膜污染与清洗的原理和方法

   精滤、微 滤、超滤、纳滤 及反渗透等以压 力为动力源的膜 分离工艺 中，由于水体中截留物的存在，在透过液透过膜体的同时，截留物必然对 膜体产生渐进的污染。减轻膜污染的全部措施仅会延缓污染的发展进程， 

而不可能完全阻止污染的发生。过度的膜污染将会使膜性能下降，甚至丧 失膜系统应有的分离功能。膜清洗作为恢复膜性能的有效手段，保证了膜 系统的长期有效运行，又不可能使膜性能恢复到原始状态，每次彻底清洗 后的性能恢复程度都在下降。一定意义上讲，膜元件的寿命取决于清洗的 有效程度。

   膜污染是膜工艺过程中不可避免的伴生现象。以压力为动力源的膜污 染，主要包括无机物污染、有机物污染与微生物污染。 多孔膜的污染以有机物与微生物污染为主，以无机物污染为辅。有机物 污染指有机物在膜孔内的吸附、堵塞与截留，及在膜表面形成的凝胶层；微 生物污染指微生物在膜表面的附着、堵塞与滋生；无机物污染指难溶盐在膜表面与凝胶层相互作用形成的析出沉淀。三类膜污染因素的合成作用，可堵 塞膜孔或形成滤饼，使膜的分离性能指标恶化。 致密膜的污染以无机污染为主，以有机物与微生物污染为辅。难溶盐的 饱和度超过其极限时将在膜表面析出沉淀。但当有机物与微生物在膜表面聚 集并形成凝胶层时，无机盐即使尚未达到极限饱和浓度，也会与凝胶物结合 形成沉淀。 膜材料及其改性、膜表面的构型、膜元件的结构、预处理及膜系统的设 计与运行等领域内，技术进步的重要目的之一就是要减除污染的成因、减缓 污染的发生、减弱污染的程度、减少清洗的力度与频度。就膜系统的设计与 运行过程而言，应在努力提高系统回收率、降低工作压力等发挥系统功能、 降低运行成本的同时，尽量在膜表面形成强错流径流，以减弱浓差极化现 象，阻止凝胶层的形成，对于反渗透或纳滤膜还应努力避免难溶盐在膜表面 的析出沉淀。
   膜元件的清洗包括水力冲洗与化学清洗两大分支，每一分支又可分为正 洗与反洗两种工艺，超滤膜清洗过程中还可采用加压气洗。全量运行方式下 超滤系统的频繁正反冲洗是不可或缺的，而复合反渗透膜系统则不允许反 冲洗。所谓水力冲洗是停止系统的产水过程，以较低压力与较大流量对膜表面 （正洗）及膜孔（反洗）形成高速径流，以消除浓差极化层，破坏尚未牢固的 各类垢层。膜的三大类污染及浓差极化现象均存在一个累积过程。膜系统在 正常运行过程中，定时执行水力冲洗工艺，对于减弱与缓解膜污染起着重要 的作用。对预处理工艺相对薄弱的中小型系统，水力冲洗的效果尤为明显。 水力冲洗工艺中还存在冲洗的频率、时间、压力、流量等冲洗工艺参数。 冲洗工艺中，正冲的工艺简单、冲洗效果较差；反冲的工艺复杂、冲洗 效果较好。正冲洗时流量是主要参数，而反冲洗时压力是主要参数。水力正 冲用水即是系统给水水源，而反冲用水只能是系统产水。错流方式下的冲洗 水可以回用，而全量方式下的冲洗水一般排放。 冲洗的时间与冲洗效果直接影响着系统的工作效率，而决定冲洗频率的 主要是系统给水水质、系统运行方式及系统运行参数等因素。

   当水力冲洗工艺不足以恢复膜系统性能时，采用化学药剂的清洗工艺则分级工艺处理 成为必要手段。一般而言，清除有机物用碱，清除无机物用酸，而清除微生 物用氧化剂，且多采取各种药液轮流清洗的方式。化学清洗的径流形式与水 力冲洗基本一致，但清洗液流量的作用趋弱，而药剂成分、药液浓度、洗液 温度、清洗时间、浸泡时间甚至表面活性剂浓度等因素上升为主导地位。当 膜污染严重时，酸、碱及氧化剂的轮流反复清洗也成为有效手段。 化学清洗与水力冲洗的根本区别：一是化学药剂的使用；二是清洗对 象的明确。在对陌生系统清洗前，一般需要进行给水水质检验，有时需要 打开膜容器检查元件表面残留的污染物，必要时甚至解剖部分膜元件以化 验膜表层污染物成分。有效的化学清洗总是建立在了解污染物化学成分基 础之上。 化学清洗也分为在线清洗与离线清洗两种方式。在线清洗的周期短、工 艺简单，但往往因设备环境的限制，清洗效果欠佳。将膜元件从膜容器或系 统结构中拆出，使用专用清洗设备离线清洗时，清洗周期长，工艺复杂，但 常可取得较好的清洗效果。 值得注意的是，在长流程反渗透系统中，流程前部元件多为有机物污染，流程后部元件多为无机物污染。记录膜元件在系统流程中的工作位置， 并通过在线或离线检测不同位置膜元件性能衰减的程度，可有效掌握系统污 染性质与程度，并明确指导膜清洗的工艺参数。