Membranefoulinganditscontrol

膜污染及控制崔振宇材料科學與工程學院1Content內容Introduction

概述Membranefouling膜污染Thetypesofmembranefouling膜污染種類Themechanismandmodelofmembranefouling

膜污染機理和模型Thecontrolofmembranefouling膜污染控制方法Membranecleanandregeneration膜清洗2概述3Thephenomenonofmembranefouling膜污染現象膜在使用過程中，膜的性能(滲透通量，截留率等)通常隨時間的延長而降低膜通量隨污染時間變化圖（1.5g/LCaSO4）4第一階段-溶質被吸附在膜上，這個過程在蛋白質分子或其他溶質分子與膜接觸10min內便完成，使膜通量降低約30%第二階段-膜通量相對緩慢連續地降低，且這種降低趨勢不依賴于料液中大分子溶質的濃度以及操作的水力條件。這種現象的形成主要是由于膜孔道堵塞表面緩慢形成凝膠層，其過程是不可逆的，污染程度與膜材料、粒子或溶質的尺寸大小，膜與溶質，溶質與溶劑，溶劑與膜之間相互作用力的大小(以膜與溶質之間相互作用力為主)，膜的單皮層或雙皮層結構，膜的孔隙率，粗糙度等特性，保留液中溶劑以及大分子溶質的濃度、性質、溶液的pH、離子強度、電荷組成、溫度和操作條件等有關。膜污染過程可分兩個階段：5Thehazardofmembranefouling

膜通量（分離效率）嚴重下降、成品質量下降膜壽命的縮短，甚至提前報廢-由于污染物沉積于膜表面和內部孔隙，引起跨膜壓差(TMP)的升高影響膜分離過程的可靠性和經濟性Membranefoulingisoneofcrucialproblemsofmembranetechnology膜污染是膜技術廣泛應用的瓶頸嚴重污染的膜元件6二、膜污染定義Whatismembranefouling?膜污染指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質大分子由于與膜存在物理化學相互作用或機械作用而引起的在膜表面或膜孔內吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產生滲透通量與分離特性的不可逆變化現象。物理污染包括膜表面的沉積，膜孔內的阻塞，這與膜孔結構、膜表面的粗糙度、溶質的尺寸和形狀等有關。化學污染包括膜表面和膜孔內的吸附，這與膜表面的電荷性、親水性、吸附活性點及溶質的荷電性、親水性、溶解度等有關。

膜污染還可能由微生物在膜運行過程或停運中的繁殖和積累造成7膜分離過程中常見的污染81.微生物類污染3.化學污染4.膠體污染2.無機物結垢9全面的系統管理絮凝劑Jelcleer過濾介質阻垢/分散劑脫氯還原劑清洗劑/殺菌劑非氧化殺菌劑膜再生膜性能測試10微生物類常見的污染物-1導致膜壓差升高減少膜進水側隔網間隙并使得膠體物質滯留附著力強,難以去除11產生的原因常見的污染物-1進水中生物活性高前處理不充分系統間斷操作清洗的不徹底12常見的污染物-2導致膜壓差升高減少膜進水側隔網間隙脫鹽率下降清洗不當可劃傷膜表面無機物結垢13無機物結垢的生成高堿度高硬度或金屬氧化物含量高PH值高回收率加藥系統不準確常見的污染物-214化學污染常見的污染物-3產水量下降,脫鹽率下降陽離子物質過量或進水中有油類15前處理絮凝劑加入過量化學品互不兼容清洗用化學品不適合進水有污染化學污染產生的原因常見的污染物-316膠體常見的污染物-4壓差上升,產水量下降產生原因進水水質較差進水SDI值超出控制范圍17膜污染與濃差極化的概念不同，但二者密切相關，常常同時發生，在許多場合，濃差極化是導致膜污染的根源。微濾、超濾、納濾以及反滲透膜均能發生污染，除了具有膜污染產生的共性原因，每種膜污染又有自身的特點。超濾膜最易發生污染，下面以超濾膜為例闡述膜污染的原因以及防治。

三、膜污染：可逆（Reversible）污染和不可逆（Irreversible）污染可逆污染:它可通過流體力學條件的優化以及回收率的控制來減輕和改善不可逆（Irreversible）污染是我們通常所說的膜污染，可由膜表面的電性及吸附引起或由膜表面孔隙的機械堵塞而引起。這一類污染目前尚無有效的改善措施，只能靠水質的預處理或通過抗污染膜的研制及使用來加以延緩其污染速度Inorganicfouling(CaSO4,CaCO3,BaSO4,silica)Organicfouling

(NOM-humicacids,protein&carbohydrate)Biofouling

(themicrobialattachmenttomembranesurface)18舉例：超濾膜污染形成過程第一階段：純水初始通量降低由細菌結和微量膠體堵塞孔造成的。第二階段：超濾的初始通量下降原則上，這種通量下降是可逆的，其成因是因為濃差極化層的形成。這種污染可通過降低料液濃度或改善膜面附近料液側的流體力學條件來減輕或改善濃差極化現象，使膜的分離特性得到部分恢復。需注意的是，在初始階段，孔堵塞也能引起膜污染。第三階段：超濾的長期通量降低這是指超濾膜運行一定時間(幾小時．幾天．幾周)后的長期通量降低。它與孔的堵塞與阻塞．膜表面的濃差極化現象，凝膠層形成及其固化等因素有關。可用相關的數學公式定量加以描述。19Basedontheabovediscussion，themainfactorsthatinfluencethedecreaseofflux：

(1)濃差極化(concentrationpolarization)

它使膜面上溶質的局部濃度增加，即邊界層流體阻力增加(或局部滲透壓的升高)，將使傳質推動力下降和滲透通量降低。

(2)膜孔的堵塞與阻塞（poreblockandporeplug）由于被分離溶質(尤其是大分子)與膜的相互作用將在膜表面或膜孔內產生吸咐或沉積，膜孔道的阻塞和堵塞使膜通降低。

(3)凝膠層的出現及其固化

(gelation)在低流速，高溶質濃度下，濃差極化使膜面達到或超過溶質飽和溶解度時，將有凝膠層出現，導致膜的透過量不依賴于所加壓力，引起膜通量的急劇降低。濃差極化的嚴重惡化還將導致凝膠層的固化。致使膜通量下降的主要原因20濃差極化現象Thephenomenonofconcentrationpolarization在膜分離過程中，由于膜的選擇透過性，被截留組分在膜上游側的表面累積形成濃度邊界層，這種現象稱濃差極化。當膜表面被截留組分濃度增加時，引起該組分透過膜的流量也會增加-導致界面處滲透壓升高，膜過程推動力下降局部濃度增高，有可能使某些溶質達到飽和，出現晶析層積或形成凝膠層附著于膜表面Boundarylayer21Thedisadvantageofconcentrationpolarization濃差極化的危害由于膜表面滲透壓的升高將導致通量下降溶質通過膜的通量（rejection）上升溶質在膜表面的濃度超過其溶度積而形成沉淀并堵塞膜孔相，減少了溶劑(水)通量，導致膜分離性能的改變出現膜污染，當膜污染嚴重時，幾乎等于在膜表面上形成一層二次薄膜，勢必導致膜透水性能的大幅度下降，甚至完全消失22濃差極化現象使膜的透水速度和截留率都降低這是鹽分在膜表面聚集濃縮造成的這種聚集濃縮作用隨鹽水中鹽濃度的增加而加劇也伴隨著膜透水率和截留率的升高而增加。不能完全消除濃差極化現象淡化器和工藝流程設計合理，操作得當，濃差極化是可以減弱的23Whythehigherthepolarization,thelowertheflux?極化越高，膜通量越低膜發生濃差極化現象時的膜面狀況極化度對水通量的影響

根據反滲透基本方程

Jw為水通量；A為膜常數，Δp為有效跨膜壓差，Δπ為有效滲透壓

當Cw＞＞Cb時上式化簡為：以反滲透為例M越大，通量越低24Whythehigherthepolarization,thelowertheratioofdesalination?極化越高，脫鹽率越低根據反滲基本方程，鹽通量可表示為式中B為鹽透過系數。由上式可以看出：鹽的透過率隨極化度的增加而增加，因為溶質的通量＝透過液濃度×溶劑流速，以數學式表示則為式中Cp為透過液濃度；Jw為溶劑通量。化簡可得整理得進一步化簡得膜發生濃差極化現象時的膜面狀況25Themethodsofreducingconcentrationpolarization減少濃差極化的方法控制回收率：若回收率增大，Cw隨著增大，因此極化度M＝Cw／Cb增加控制流態和流程使裝置處于湍流狀態-減小濃差極化盡力縮短流程-流程太長，阻力損失增大，流速降低裝設湍流促進器對流動施以脈沖脈沖透過時的速度及濃度分布脈沖導致的透過速度增加升溫26Thesummaryofconcentrationpolarization濃差極化不僅導致傳質速率降低，也導致分離效率降低。對于電膜過程還使電流效率下降，因此降低濃差極化是強化傳質通量的措施之一對于壓力驅動型膜過程來說，濃差極化與傳質系數有直接關系，影響傳質系數的主要因素是原料流速、溶質擴散系數D、粘度、密度、膜器的形狀和規格等在微濾和超濾過程中，被截留下來的大分子或懸浮顆粒的擴散系數比反滲透、氣體分離及滲透汽化過程所截留組分的擴散系數要小，而微濾和超濾過程中的通量卻比滲透汽化和氣體分離大，因此在微濾和超濾過程中濃差極化很嚴重由于一般情況下擴散系數無法提高(只有改變溫度才能改變D)，因此只有通過提高沿膜表面的原料流速和改變膜器構型或采用脈沖流動，提高原料溫度可以提高傳質系數，因而也可以減少濃差極化(溫度提高使被截留溶質的擴散系數增大且原料粘度減小).但是提高原料溫度會使通量上升，這對分離系數會嚴生不利影響27不同膜過程濃度分布示意圖與壓力收動膜過程不同，電滲析、滲透汽化、氣體分離、血液透析、擴散滲析、促進傳遞等通過膜的方式是擴散而不是對流，此時受影響的組分是傳遞最快的組分，即如果通過膜的傳遞效率比通過邊界層的快，則會形成邊界層阻力，因此兩種情況下的濃度分布截然不同。28不同膜過程濃差極化的的影響程度29微濾和超濾:濃差極化的影響非常嚴重，因為這些過程中通量高，而且大分子溶質、小顆粒、肢體及乳液等的擴散系數很低而導致傳質系數很小反滲透:濃差極化的影響要小一些，因為通量較低和傳質系數比較大氣體分離和滲透汽化:濃差極化的影響很小或可以忽略。氣體分離中通量小，傳質系數高滲透汽化過程中通量也較低，但傳質系數卻較氣體分離過程小，因此濃差極化會略嚴重些。當料液中優先滲透組分的濃度很低而且選擇性很高時，濃差極化的影響會變得特別嚴重，如從水中除去諸如三氯乙烷等揮發有機組分盡管低分子溶質的傳質系數與反滲透過程中數量級相同，但血液透析和擴散滲析過程的濃差極化一般不嚴重，這是因為這些過程通量比反滲透過程低得多在載體介導傳遞和膜接觸器中，由于通量不太大，所以濃差極化不太嚴重電滲析過程中濃差極化的影響可能會非常嚴重對于濃差極化可以通過裝置和操作條件的優化來加以改善從上一個表可以得出：30Irreversiblemembranefouling不可逆膜污染膜表面孔隙的機械堵塞引起的污染

膜表面的電性及吸附引起的污染

化學吸附（不可逆）-形成化學鍵

物理吸附-范德華力

兩種污染雖然機理不盡相同，但同屬于不可逆污染，只能通過水質的預處理、控制濁度(＜3)、控制污染指數(SDI值＜5)和控制pH值等減輕、減少進水中的雜質和膠體物質，或使污染來得慢一些，延長膜的壽命料液中的溶質分子由于與膜存在物理化學相互作用或機械作用而引起的在膜表面或膜孔內的吸附、沉積而造成的膜孔徑的變小而堵塞，從而引起膜分離特性不可逆變化的現象

31用反滲透膜處理溶液時，膜在溶液中會發生兩種吸附作用吸附量的大小(或污染的程度)可通過Fleundlich吸附等溫式來表示：當反滲透膜表面帶有電性時，不僅要考慮吸附作用，還應考慮電荷間的相互作用例如：CA膜和PAN膜都帶有負電荷，后者的負電位比前者大5-6倍當用這兩種膜在相同條件下處理帶正電荷的溶液時，后者的污染(吸附)比前者嚴重得多若處理帶負電荷的溶液，后者的污染要比前者輕得多

膜表面的電性及吸附引起的污染

32一般而言，膜的滲透通量可用下式來描述：根據Darcy定律，過濾模型可得：μ為溶液粘度；Rm為膜阻力；Rbl為濃差極化邊界阻力；Rf為膜污染產生的阻力；Rt為膜過程的總阻力，且Rt=Rm+Rbl+Rf

運用該方程可定性解釋膜通量隨運行時間延長而降低是可行的，但難以定量測定。Howtocharacterizemembranefouling?Filtrationmodel

過濾模型33目前主要采用阻力系數法定量地表征膜污染程度，基本步驟如下：

①測定膜的初始純水透過量

由于此時Rbl＝Rf＝0，根據上式可知②膜運行污染后的通量，即

③膜運行污染后，僅用清水洗一下，再測定其純水透過量，此時Rbl＝0，上式化簡為：根據J1、J2、J0值，并假定μ在測試過程中不變，即可求出Rm，Rbl，Rf值在總阻力Rt中所占比例上式中m為水通量衰減系數或阻力增大系數，該值越大，表示透過量衰減越大，膜污染情況越嚴重Howtocharacterizemembranefouling?Filtrationmodel阻力模型34四、Themechanismandmodelofmembranefouling

膜污染機理和模型35膜污染機理與模型

目前還沒有一個可用于估算膜污染性質和程度的通用規則凝膠層模型邊界層阻力模型滲透壓模型……濾餅模型孔堵塞模型36濾餅模型-認為膜過濾阻力由濾餅阻力和膜阻力組成37孔堵塞模型-是用粒子對膜孔的堵塞來解釋滲透通量的下降。通量由未堵孔和被堵孔的通量提供。干凈膜的膜阻為Rm，孔被堵塞的膜阻為Rbm，則有膜孔堵塞速率可以推出38凝膠層模型

模型出發點-超濾過程中濃差極化常嚴重內容：該過程通過膜的通量高，大分子的擴散系數又很低，且一般截留率很高-膜表面的溶質濃度可能達到很高值，對一些大分子溶質則可能達到一種最大濃度，即凝膠濃度Cg凝膠濃度取決于溶質的大小、形狀、化學結構及溶劑化程度，但與主體濃度無關

濃差極化和凝膠形成凝膠的形成可以是可逆的或不可逆的這對于膜的清洗是十分重要的不可逆凝膠很難除去-盡可能避免這種情況對于用凝膠層模型來描述通量行為-凝膠形成是否可逆并不重要（凝膠層阻力Rg，膜阻Rm）39凝膠層模型

利用凝膠層模型可以描述極限通量的發生假設溶質完全被膜截留則溶劑通過膜的通量隨壓力提高而增加，直到達到對應于凝膠濃度的臨界濃度當壓力進一步增加時，溶質在膜表面濃度不能進一步增加(因為已達最大濃度)，所以凝膠層會越來越厚或越緊密這表明，凝膠層對溶劑傳遞的阻力(Rg)增大-凝膠層成為決定通量的制約因素在極限通量區域，壓力增加使得凝膠層阻力增大，所以凈的結果是通量不變(此時忽略了大分于溶液的滲透壓)

凝膠層的通量

40優點：可解釋濃差極化理論和超濾極限通量行為缺點：凝膠濃度視為常數，實際上不是（文獻證明）-取決于主體濃度及錯流速度對于同一溶質，不同作者報導的凝膠濃度值相差很大k被假設為常數，而大分于溶質的擴散系數經常是與濃度有關的蛋白質較容易形成凝膠，但許多其他大分子溶質（葡聚糖），即使在很高的濃度下也不容易形成凝膠凝膠層模型

模型優缺點

41滲透壓模型在超濾過程中，大分子被膜截留而小分子量組分則自由通過。由于溶液滲透壓主要取決于小分子量溶質(其濃度在原料和滲透物中相同)，被截留的大分子的滲透壓可以忽略當高通量、高截留且傳質系數k低時，膜表面處大分子溶質的濃度可能變得相當高-滲透壓不能忽略如果考慮膜表面處滲透壓，通量：

ΔP-靜壓差Δπ-膜兩側滲透壓差，取決于膜表面處濃度而不是主體濃度該模型可描述極限通量行為壓差增大-通量上升-膜表面處濃度上升-導致滲透壓上升所以壓力的增高會(部分地)被滲透壓增大而抵消42邊界層阻力模型

濃差極化現象導致膜表面處濃度增加如溶質分子被膜完全截留，穩態條件下溶質分子通過對流流向膜表面的量=反向擴散回原料主體的量因此，100％截留時邊界層中溶質分子的平均速度為零由于濃度增加．邊界層對滲透著的溶劑分于產生流體力學阻力溶劑通量可用一個阻力模型表示，邊界層阻力(Rbl)膜阻力(Rm)(假設不產生凝膠化)

43ⅤThefactorsofmembranefoulinganditscontrol

影響膜污染的主要因素膜材料微觀結構-比如孔結構、表面粗糙度、親水性、荷電性等溶質性能膜、溶質和溶劑之間的相互作用操作參數-比如溫度、壓力和料液流速44膜污染預防措施膜材料的選擇膜孔徑或截留分子量的選擇膜結構的選擇組件結構選擇、膜表面粗程度溫度壓力與料液流速溶液與膜接觸時間

溶液中鹽濃度的影響離子強度溶液濃度溶液的pH值其它措施-采用對原料液預處理、優化操作條件、提高料液溫度、以及膜的正確使用與保養（比如清洗、使用消毒劑）等Thecontrolofmembranefouling

膜污染控制45親水的膜表面與水能夠形成氫鍵，這樣水處于有序結構。當疏水溶質要接近膜表面，必須破壞有序水。這需要能量而不易進行。所以膜面不易被污染。疏水膜表面上的水無氫鍵作用，當疏水溶質接近膜表面時，擠開水是一個疏水表面脫水過程，是一個熵值增大的自發過程，容易進行，因此二者之間有較強的相互作用，膜面易吸附溶質而被污染。為改變疏水性膜的耐污染性，可用對膜分離特性不產生很大影響的小分子化合物對膜進行預處理，如表面活性劑可使膜表面覆蓋一層保護層，這樣可減少膜的吸附，但由于這些表面活性劑是水溶性的，且靠分子間弱作用力與膜粘接，故極易脫落。為獲永久性耐污染特性，人們常用膜表面改性法引入親水基團，或用復合膜手段合一層親水性分離層，或者采用陰極噴鍍法在膜表面鍍一層碳。膜材料的選擇-膜的親疏水性、荷電性會影響到膜與溶質間相互作用的大小及膜的污染程度

Thecontrolofmembranefouling

膜污染控制(1)親疏水性46膜材料的選擇(2)荷電性有些膜材料帶有極性基團或可離解基團，因而在與溶液接觸后，由于溶劑化作用或離解作用使膜表面荷電。它與溶液中荷電溶質產生相互作用。相同電荷排斥，因此膜表面不易污染。不同電荷吸引，膜面易吸附溶質而被污染。例如，陰極電泳漆超濾膜系統中，由于陰極電泳漆的固體含量高，且主要成分為水溶性的高分子乳液涂料和極細的膠體狀顏料，所以膜極易污染。為提高膜的抗污染性，目前電泳漆超濾膜系統中普遍采用荷正電膜．以電荷間排斥來防止漆在膜面上的緊密聚集，從而實現低操作壓力，高通量，長壽命和少清洗等目的。一般而言，靜電相互作用較易預測，而膜的親疏水性測量則較為困難。通常認為親水性膜及膜材料與溶質電荷相同的膜較耐污染。膜的親疏水性、荷電性會影響到膜與溶質間相互作用的大小及膜的污染程度47膜孔徑或截留分子量的選擇從篩分機理可知，粒子或溶質尺寸與膜孔相近時易堵塞膜孔。它們大于膜孔時，由于橫切流作用，在膜表面很難停留聚集，故不易堵孔。對于球形蛋白質，支鏈聚合物及直鏈線型聚合物，它們在溶液中的存在形態也直接影響膜污染。膜孔徑分布或截留分子量的敏銳性，也對膜污染產生重大影響理論上講，在保證能截留所需粒子或大分子溶質前提下。應盡量選擇孔徑或截留分子量大一些的膜，以得到較高透水量。但實踐證明，選用較大膜孔徑，由于孔徑大的膜的內吸附大于孔徑小的膜的內吸附，因有更高污染速率，反而使長時間透水量下降所以，針對不同分離對象，由于溶液中最小粒子及其特性不同，應當用實驗來選擇最佳孔徑的膜Thecontrolofmembranefouling

48膜結構的選擇

對于中空纖維超濾膜，由于雙皮層膜中內外皮層各存在孔徑分布，因此使用內壓時，有些大分子將透過內皮層孔，可能在外皮層被更小的孔截留而產生堵孔，引起透水量不可逆衰減，甚至用反洗也不能恢復其性能而對于單內皮層中空纖維超濾膜，外表面為開孔結構，即外表向孔徑比內表面孔徑大幾個數量級，這樣透過內表面孔的大分子決不會被外表孔截留．因而抗污染能力強，此時，即使內表面被污染，用反洗也很容易恢復性能。通常原則是選擇不對稱結構膜較耐污染。組件結構選擇

當待分離溶液中懸浮含量較低，且產物在透過液時，用超濾膜分離澄清，則選擇組件結構余地較大。若截留物是產物，且要高倍濃縮，則選組件結構要慎重。一般來講，帶隔網作料液流道的組件，由于固體物容易在膜面沉積、堵塞，故不宜采用但毛細管式與薄層流道式組件設計可以使料液高速流動，剪切力較大，有利于減少粒子或大分子溶質在膜面沉積，從而減少濃差極化或凝膠層形成。0.8mm49溶液中鹽濃度的影響

無機鹽是通過兩種途徑對膜污染產生影響一是鹽會強烈地吸附到膜面上。乳精或其它含鈣鹽的料液超濾時，膜面上不溶性鈣鹽在膜表面或膜孔中的沉淀量隨著pH升高而增加，即使是可溶性鈣鹽，也會通過靜電作用，與膜上帶負電荷的基團作用，并在膜和蛋白質之間形成“鹽橋”，加快蛋白質在膜面上的污染。二是無機鹽改變了溶液的離子強度，影響到蛋白質的溶解性、分散性、構形與懸浮狀態．使形成的沉積層疏密程度改變，從而影響蛋白質在膜面的吸附及膜的透水率。溶液的pH值

膜和蛋白質相互作用主要依賴于范德華力以及雙電層作用。pH值偏離等電點時，蛋白質溶解度增大。pH接近蛋白質等電點時，蛋白質溶解度低，溶質和溶劑的相互作用力相對較小，將增加在膜面的吸附。同時，超濾保留液中，蛋白質是混合蛋白，在一定pH條件下各自帶不同電荷，膜面也呈現一種特定電荷，只有與膜的電性能相反的蛋白質才能被膜吸附，并且只能在表面形成極化層或凝膠層。Thecontrolofmembranefouling

50例如溶質是蛋白質，它是一種兩性化合物，有很強的表面活性，極容易吸附在聚合物表面上。即使溶液小蛋白質等大分子物質的濃度較低(0.001-0.01g／L)，膜面也可形成足夠的吸附，使通量明顯下降。溶液濃度溫度

溫度對污染的影響比較復雜。溫度上升，料液的粘度下降，擴散系數增加，減少了濃度極化的影響。但溫度上升會使料液中某些組分的溶解度下降，使吸附污染增加如乳清中含有鈣鹽時，隨著溫度上升，鈣鹽溶解度下降，使膜滲透通量明顯下降。

離子強度溶液中離子強度增加會改變蛋白質的構型和分散性，影響吸附。Thecontrolofmembranefouling

51壓力與料液流速

超濾分離、濃縮蛋白質或其他大分子溶質時，壓力與料液流速對通量的影響通常是相互關聯的。當流速一定且濃差極化不明顯之前(低壓力區)，通量隨壓力升高而近似線性增加。在濃差極化后，壓力升高，通量升高，濃差極化惡化，使通量隨壓力升高呈曲線增加。當壓力到一定數值后．濃差極化使膜表面溶質濃度達到飽和濃度時將導致凝膠層形成。此時，凝膠層阻力對通量起決定作用，通量幾乎不依賴于壓力。當料液中溶質濃度降低或料液流速提高時，可以升高飽和濃度時的壓力，透水率也提高。因此，對于溶質濃度一定時，要選擇合適壓力與料液流速，避免“凝膠層”形成，以得到最佳膜透水率。溶液與膜接觸時間

吸附污染引起超濾膜滲透通量下降，在較短時間內即可達到相對穩定。根據體系不同，滲透通量衰減可以按幾個不同的階段進行。通常在前幾分鐘通量下降很快，然后緩慢下降。膜表面粗程度

一般來說，光滑的膜面不易被污染，而粗糙膜面容易發生污染。Thecontrolofmembranefouling

52控制膜污染是延長膜的使用壽命最好的辦法。一但發生了膜的污染，就要進行清洗再生，膜的清洗頻率可以通過過程的優化來確定。水力學清洗清洗方法

機械清洗電清洗化學清洗選用哪一種清洗方法，主要取決于膜的構型、膜種類、污染物類型和耐化學試劑能力以及污染物的種類等。ⅥMembranecleanandregeneration膜清洗與再生53Theinfluencingfactorsofmembraneclean

膜的化學特性膜耐酸、堿、氧化劑和化學試劑的特性，它決定化學清洗劑類型、濃度、清洗液溫度。污染物特性指污染物在不同pH下，不同種類鹽類及濃度溶液中，不同溫度下的溶解性，荷電性和它的可氧化性及可酶解性等。54膜清洗根據膜材料和污染物組成選擇清洗劑物理清洗：等壓清洗、反洗、氣水雙洗、海棉球擦洗化學清洗：堿、酸、酶、絡合劑、表面活性劑膜的養護a.運行中的養護：阻垢、殺菌、防氧化、防污染b.停運時養護：清洗、防腐、防凍55阻垢和殺菌顆粒污染——預過濾、絮凝、沉降分離等微生物污染—殺菌化學污染——阻垢劑膠體污染——分散劑阻垢劑的原理是分散離子和分子并且擾亂晶體的生長.使用聚合物阻垢劑要注意

加入過量可污染RO膜

聚丙烯酸會和一些陽離子聚合物反應導致RO膜的污染56IonsMembrane

對流沉積加入的化學品有可能使膠體顆粒物質聚集并沉積在膜表面膜表面通常帶有負電荷57Membrane分散處理選擇合適的化學品可以防止顆粒聚集顆粒可以保持在濃水中從而減少膜表面的污染58物理方法

水力方法：提高保留液循環、反洗氣-液脈沖機械清洗化學清洗-當膜污染比較嚴重，采用物理方法不能使通量恢復時．必須用化學清洗劑進行清洗。化學清洗從本質上講是沉淀物與清洗劑之間的一個多相的反應。化學清洗分為6個過程化學清洗前的機械清洗消洗劑擴散到污垢表面滲透擴散進污垢層清洗反應(包括物理過程和化學過程）清洗反應產物轉移到內表面產物轉移到內表面電清洗

其它方法-電場過濾、脈沖電解清洗、電滲透清洗等59物理法舉例：內壓式中空纖維膜可采用反沖洗和循環洗滌清洗幾種方式A反沖洗：以一定頻率交替加壓、減壓和改變流向。經過—段時間后，原料側減壓，滲透物反向流回原料側以除去膜內或膜表面上的污染層。反洗示意圖Backflushing有反洗和無反洗膜過程通量隨時間變化示意圖60關閉透過液出口，利用料液和透過液來清洗，由于料液在中空纖維內腔的流速高，因而流動壓力降大。關閉透過液出口后，纖維間的壓力大致等于纖維內壓力的平均值，在中空纖維的進口段內壓較高，產生濾液。在纖維的出口段外壓較高，濾液反向流入纖維內腔，透過液在中空纖維內外作循環流動。返回的濾液流加上高速的料液流可以清除沉積的污垢。循環清洗方法示意圖

B循環洗滌ForwardFlushing還可采用負壓清洗61

c機械清洗

機械清洗原只適用于微濾／超濾管式系統過程-在管狀膜組件內放一些海綿球，海綿球的直徑要比膜管的直徑略大些，在管內用水力讓海綿球流經膜表面，對膜表面的污染物進行強制性的去除這種方法對于軟質垢特別有效但對于硬質垢易損傷膜表面該法特別適用于以有機膠體為主要成分的污染物的清洗近年來，隨著新型外壓式的簾式膜的并發，機械潔洗又有新的內容，因為這種簾式膜可以很方便地用刷子或其它軟質材料進行清洗，對于加壓式管式無機膜也可采用類似的方法進行清洗62常用的化學清洗劑酸(較較強的如磷酸、較弱的如乳酸等)堿(NaOH、KOH等)洗滌劑(堿性、非離子型)酶(蛋白酶、淀粉酶、葡聚糖酶等)絡合劑(EDTA乙二胺四醋酸、聚丙烯酸酯、六偏磷酸鈉)清毒劑(雙氧水、次氯酸鈉)蒸汽和氣體(環氧乙烷)消毒清洗劑可以單獨使用，但更多的情況下是復合使用。例如污垢的主要組成是無機物質，像水垢、鐵鹽、鋁鹽等，則可用酸類、螯合劑、非離子型表而活性劑以及分散劑的復合配方。如果污垢主要是粘泥和油類等有機污垢，則通常采用陰離子型或非離子型表面活性劑、堿類、氧化劑或還原劑、分散劑和酶洗滌劑的復合配方化學清洗是減少膜污染的最重要的方法！！63③氧化劑當NaOH或表面活性劑不起作用時，可以用氯進行清洗，其用量為200-400mg/L活性氯(相當于400-800mg/LNaClO)，其最適PH值為10-11。氧化劑常用于可抗氧化劑的膜。①酸堿液硝酸、磷酸、草酸、檸檬酸和氫氟酸以及NaOH、KOH等堿類都可用于膜組件的清洗。無機離子如Ca2+、Mg2+等在膜表面形成沉淀層，可采取降低pH值促進沉淀溶解，再加上EDTA鈉鹽等絡合物除去沉淀物；用稀NaOH溶液清洗聚砜膜，可以較有效地清除蛋白質造成的污染。②表面活性劑表面活性劑能夠提高清洗劑的濕潤性，增強洗滌性，增加化學清洗劑和污垢之間的接觸作用，使沖洗水的用量和沖洗時間降到最小。④酶由醋酸纖維等材料制成的膜，由于不能耐高溫和極端pH值，在膜通量難以恢復時，需采用能水解蛋白質的含酶清洗劑清洗。但使用酶清洗劑不當會造成新的污染。如果采用固定化酶形式，把酶固定在載體上，用含載液進行清洗，效果很好。Cleanregent64⑤絡合劑(EDTA、聚丙烯酸酯、六偏磷酸鈉)⑥清毒劑(雙氧水、次氯酸鈉)⑦蒸汽和氣體(環氧乙烷)消毒Cleanregent(3)電清洗在膜上施加電場-帶電粒子或分子將沿電場方向遷移通過在一定時間間隔內施加電場且在不必中斷操作的情況下從界面上除去粒子或分子這種辦法的缺點是需使用導電膜及安裝有電極的特殊膜器，對膜和裝置的要求較高(4)其它清洗方法-電場過濾、脈沖電解清洗、電滲透清洗等65常見的污染物及清洗方法Cleanregent66Someproblemsthatshouldbeconcerned

膜清洗注意事項不能等到膜污染很嚴重時才清洗，這樣將會增加清洗難度，使清洗步驟增多和清洗時間延長。對于各種膜，選擇化學清洗劑時要慎重，以防止化學清洗劑對膜的損害此外，化學清洗還可用于防止微生物、細菌以及有機物的污染。如每月需用H2O2清洗膜一次。設備長期停用(停用5日以上方為長期)、長期保管時在設備中需要用0.5％甲醛溶液浸泡。清洗時先將裝置停運放空，將37％的甲醛5.5L稀釋至400L(濃度為0.5％)，對滌入口、出口，流量為1.5m3/h。若停用3個月以上，每月需按以上步驟清洗一次，啟用時再將H2O2洗凈。67Theeffectofmembraneclean

膜清洗效率用純水透水率恢復系數r衡量

為了重復使用，一般可以采用稀的洗滌劑溶液清洗超濾膜以移除被吸附的溶質。用洗滌劑處理的膜常常導致通量增加以及脫除率降低，這可能主要是由于洗滌劑溶質使膜發生了溶脹。

式中，J1為清洗前膜的滲透量；Jo為膜的初始滲透通量；Jo’為膜清洗后的滲透通量。用恢復系數K衡量式中，J為清洗后膜的通量；Jo為膜清洗前的初始通量。68反滲透系統的清洗確定何時進行清洗分析污垢成份確定清洗劑及用量進行清洗Theexamplesofcleanprocess

69確定何時進行清洗1.產水量比正常產水量下降10％－15％2.脫鹽率比正常脫鹽率上升10％3.RO系統的全部或部分膜兩側的壓力差上升10％－15％70確定清洗劑及用量通過對污垢的分析判斷，選用合適的清洗劑，使其去處污垢，而不損傷反滲透膜。使系統恢復正常生產。71XXX發電廠RO系統清洗清洗系統連接72Theexamplesofcleanprocess

濃縮牛奶蛋白的超濾膜的清洗在正常操作溫度下用清水漂洗10min在60-75℃下堿洗30-60min用清水漂洗10min

在50-60℃下酸洗20-60min用清水漂洗10min在60-75℃下堿洗15-30min用清水漂洗10min消毒時通常在室溫下加消毒劑循環l10-30min73常用的高分子膜根據其使用界限，往往使用多種化學消洗劑，例如：

①對于醋酸纖維素膜(PH2.5—8.5，50℃)，其化學清洗過程為：水漂洗

酶清洗劑(P3-ultrasil53，1％，60-90min)室溫水洗

酸洗(P3-ultrasil75，0.3％，20min)室溫水洗

過醋酸殺菌(P3-oxoniaaktiv，0.3％，20min)室溫水洗

④對于聚酰胺膜(PH1-12，50℃)，其化學清洗過程為：水漂洗