超濾膜污染類型研究進(jìn)展

凌洪吉

（科盛環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?南京 211500）

超濾膜污染類型研究進(jìn)展

凌洪吉

（科盛環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?南京 211500）

膜分離技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途、最具發(fā)展前景的重大高新技術(shù)之一，它在工業(yè)技術(shù)改造中起著戰(zhàn)略性作用。膜分離技術(shù)對(duì)許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵作用。然而，膜污染問(wèn)題始終是限制其應(yīng)用的瓶頸，減少乃至消除膜污染將能大大拓寬其使用范圍。因此，近年來(lái)，超濾膜污染的預(yù)防及控制措施研究依然是人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

超濾;膜污染;控制技術(shù);進(jìn)展

限制膜技術(shù)在水處理中的大規(guī)模應(yīng)用主要有兩方面原因：一是膜生產(chǎn)成本高，二是膜運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的膜污染導(dǎo)致過(guò)膜通量下降。隨著科學(xué)技術(shù)的日益創(chuàng)新，膜的生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，已經(jīng)使膜成本大大降低，膜污染便成了阻礙膜應(yīng)用的主要因素。膜污染分為可逆污染和不可逆污染?？赡嫖廴局傅氖峭ㄟ^(guò)物理反沖洗或者化學(xué)清洗后，跨膜壓差或者過(guò)膜通量可以恢復(fù)的部分。不可逆污染指的是即使通過(guò)物理或化學(xué)反沖洗后，跨膜壓差或者過(guò)膜通量仍然丟失的部分。當(dāng)不可逆污染非常嚴(yán)重時(shí)，就意味著膜需要更大程度的化學(xué)清洗，或者被替換掉。

0 膜污染類型研究進(jìn)展

膜污染是一系列不同物質(zhì)之間的物理作用和化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果導(dǎo)致的，其中包括原水中不同污染成分之間的相互作用以及這些污染物成分和不同材質(zhì)膜表面之間的物理化學(xué)作用。造成膜污染的因素主要有以下幾種：原水污染物成分，主要污染物成分的濃度，水化條件（pH，離子強(qiáng)度，二價(jià)陽(yáng)離子濃度等），膜材料自身屬性（膜表面形態(tài)，親疏水性，帶電性，孔隙率等），溫度，運(yùn)行模式，水動(dòng)力學(xué)條件（初始過(guò)膜通量，錯(cuò)流速率）等。就污染物而言，膜污染一般可以分為四種類型：顆粒物污染、無(wú)機(jī)物污染、有機(jī)物污染和微生物污染。

1 顆粒物污染

根據(jù)研究可以將自然水體和污水中的顆粒物分為四類：1）可沉降顆粒物（＞100μm）；2）超膠體顆粒物（1μm—100μm）；3）膠體顆粒物（0.001μm—1μm）；4）可溶解顆粒物（0.001μm）。顆粒物引起的膜污染機(jī)制分為三類：膜孔堵塞，濾餅層的形成和濃差極化。

（1）膜孔堵塞膜孔堵塞是顆粒物污染的第一階段，也是造成污染最嚴(yán)重的階段。膜孔堵塞可以分為三種不同的形式：1）標(biāo)準(zhǔn)膜孔堵塞，即顆粒物在膜孔周圍沉淀；2）完全膜孔堵塞，即顆粒物鑲嵌到膜孔內(nèi)；3）中間膜孔堵塞，即上述兩種形式相互結(jié)合導(dǎo)致的堵塞。隨著水中顆粒物持續(xù)不斷地沉積在膜表面，濾餅層逐漸形成，膜污染進(jìn)入下一階段。（2）濾餅層形成一旦濾餅層在膜表面形成，那么濾餅層將會(huì)取代膜的角色，決定過(guò)膜通量的變化和過(guò)濾去除的效果。有研究表明，增大跨膜壓差或者過(guò)濾速率會(huì)加重濃差極化現(xiàn)象和膜污染。由于污染顆粒物在較高濃度下更容易相互反應(yīng)以及沉積在膜表面，因此濃差極化越嚴(yán)重，膜污染情況也越嚴(yán)重。

2 無(wú)機(jī)物污染

過(guò)濾過(guò)程中由于水解作用和氧化作用，無(wú)機(jī)化合物會(huì)沉淀在膜表面，從而導(dǎo)致膜污染現(xiàn)象的發(fā)生。結(jié)晶作用和顆粒污垢是膜表面的結(jié)垢現(xiàn)象中的兩種主要污染機(jī)制。結(jié)晶過(guò)程中，膜表面的沉積現(xiàn)象是由于離子的沉淀作用；然而在顆粒污垢形成過(guò)程中，沉積現(xiàn)象的發(fā)生是由于膠體顆粒物從水體中向膜表面的錯(cuò)流作用。研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶作用和顆粒污垢都是無(wú)機(jī)鹽逆溶解度造成的直接結(jié)果。尤其是在納濾和反滲透系統(tǒng)中，溶解鹽通常被濃縮4到10倍，當(dāng)無(wú)機(jī)鹽在水中的濃度超過(guò)它自身的溶解度的時(shí)候，就會(huì)析出并沉淀在膜表面。因此，當(dāng)水體中無(wú)機(jī)鹽濃度較高時(shí)，膜表面的顆粒污垢和膠體污染現(xiàn)象就會(huì)加重。

3 有機(jī)物污染

由于污水（工業(yè)廢水、市政污水、農(nóng)業(yè)廢水）來(lái)源復(fù)雜，因此污水處理廠處理的污水中所含有的有機(jī)物成分多種多樣。一般來(lái)講，二級(jí)出水中的溶解性有機(jī)物（EfOM）對(duì)膜組件運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的膜污染起到關(guān)鍵的影響。溶解性有機(jī)物廣泛存在與地表水和污水中，根據(jù)溶解性有機(jī)物的來(lái)源將它們分為三類：1）水源水中難溶解的天然有機(jī)物（NOM）；2）生物處理工藝中由于有機(jī)物降解作用產(chǎn)生的可溶性有機(jī)產(chǎn)物（SMP）；3）人類排入水中的合成有機(jī)物（SOC）和給排水消毒工藝中產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物（DBPs）。

4 微生物污染

污水處理過(guò)程中常常用到生物處理，由于細(xì)菌細(xì)胞和絮體會(huì)在膜表面沉積、生長(zhǎng)和代謝，因此在膜和水體的固液界面會(huì)發(fā)生微生物的聚集現(xiàn)象，造成膜污染現(xiàn)象。膜表面的生物污染形成的過(guò)程一般包括以下四個(gè)步驟：1）大分子物質(zhì)和蛋白質(zhì)改變膜表面的環(huán)境；2）先驅(qū)浮游生物細(xì)胞附著在膜表面；3）初期生物附著形成微生物菌落；4）逐漸形成成熟的生物膜。細(xì)菌細(xì)胞聚集在膜表面經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程：生物附著（生物粘附和生物吸附）和生物生長(zhǎng)（增殖）。生物附著過(guò)程主要受到微生物特性、水體性質(zhì)以及膜材質(zhì)的影響。

生物膜的主要成分是細(xì)胞生物和多種胞外聚合物（EPS）。在所有的生物膜中，EPS所占的比例最大，大約占到全部有機(jī)物的50-80%。這些降解產(chǎn)物包括很多不同種類的大分子有機(jī)物（例如多糖、蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)、核酸、脂質(zhì)和其它聚合物），大多存在于細(xì)胞外表面以及微生物絮體之間。

[1]梁玉龍.恒壓超濾水處理過(guò)程的影響因素及膜污染特性的評(píng)價(jià)研究[碩士學(xué)位論文][D].西安：西安建筑科技大學(xué),2009.

[2]瞿芳術(shù).超濾處理高藻水過(guò)程中膜污染特性及控制研究[博士學(xué)位論文][D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012.

[3]王保貴.污水深度處理方法去除二級(jí)出水有機(jī)物（EfOM）的效能及其緩解超濾膜污染研究[碩士學(xué)位論文][D].北京：北京工業(yè)大學(xué),2013.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.008

凌洪吉（1981-）,男,江蘇鎮(zhèn)江人,研究生,工程師,研究方向：水污染控制研究。