UF膜與MF膜的膜污染
UF膜與MF膜的膜污染問(wèn)題
膜污染是UF膜與MF膜技術(shù)用于飲用水處理的最大障礙。
膜污染是指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或阻塞，使膜產(chǎn)生透過(guò)流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。對(duì)于膜污染，應(yīng)當(dāng)說(shuō)，一旦料液與膜接觸．膜污染即開(kāi)始；也就是說(shuō)，由于溶質(zhì)與膜之間相互作用而產(chǎn)生吸附，開(kāi)始改變膜特性。對(duì)于MF膜這一影響不十分明顯，它以溶質(zhì)粒子聚焦與堵孔為主；而對(duì)于UF膜，若膜材料選擇不合適，此影響相當(dāng)大，與初始純水透水率相比，可降低20％一40％。
Jensen和Jhorsen介紹了挪威水廠(chǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)膜的選擇和運(yùn)行狀態(tài)是影響膜污染的重要因素。選擇膜時(shí)應(yīng)注意選用的膜材料與被分離的溶質(zhì)問(wèn)的相互作用越弱越好，這樣在超濾過(guò)程中，膜不但不易被污染，即使受到污染也很容易清洗下來(lái)，使膜的透水通量很快得到恢復(fù)。膜的親水或疏水性、荷電性會(huì)影響到膜與溶質(zhì)問(wèn)相互作用的大小，通常認(rèn)為親水膜及膜材料電荷與溶質(zhì)電荷相同的膜較耐污染。因?yàn)橛H水的膜表面與水形成氫鍵，這種水處于有序結(jié)構(gòu)，當(dāng)疏水溶質(zhì)要接近膜表面，必須破壞有序水，這需要能量，不易進(jìn)行；另外，膜與溶質(zhì)間的VanDerWaals力的比例系數(shù)H(Hamaker常數(shù))表示為
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其中H11,H22 和H33分別為水、溶質(zhì)和膜的Hamaker常數(shù)，由式中可見(jiàn)H213，始終是正值或零。若膜是親水性的，則H22 或H33值增高，使H213值降低，即膜和溶質(zhì)問(wèn)的吸引力減弱，較耐污染及易清洗。
Lalne等人實(shí)驗(yàn)證明，親水性膜比疏水性膜對(duì)于由有機(jī)物質(zhì)吸附到膜面上造成膜污染的敏感性要低一些。法國(guó)由Cabassud等人進(jìn)行的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)研究也有此結(jié)果。為了改進(jìn)疏水膜的耐污性能，一般可采用膜表面改性法引人親水基因，或用復(fù)合膜手段復(fù)合一層親水性分離層，也可用陰極噴鍍法在UF膜表面鍍一層碳。
在保證能截留溶質(zhì)中污染物的前提下，應(yīng)盡量選擇孔徑或截留分子量大的膜，以得到較高透水量。但事實(shí)證明，膜孔徑較大時(shí)，大分子物質(zhì)容易進(jìn)人微孔內(nèi)產(chǎn)生阻塞，反而有更高的污染速率，引起透水量大幅度下降。因此，膜的孔徑或截留分子量的選擇，應(yīng)根據(jù)原水中有機(jī)物分子量分布通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。
UF膜和MF膜的運(yùn)行方式可分為靜態(tài)死端式過(guò)濾和動(dòng)態(tài)橫流過(guò)濾兩種方式。死端式過(guò)濾中，進(jìn)料流體正交地流過(guò)膜，所有的被截留的微粒都沉積在膜上，形成隨時(shí)間而增厚的濾餅；而在橫流過(guò)濾中，進(jìn)料流體直接從膜的表面流過(guò)，可以對(duì)進(jìn)水側(cè)的膜表面起到水力沖刷的作用，在膜的表面上形成一定的剪切力、浮力，可以使已經(jīng)沉積的微粒返回流體主體，有效地減輕膜面有機(jī)物的積累。
對(duì)于有效分離性能來(lái)說(shuō)，膜上形成的濾餅層的結(jié)構(gòu)和厚度比膜本身結(jié)構(gòu)的影響還要大；而且在裝置運(yùn)行期間濾餅層總是會(huì)逐漸地使有效分離范圍改變，即隨著操作時(shí)間的延長(zhǎng)，只能允許直徑越來(lái)越小的微粒通過(guò)。在極端情況下，微濾過(guò)程可能會(huì)因?yàn)V餅層而轉(zhuǎn)變成超濾過(guò)程。
為減少膜污染日本東京大學(xué)采用紫外線(xiàn)對(duì)進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，膜組件是聚乙烯中空纖維膜，膜孔徑為0．1μm，膜通量恒定維持在20．83L／(h·m2)，紫外線(xiàn)由低壓汞燈產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)表明，在沒(méi)有紫外線(xiàn)預(yù)處理的情況下，膜的工作壓力約75d從20kPa增加到l00kPa，而經(jīng)紫外線(xiàn)預(yù)處理后，160d左右膜的工作壓力才增加到100kPa，證明，紫外線(xiàn)預(yù)處理有效地抑制了膜污染。
UF膜與MF膜在處理飲用水過(guò)程中，應(yīng)盡可能地創(chuàng)造條件，減輕膜的濃差極化，延緩膜的污染．從而延長(zhǎng)膜的使用周期和使用壽命．取得更佳的經(jīng)擠效益。
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