、NaClO以及表面活性劑組成的復(fù)合清洗劑對膜通量恢復(fù)效果最佳；使用單一清洗劑時(shí)，NaClO對膜通量的恢復(fù)效果優(yōu)于NaOH、HCl及檸檬酸，且清洗劑的濃度、清洗時(shí)間也對膜通量的恢復(fù)有影響。

1.3 生物清洗技術(shù)

生物清洗是利用生物劑或生物活性高的酶來去除或分解UF膜污染物質(zhì)中的多糖、蛋白質(zhì)等高分子有機(jī)物質(zhì)。其中，生物劑和生物活性高的酶既可切斷蛋白鏈，又可快速溶解松散且較小的蛋白片段。據(jù)此，在超濾處理大豆蛋白或乳清等過程中，可運(yùn)用生物清洗技術(shù)延長UF膜的使用年限。針對生物清洗技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，李書國、江連洲等分別做了如下研究：在大豆蛋白處理中，對于中空纖維UF膜的膜污染，直接用蛋白醇清洗劑來清洗，可使UF膜的透水率恢復(fù)至新膜的96%或以上；在大豆肽UF分離中，先在40 ℃的條件下，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的含酶清洗劑來清洗膜污染物質(zhì)30 min，再用溫水清洗，可使UF膜的通量恢復(fù)到74.63%.綜上，生物清洗是以生物劑或酶為清洗劑來配液清洗，亦或采用特殊方法來將生物劑固定在膜上，以增強(qiáng)膜的抗污染能力。

2 應(yīng)用效果討論

結(jié)合UF膜清洗技術(shù)的相關(guān)知識可知，其應(yīng)用效果受到UF膜性能和操作條件的影響。其中，對UF膜性能的影響，指的是不同的UF膜材料具有不同的耐酸堿能力、抗污染能力和耐壓性等，則在實(shí)際清洗中，對殺菌劑和清洗劑的適應(yīng)能力更強(qiáng)的膜材料將具有更佳的清洗效果，且當(dāng)膜組件的形式不同時(shí)，其適用的清洗方式也有所差異，比如不得采用反洗方式來去除有機(jī)管式膜孔中的污染物質(zhì)。可見，UF膜的性能將在一定程度上影響UF膜的清洗效果。對操作條件的影響，指的是在UF過濾中，操作條件會對膜污染程度造成影響。對此，郭雅妮、齊希光等分別做了如下研究：在印染廢水處理中運(yùn)用聚偏氟乙烯UF膜體系的膜生物反應(yīng)器時(shí)，通過保持高曝氣量、間歇操作和低水通量等運(yùn)行狀態(tài)，可減輕UF膜污染及提高膜的清洗效果。可見，膜清洗的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)際效果會受UF系統(tǒng)操作條件的影響。在聚砜UF膜-谷氨酸發(fā)酵液體系中，如果pH值為7，則膜的清洗效果最佳，亦或如果溶液離子的強(qiáng)度較大，也可實(shí)現(xiàn)較好的清洗效果。注意，UF時(shí)長與清洗的難度呈正相關(guān)及在操作壓力一定時(shí)，清洗效率與壓力呈正相關(guān)。

3 結(jié)束語

為了提高UF膜技術(shù)的應(yīng)用效果，深入研究UF膜清洗技術(shù)變得尤為關(guān)鍵。鑒于UF膜組件的不同形式和材質(zhì)要求選擇不同的清洗方式，則在UF膜清洗技術(shù)的研究中，應(yīng)以不同UF膜及液料的特性為依據(jù)來選擇最佳的UF膜清洗技術(shù)。但在這一過程中，應(yīng)將清洗的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和效果綜合考慮其中，以保證所選清洗劑和清洗方法的成本最低、效果最佳及對環(huán)境的污染最輕。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)清洗效率最高及延長UF膜的使用年限，可采用物理清洗、化學(xué)清洗、生物清洗結(jié)合的方式。總之，在UF膜技術(shù)的應(yīng)用中，膜污染是制約其高效應(yīng)用的重要影響因素，因此應(yīng)在UF膜清洗技術(shù)的應(yīng)用研究中予以更多的關(guān)注。

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〔編輯：劉曉芳〕