反渗透膜污染分析及清洗研究

摘 要 介绍了反渗透技术在废水处理过程中的膜污染类型，并对不同膜污染类型目前常见的污染检测技术和清洗方法进行了总结，最后对污染清洗过程中的影响因素进行了探讨。

关键词 反渗透；膜污染；清洗；影响因素

中图分类号 X5 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0168-01

反渗透是膜分离技术中的一种，在外界压力驱动下，只允许水分子通过，几乎能截留废水中所有污染物质，因此在工业废水处理领域得到了广泛的应用。反渗透技术在应用过程中会面临膜污染的问题，膜污染会使膜过滤阻力增大，通量和分离性能下降，进而增加清洗频率，导致膜使用寿命缩减。

1膜污染

膜污染可定义为由于被截留的颗粒、胶体粒子、乳浊液、悬浮液、大分子和盐等与膜发生物理化学相互作用或因浓差极化使某些溶质在膜表面浓度超过溶解度而引起的在膜表面或膜孔内的不可逆沉积，这种沉积包括吸附、堵孔、沉淀、形成滤饼等。

1.1膜污染类型

根据造成膜污染物质的不同，膜污染主要可分为以下三类：

1）无机污染：无机物质在膜面或者膜孔沉淀造成的污染，主要有粘土、硅酸盐、金属氧化物和钙镁沉淀等。大多数情况下，无机污染与有机污染之间还存在着相互促进的作用。

2）有机污染：由废水有机物造成的污染，废水中常见的有机污染物质有腐殖酸，蛋白质和碳水化合物等。在处理组分复杂的废水时，有机污染往往与无机污染相伴发生，这与被处理废水的水质特点密切有关。

3）微生物污染：微生物在膜面上沉积和生长，同时通过释放有机质在膜面形成凝胶层对膜造成污染。膜面上微生物自身的生长繁殖会形成污染，其分泌的产物还有利于有机物粘附形成菌膜，無机物形成晶核，从而促进有机污染和无机污染联合发生。

1.2膜污染的分析技术

膜污染的分析过程一般如下：首先观察分析膜上污染物的整体形貌和分布概况；然后微观观察分析膜上污染物的特征形貌结构，包括污染层厚度, 膜上聚集体大小及形态分布；最后，对膜上污染物的成分进行定性定量分析，确定污染物的具体类型和成分组成。

通常膜面上截留的污染物大多不是单一的某种污染类型，而是多种污染同时发生。为了较全面的分析污染物，经常会用到不同的分析仪器。目前，比较常见的无机污染分析和有机污染分析技术如表1和表2。

2反渗透膜的清洗

2.1膜清洗

对污染膜清洗需要考虑膜的构型、耐化学试剂能力以及膜上附着污染物的种类，常用的方法有物理清洗方法和化学清洗方法两类。

1）物理清洗。物理清洗是指通过物理作用将膜面污染物移除，清洗过程中没有发生任何化学反应。常用的方式有以下几种：①反冲洗；②低压高速水冲洗；③机械刮除；④气液脉冲清洗；物理清洗能够将膜面上松散的滤饼层基本清除，但对因堵塞膜孔道所形成的膜表面凝胶层、吸附层和水垢层的去处效果却不理想，需结合化学清洗才可去除污染物。

2）化学清洗。化学清洗是在纯水中加入具有特殊功能的化学药剂，这些药剂与膜孔道中或膜面上的污染物发生化学反应，将污染物由膜孔或膜面转移到溶液中，从而达到除污目的。常用的化学药剂酸、碱、络合剂、表面活性剂和酶等。

商用的清洗药剂为了增强清洗效果，常常将上面提到这些化学药剂混合配置而成，但是具体的成分以及比例并不清楚。也有一些研究者对这些清洗药剂的联合使用做了一些相关研究，将SDS和NaOH两种药剂配合起来对膜进行清洗，清洗效果比两种药剂单独使用要好很多。碱洗药剂配合EDTA络合剂使用比单独使用碱洗药剂有明显的清洗效果。

2.2膜污染清洗影响因素

膜清洗的过程中，清洗效果会受到清洗温度、清洗时间、清洗压力和清洗流速等因素的影响。

温度对膜的化学稳定性和清洗效果有直接的影响。通常情况下，温度的升高有利于加快化学反应，提高清洗质量。Li通过研究发现，将清洗温度由25℃预热到42℃，膜产水通量的恢复程度有了明显的提高，温度的升高促进了膜面上污染物的解吸。但是膜材料对温度的敏感性要求清洗温度不能太高，温度过高会使膜结构发生不可逆的损坏，进而影响清洗效果。

清洗时间的长短对清洗药剂与膜面污染物之间的化学反应有着重要的影响。Li等通过研究发现，使用表面活性剂对膜进行清洗，当清洗时间由10min增加到20min时，清洗效率明显提高。但是Ang等通过清洗试验研究发现，当分别使EDTA药剂和SDS药剂对污染的反渗透膜进行清洗时，清洗时间由15min增加到60min，EDTA药剂的清洗效率显著调高，而SDS药剂的清洗效率却几乎不变。这表明除非清洗药剂与膜面上污染物之间的化学反应良好，否则延长清洗时间并不一定提高清洗效率，反而会因为过长的清洗时间增加运行费用。

清洗流速的提高对膜通量的恢复程度基本没有影响，这主要是由清洗作用的持续时间决定，只有当清洗药剂与膜面污染物的化学反应有足够持续作用时间时，清洗效率才会随着清洗流速的增大而提高。

清洗压差越大，对膜及污染层的压实作用越大，因此确定清洗压力时应格外小心。Syaed通过研究表明，清洗时如果有压差存在，那么清洗过程中就会有污染物沉积在膜表面，导致清洗效率不能达到最高。齐希光等通过考察操作条件对超滤膜清洗效率的影响研究发现，超滤压力为0.05MPa时膜清洗效率为86.49%，压力升高到0.08MPa时，膜清洗效率可达99.48%。即在低压范围内，超滤压力越大，清洗效果越高。可见，压力对清洗效率的影响没有一个确凿的定论，需要更进一步的试验来研究。

3结论

膜污染是非常复杂的问题，应针对不同的应用对象、使用过程采取不同的分析手段具体分析，然后针对污染的类型和成因采取相应的清洗措施，这样才能最大程度的恢复膜性能及使用寿命，相信随着人们对膜污染机理的不断深入了解和膜污染控制手段的不断发展，膜污染问题将会得到很好的解决，膜技术也会在废水处理中发挥更大的作用。

参考文献

[1]周军,杨艳琴,张宏忠,等.反渗透膜污染及其清洗的研究[J].过滤与分离,2007,17(1).

[2]苏长剑,邹为和.反渗透膜污染分析及清洗方法[J].华电技术,2008,30(7):1-4.

[3]齐希光,郭群峰,李秀芬.超滤操作条件对超滤膜清洗效率的影响[J].膜科学与技术,2006,26.

作者简介

曹晓兵（1986—），男，中国矿业大学硕士研究生，研究方向：水污染控制工程。

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