膜汙染與清洗的原理和方法

   精濾、微 濾、超濾、納濾 及反滲透等以壓 力為動力源的膜 分離工藝 中，由於水體中截留物的存在，在透過液透過膜體的同時，截留物必然對 膜體產生漸進的汙染。減輕膜汙染的全部措施僅會延緩汙染的發展進程， 

而不可能完全阻止汙染的發生。過度的膜汙染將會使膜性能下降，甚至喪 失膜係統應有的分離功能。膜清洗作為恢複膜性能的有效手段，保證了膜 係統的長期有效運行，又不可能使膜性能恢複到原始狀態，每次徹底清洗 後的性能恢複程度都在下降。一定意義上講，膜元件的壽命取決於清洗的 有效程度。

   膜汙染是膜工藝過程中不可避免的伴生現象。以壓力為動力源的膜汙 染，主要包括無機物汙染、有機物汙染與微生物汙染。 多孔膜的汙染以有機物與微生物汙染為主，以無機物汙染為輔。有機物 汙染指有機物在膜孔內的吸附、堵塞與截留，及在膜表麵形成的凝膠層；微 生物汙染指微生物在膜表麵的附著、堵塞與滋生；無機物汙染指難溶鹽在膜表麵與凝膠層相互作用形成的析出沉澱。三類膜汙染因素的合成作用，可堵 塞膜孔或形成濾餅，使膜的分離性能指標惡化。 致密膜的汙染以無機汙染為主，以有機物與微生物汙染為輔。難溶鹽的 飽和度超過其極限時將在膜表麵析出沉澱。但當有機物與微生物在膜表麵聚 集並形成凝膠層時，無機鹽即使尚未達到極限飽和濃度，也會與凝膠物結合 形成沉澱。 膜材料及其改性、膜表麵的構型、膜元件的結構、預處理及膜係統的設 計與運行等領域內，技術進步的重要目的之一就是要減除汙染的成因、減緩 汙染的發生、減弱汙染的程度、減少清洗的力度與頻度。就膜係統的設計與 運行過程而言，應在努力提高係統回收率、降低工作壓力等發揮係統功能、 降低運行成本的同時，盡量在膜表麵形成強錯流徑流，以減弱濃差極化現 象，阻止凝膠層的形成，對於反滲透或納濾膜還應努力避免難溶鹽在膜表麵 的析出沉澱。
   膜元件的清洗包括水力衝洗與化學清洗兩大分支，每一分支又可分為正 洗與反洗兩種工藝，超濾膜清洗過程中還可采用加壓氣洗。全量運行方式下 超濾係統的頻繁正反衝洗是不可或缺的，而複合反滲透膜係統則不允許反 衝洗。所謂水力衝洗是停止係統的產水過程，以較低壓力與較大流量對膜表麵 （正洗）及膜孔（反洗）形成高速徑流，以消除濃差極化層，破壞尚未牢固的 各類垢層。膜的三大類汙染及濃差極化現象均存在一個累積過程。膜係統在 正常運行過程中，定時執行水力衝洗工藝，對於減弱與緩解膜汙染起著重要 的作用。對預處理工藝相對薄弱的中小型係統，水力衝洗的效果尤為明顯。 水力衝洗工藝中還存在衝洗的頻率、時間、壓力、流量等衝洗工藝參數。 衝洗工藝中，正衝的工藝簡單、衝洗效果較差；反衝的工藝複雜、衝洗 效果較好。正衝洗時流量是主要參數，而反衝洗時壓力是主要參數。水力正 衝用水即是係統給水水源，而反衝用水隻能是係統產水。錯流方式下的衝洗 水可以回用，而全量方式下的衝洗水一般排放。 衝洗的時間與衝洗效果直接影響著係統的工作效率，而決定衝洗頻率的 主要是係統給水水質、係統運行方式及係統運行參數等因素。

   當水力衝洗工藝不足以恢複膜係統性能時，采用化學藥劑的清洗工藝則分級工藝處理 成為必要手段。一般而言，清除有機物用堿，清除無機物用酸，而清除微生 物用氧化劑，且多采取各種藥液輪流清洗的方式。化學清洗的徑流形式與水 力衝洗基本一致，但清洗液流量的作用趨弱，而藥劑成分、藥液濃度、洗液 溫度、清洗時間、浸泡時間甚至表麵活性劑濃度等因素上升為主導地位。當 膜汙染嚴重時，酸、堿及氧化劑的輪流反複清洗也成為有效手段。 化學清洗與水力衝洗的根本區別：一是化學藥劑的使用；二是清洗對 象的明確。在對陌生係統清洗前，一般需要進行給水水質檢驗，有時需要 打開膜容器檢查元件表麵殘留的汙染物，必要時甚至解剖部分膜元件以化 驗膜表層汙染物成分。有效的化學清洗總是建立在了解汙染物化學成分基 礎之上。 化學清洗也分為在線清洗與離線清洗兩種方式。在線清洗的周期短、工 藝簡單，但往往因設備環境的限製，清洗效果欠佳。將膜元件從膜容器或係 統結構中拆出，使用專用清洗設備離線清洗時，清洗周期長，工藝複雜，但 常可取得較好的清洗效果。 值得注意的是，在長流程反滲透係統中，流程前部元件多為有機物汙染，流程後部元件多為無機物汙染。記錄膜元件在係統流程中的工作位置， 並通過在線或離線檢測不同位置膜元件性能衰減的程度，可有效掌握係統汙 染性質與程度，並明確指導膜清洗的工藝參數。