修正版-膜污染及控制.ppt

膜污染过程可分两个阶段： 第一阶段-溶质被吸附在膜上，这个过程在蛋白质分子或其他溶质分子与膜接触10min内便完成，使膜通量降低约30% 第二阶段-膜通量相对缓慢连续地降低，且这种降低趋势不依赖于料液中大分子 溶质的浓度以及操作的水力条件。 这种现象的形成主要是由于膜孔道堵塞表面缓慢形成凝胶层，其过程是不可逆的，污染程度与膜材料、粒子或溶质的尺寸大小，膜与溶质，溶质与溶剂，溶剂与膜之间相互作用力的大小(以膜与溶质之间相互作用力为主)，膜的单皮层或双皮层结构，膜的孔隙率，粗糙度等特性，保留液中溶剂以及大分子溶质的浓度、性质、溶液的pH、离子强度、电荷组成、温度和 操作条件等有关。 膜分离过程中常见的污染 全面的系统管理 常见的污染物 - 1 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 常见的污染物 - 1 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 常见的污染物 - 2 导致膜压差升高 减少膜进水侧隔网间隙 脱盐率下降 清洗不当可划伤膜表面 无机物结垢的生成 高碱度 高硬度或金属氧化物含量 高PH值 高回收率 加药系统不准确 常见的污染物- 3 产水量下降, 脱盐率下降 阳离子物质过量或进水中有油类 前处理絮凝剂加入过量 化学品互不兼容 清洗用化学品不适合 进水有污染 常见的污染物 - 4 压差上升, 产水量下降 产生原因 进水水质较差 进水SDI值超出控制范围 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防治。 The disadvantage of concentration polarization 浓差极化的危害 由于膜表面渗透压的升高将导致通量下降 溶质通过膜的通量（rejection）上升 溶质在膜表面的浓度超过其溶度积而形成沉淀并堵塞膜孔相，减少了溶剂(水)通量，导致膜分离性能的改变 出现膜污染，当膜污染严重时，几乎等于在膜表面上形成一层二次薄膜，势必导致膜透水性能的大幅度下降，甚至完全消失 The summary of concentration polarization 浓差极化不仅导致传质速率降低，也导致分离效率降低。对于电膜过程还使电流效率下降，因此降低浓差极化是强化传质通量的措施之一 对于压力驱动型膜过程来说，浓差极化与传质系数有直接关系，影响传质系数的主要因素是原料流速、溶质扩散系数D、粘度、密度、膜器的形状和规格等 在微滤和超滤过程中，被截留下来的大分子或悬浮颗粒的扩散系数比反渗透、气体分离及渗透汽化过程所截留组分的扩散系数要小，而微滤和超滤过程中的通量却比渗透汽化和气体分离大，因此在微滤和超滤过程中浓差极化很严重 由于一般情况下扩散系数无法提高(只有改变温度才能改变D)，因此只有通过提高沿膜表面的原料流速和改变膜器构型或采用脉冲流动，提高原料温度可以提高传质系数，因而也可以减少浓差极化(温度提高使被截留溶质的扩散系数增大且原料粘度减小).但是提高原料温度会使通量上升，这对分离系数会严生不利影响 与压力收动膜过程不同，电渗析、渗透汽化、气体分离、血液透析、扩散渗析、促进传递等通过膜的方式是扩散而不是对流，此时受影响的组分是传递最快的组分，即如果通过膜的传递效率比通过边界层的快，则会形成边界层阻力，因此两种情况下的浓度分布截然不同。 从上一个表可以得出： 微滤和超滤: 浓差极化的影响非常严重，因为这些过程中通量高，而且大分子溶质、小颗粒、肢体及乳液等的扩散系数很低而导致传质系数很小 反渗透: 浓差极化的影响要小一些，因为通量较低和传质系数比较大 气体分离和渗透汽化: 浓差极化的影响很小或可以忽略。气体分离中通量小，传质系数高渗透汽化过程中通量也较低，但传质系数却较气体分离过程小，因此浓差极化会略 严重些。当料液中优先渗透组分的浓度很低而且选择性很高时，浓差极化的影响会变得特别严重，如从水中除去诸如三氯乙烷等挥发有机组分 尽管低分子溶质的传质系数与反渗透过程中数量级相同，但血液透析和扩散渗析过程的浓差极化一般不严重，这是因为这些过程通量比反渗透过程低得多在载体介导传递和膜接触器中，由于通量不太大，所以浓差极化不太严重电渗析过程中浓差极化的影响可能会非常严重对于浓差极化可以通过装置和操作条件的优化来加以改善 膜材料微观结构-比如孔结构、表面粗糙度、亲水性、荷电性等 溶质性能 膜、溶质和溶剂之间的相互作用 操作参数-比如温度、压力和料液流速 亲水的膜表面与水能够形成氢键，这样水处于有序结构。当疏水溶质要接近膜表面，必须