关于膜技术.ppt

关于膜技术的两点思考 膜的污染与清洗 生物膜所带来的思考 1、当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉或凝胶层，增加透过阻力； 2、膜表面沉积层或凝胶层的形成会改变膜的分离特性； 3、当有机溶质在膜表面达到一定浓度有可能对膜发生溶胀或恶化膜的性能； 4、使膜表面溶质浓度增高，引起渗透压的增大，从而减小传质驱动力； 5、严重的浓差极化导致结晶析出，阻塞流道，运行恶化。 概括地说，就是分离效果降低，截留率改变，通量下降。 膜污染 指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学相互作用或因浓度极化使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度及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。 膜污染与浓差极化有内在联系，尽管很难区别，但是概念上截然不同。 可以从中区别浓差极化和膜污染 造成通量持续下降的原因是膜的污染 膜受到污染时，主要标志及症状 水通量逐步下降（膜通量下降）； 通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大（进料压力和△P逐渐增大）； 膜对溶解于水中物质的透过性逐渐增大（矿物截留率下降）。 膜污染物种类 大致可分三类： 有机物：大分子、生物物质等。如蛋白质、脂肪、碳水化合物、微生物、有机胶体及凝胶、腐质酸、多羟基芳香化合物。 无机物：盐类及无机胶体。如CaSO4、CaCO3、铁盐或凝胶、磷酸钙复合物等。 颗粒。 影响膜污染的因素 粒子或溶质尺寸及形态 溶质与膜的相互作用(静电作用力、范德华力、溶剂化作用、空间立体作用) 膜的结构与性质 溶液特性(包括盐的种类与浓度、pH值、温度和粘度等) 膜的物理特性(包括膜表面粗糙度、孔径分布及孔隙率等) 操作参数(包括料液流速、压力和温度等) 减少或防止膜污染的方法 料液预处理(热处理、pH调节、离子交换、加入离子隐蔽剂、预过滤、加入稳定剂) 膜材料的选择(考虑膜的亲疏水性、荷电性。亲水性膜及膜材料电荷与溶质电荷相同的膜较耐污染；对膜表面进行改性) 膜孔径或截留分子量的选择(通过实验选择最佳孔径的膜) 膜结构选择（不对称结构膜较耐污染） 组件结构选择 减少或防止膜污染的方法 溶液pH控制(分离、浓缩蛋白质、酶时，一般把pH调至远离其等电点，使其溶解度增加，并带电荷) 溶液中盐浓度的控制(以改变溶液的离子强度) 溶液温度的控制 溶质浓度，料液流速与压力的控制(用UF技术分离/浓缩蛋白质或其他大分子溶质时，要选择合适压力与料液流速，避免“凝胶层”形成，可得到膜的最佳透水率) 膜的清洗与再生 在任何膜分离技术应用中，尽管选择了较合适的膜和适宜的操作条件，在长期运行中，膜的透水量随运行时间增长而下降现象，即膜污染问题必然产生。因此，必须采取一定的清洗方法,使膜面或膜孔内污染物去除，达到透水量恢复，延长膜寿命的目的。 要考虑的因素有：膜的物化特性、污染物特性 膜的清洗频率可以通过过程的优化来确定。 清洗方法分成：水力学清洗、机械清洗、化学清洗、电清洗。 物理清洗 等压冲洗 静置浸泡加水力反冲洗 气-液脉冲 机械刮除 （包括海绵球机械擦洗） 电泳法 超声波清洗 水力学清洗  主要是反洗，只适应于MF膜和疏松的UF膜，即以一定频率交替加压、减压和改变流向。经过一段时间后，渗透物反向流回原料侧以除去膜内或膜表面上的污染层。 在有和无反洗两种情况下MF过程通量随时间变化趋势示意图 反洗和正洗混合冲洗 在膜组件的运行过程中，之所以再次运行时初始通量很高，但很快又被压实，膜通量又下降，这表明仅靠简单的反冲洗是不能清除膜面的凝胶层的。 在定时反冲洗的同时，在膜的进水侧通入清水，采用反冲和正洗相结合的方法。改善膜面的水流状态，提高湍流效果，有效破坏膜面凝胶层，使反冲时膜面疏散的凝胶层在清水冲力下更易去除，效果优于单纯的反冲洗。 反冲与正洗混合清洗的清洗效果 膜组件反置运行 生物反应器中的混合液由泵增压以后进入膜组件，其入口端的压力要高于出口端的压力，而较高的压力更容易导致膜污染，所以膜组件靠近混合液入口端一侧的污染程度较高，另一侧污染程度相对较轻。当膜组件反置以后，污染较轻的出口端变成压力较大的入口端，会形成新的凝胶层和凝胶层分布，使原来入口端的污染物在压力作用下更容易去除，膜通量得以恢复。 机械清洗 适用于MF/UF管式系统。即在管状膜组件内放一些海绵球，海绵球的直径要比膜管的直径略大些，在管内用水力让海绵球流经膜表面，对膜表面的污染物进行强制性的去除。该法对软质垢去除特别有效。 化学清洗 这是减少膜污染的最重要方法，也是国内外膜应用研究中的一个热点，已有大量的清洗剂配方专利发表。可采取的化学试剂很多，即可单独使用，也可以组合使用。 膜清洗剂所用化学试剂