超滤膜污染控制研究进展

崔 程

（科盛环保科技股份有限公司，江苏南京 211500）

超滤膜污染控制研究进展

崔 程

（科盛环保科技股份有限公司，江苏南京 211500）

膜分离技术被认为是21世纪最有前途、最具发展前景的高新技术之一，它在工业技术改造中起着战略性作用。然而，膜污染问题始终是限制其应用的瓶颈，减少乃至消除膜污染将大大拓宽其使用范围。因此，近年来，超滤膜污染的预防及控制措施研究依然是人们关注和研究的热点问题。

超滤；膜污染；控制技术；进展

在超滤膜的应用中，膜的污染问题一直是工程应用中需要考虑的重要因素之一。因此，在膜科学技术研究之中对超滤膜污染的控制研究仍将是超滤膜研究中的重要课题之一。

1 超滤膜污染的形成机理

充分认识超滤膜的污染特征（生物有机物、无机物）和污染机理（沉积、毛孔堵塞、凝胶、吸附或者滤饼层的形成）是超滤膜清洗成功的关键。造成超滤膜污染的因素有很多，而污染物的类型直接决定了污染的性质和机理。造成超滤膜污染的物质包括：颗粒物、天然有机物以及一些无机元素等，其中天然有机物在膜污染的形成中占主要作用；过滤流速越大，错流流速越小，盐度和胶体浓度越高超滤膜污染也越严重。研究表明，膜孔堵塞和泥饼层是造成膜污染的主要原因，水体中腐殖酸类物质、藻类以及微生物分泌的有机物等物质是造成超滤膜不可逆污染的主要物质，这些有机物能在膜表面形成一层密实厚的滤饼层，并堵塞膜孔，造成膜通量的下降或者跨膜压差升高［1］。

随着污染的形成，超滤膜的运行性能将进一步恶化，出水产能大大降低，出水质量大打折扣，运行成本也将随之升高。超滤膜的有机污染原因一般从有机物的亲疏水性和分子量大小方面来考虑。其中，水力反冲洗可以有效去除疏水性有机物和极性亲水性有机物。然而通量需经过化学清洗出中性亲水性有机物之后才得以恢复，表明中性亲水性成分是导致超滤膜不可逆污染的主要成因之一。大分子量有机物更易被截留在膜表面，形成滤饼层，造成膜污染，使膜通量下降。超滤膜对小分子量非UV254类物质具有去除作用，并在对化学药剂清洗液的分析中发现，被膜去除的有机物多为非极性和弱极性的有机物，小分子有机物吸附在膜孔内，进而形成膜的不可逆污染［2］。由此可见，水中有机物特性对超滤膜污染影响程度相差很大，这可能由超滤膜材质以及试验用水组分不同造成的，因此需要进一步研究。另外一些无机物也会造成超滤膜的污染：水源水中成分复杂，同时有机物与无机物（悬浮颗粒、Ca/Mn 等金属离子以及其氧化物）之间的相互作用也能促进膜污染，膜表面及其膜孔使膜造成污染，特别是高价态金属物质能与水中有机物形成螯合作用，造成更为严重的膜污染。

2 超滤膜的污染控制

针对超滤膜污染控制技术，人们做了大量研究。目前膜污染的控制方法主要包括：运行工况的控制、物理反洗、维护性清洗、化学清洗、预处理等。

2.1 超滤膜运行工况的控制

李圭白等在超滤膜零污染通量的研究中证实了膜零污染通量的存在，通过控制超滤膜的过滤通量并进行连续或者间歇曝气，可使膜的跨膜压差不增大。通过控制超滤过程中的曝气强度与时间，或者增加相应预处理，可使超滤膜的零污染通量有所提高。但由于该方法限制了超滤膜的过滤通量，未能使超滤膜产水性能得到充分应用，同时为保证产水量将不得不增加膜面积和膜池容积等，进而增加工程费用，因此在目前饮用水工程还很少应用。

2.2 膜的清洗

膜的清洗包括：物理反洗、维护性清洗和化学清洗。物理清洗主要通过水正冲洗、水反冲洗以及辅助曝气来清理膜表面和膜孔内污染物质，使得超滤膜通量以及运行压力得到恢复的运行方式。在超滤膜的物理反冲洗方面已经有大量的试验研究，通过试验以及建立模型选择合理的控制反洗水强度、曝气强度、清洗时间及其操作方式可以使超滤膜污染在一定程度上得到恢复，但并不能使超滤膜性能得到完全恢复。维护性清洗和化学清洗实际上是利用化学药剂与膜沉积物沉淀物产生化学反应从而使污染物去除。应根据膜的性质和处理液的性质来定［3］。一般这些化学试剂有：盐酸或柠檬酸、氢氧化钠、氧化剂以及螯合剂等。维护性清洗和化学清洗能够使污染的膜达到很好的恢复效果，因此化学清洗药剂的研究应用也是超滤膜污染控制领域研究者们比较关心的部分；但因化学清洗药剂一般在高浓度下使用，而高浓度药剂浸泡对超滤膜的使用寿命会导致不利影响；此外由于膜化学清洗的废液浓度较高不易处理，排放后会对环境造成不利影响。因此化学清洗不是一种理想的膜清洗方式。

2.3 膜进水预处理

超滤工艺一般与混凝等工艺联用，以降低超滤膜的负荷，减缓膜污染的速度，进而提高产水能力。通过预处理工艺对超滤膜的污染控制研究主要包括：预氧化、炭砂滤池、MIEX、强化絮凝、活性炭等预处理技术以及多种方式联用技术可进一步去除水体中剩余的有机物，减轻致超滤膜污染的污染物含量，降低进入膜表面的污染负荷，从而改善超滤膜系统的运行状况。从这些研究中可以得出针对高藻水的处理，预氧化+混凝+处理其他工艺等协同联合使用对藻类引起超滤膜污染的控制具有明显效果，另外一些氧化剂如高锰酸盐与氯联合使超滤对藻类的协同处理过程中处理效果更加显著。

［1］ 赵从珏，谭浩强，衣雪松.超滤膜污染的成因及防控研究进展［J］中国资源综合利用，2011，（7）.

［2］ 朱东旭，李江，耿晓保.化工生产中水处理系统的技术探讨［J］河南化工，2013，（5）.

［3］ 赵林峰.电厂化学水处理系统综合化控制发展趋势［J］.中国电力，2001，（8）.

Research Progress of Ultrafiltration Membrane Fouling

Cui Cheng

Membrane separation technology is regarded as one of the most promising and promising high-tech in the 21st century.It plays a strategic role in the industrial technological transformation.However，the membrane fouling problem is always the bottleneck of its application，and reducing or even eliminating the fouling will greatly expand its scope of application.Therefore，in recent years，the prevention and control of ultrafi ltration membrane pollution research is still a hot topic of concern and research.

ultrafi ltration；membrane fouling；control technology

TU991.2

A

1003-6490（2016）07-0145-01

2016-07-11

崔程（1987—），男，江苏东台人，助理工程师，主要研究方向为环境工程（超滤、反渗透、EDI等膜法水处理、零排放）。