1、膜污染BY KOU2n 1 膜污染定義及分類膜污染定義及分類n 2 膜污染的來源膜污染的來源n 3 膜污染的模型膜污染的模型n 4 膜污染的分析技術(shù)膜污染的分析技術(shù)n 5 膜污染的影響因素膜污染的影響因素n 6 膜污染的防治膜污染的防治CONTENT3膜污染膜污染1 膜污染的定義及分類1.1狹義的膜污染: 膜污染是指在膜濾過程中，由于原水中的微粒物、膠體粒子或溶質(zhì)分子，與膜之間存在物理化學(xué)作用或機(jī)械作用，而在膜表面及膜孔內(nèi)部的吸附或沉積，致使出現(xiàn)膜孔堵塞或變小、膜過濾阻力增大、膜通量不可逆下降等膜水力性能降低的現(xiàn)象。即國際純粹與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(IUPAC)定義的膜污染。1.2廣義的膜污染:除了上

2、述膜孔堵塞和表面沉積，還包括由于可逆的濃差極化導(dǎo)致的凝膠層的形成。4膜污染膜污染膜污染及分類1.3分類: 根據(jù)水力清洗對膜污染去除的情況，將膜污染分為可逆膜污染和不可逆膜污染兩大類。 一般認(rèn)為，可以通過正常運(yùn)行周期設(shè)定的物理清洗去除的膜污染視為可逆膜污染，在膜表面形成的濾餅層所導(dǎo)致的膜污染，一般被認(rèn)為是可逆膜污染； 反之，將不能通過正常運(yùn)行周期所設(shè)定的物理清洗去除，在整個超濾過程中不斷累積，最終必須通過化學(xué)清洗才能去除的膜污染稱為不可逆膜污染。5膜污染膜污染2 膜污染的來源2.1濾餅層 濾餅層主要是指水透過膜時被截留下來的部分活性污泥和膠體物質(zhì),在濾壓差和透過水流的作用下堆積在膜表面而形成的膜

3、面污染。其中有無機(jī)污染物,也有有機(jī)污染物。無機(jī)污染物主要是鈣、鎂、硅、鐵等的碳酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽的結(jié)垢物,最常見的是CaCO3和CaSO4。 有機(jī)污染物主要是蛋白質(zhì)、絮凝劑、天然高分子等有機(jī)膠體和容易在膜表面附著的溶解性有機(jī)物,它們在氫鍵、色散力和憎水作用下被吸附在膜上。 濾餅層是一種可逆污染 ,一般可以通過水力清洗等定期清洗消除污染 ,快速恢復(fù)部分膜通量 。6膜污染膜污染2.2 溶解性有機(jī)物質(zhì)溶解性有機(jī)物是 MBR 膜在抽吸過程中出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象的重要原因之一 ,反應(yīng)器污水中自身的溶解性高分子有機(jī)物、大分子的微生物可溶性代謝產(chǎn)物都容易通過濃差極化作用而在膜表面形成凝膠層 ,或被膜內(nèi)的微孔表

4、面所吸附或結(jié)晶 , 堵塞孔道, 使膜通量減少。7膜污染膜污染2.3 微生物污染微生物也是造成膜污染的一個主要因素 。微生物污染主要由微生物及其代謝產(chǎn)物組成的粘泥引起 ,膜表面易吸附腐殖質(zhì) 、 聚糖脂 、 微生物新陳代謝產(chǎn)物等大分子物質(zhì) 。 膜內(nèi)的微孔中也有微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì) ,適宜微生物生存 , 因而不可避免地有大量微生物滋生 ,極易形成一層生物膜 , 造成膜的不可逆阻塞 , 使膜通量下降 , 成為膜污染的一個重要原因。 如劉銳等發(fā)現(xiàn)在中空纖維膜的微孔中有大量的絲狀菌 、 球狀菌和短桿狀菌。 F l e mm i ng等提出了膜被微生物污染的 4階段學(xué)說: 首先有機(jī)大分子物質(zhì)吸附在膜組件

5、上 ,然后進(jìn)水體系中粘附速度快的細(xì)胞形成初期粘附過程 ,粘附后期大量群集生物生長 ,最后在膜表面上形成生物膜 。膜污染還與膜材料、膜孔徑的大小及分布、膜性能及原水的特性密切相關(guān)。關(guān)于膜污染機(jī)理目前還沒有統(tǒng)一的理論，但文獻(xiàn)中一致認(rèn)同原水中顆粒物與膜材料之間的相互作用是影響膜污染的最主要因素。8膜污染膜污染3膜污染模型根據(jù)膜污染的特征,一般可以用完全堵塞污染模型、濾餅層過濾污染模型、標(biāo)準(zhǔn)堵塞模型和中間堵塞污染模型來進(jìn)行描述9膜污染膜污染4 膜污染的分析技術(shù)對膜污染的分析方法包括宏觀和微觀兩個方面: 在宏觀上，通過研究過濾過程中的水質(zhì)、膜通量和各種過濾阻力的變化，分析得到通量（或跨膜壓差）的變化規(guī)律

6、。 在微觀上，通過研究污染膜（物）的成分、形態(tài)、分布等，從而對膜污染的機(jī)理和進(jìn)程加以解釋和分析。微觀上對膜污染的研究，需要通過各種必要的儀器分析測試手段加以實(shí)現(xiàn)。10膜污染膜污染4 膜污染的分析技術(shù)4.1常規(guī)檢測主要的測試指標(biāo)包括：濁度、pH 值、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總有機(jī)碳（TOC）、紫外吸光度（UV254）。4.2儀器分析測試為了分析污染物的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)，需采用各種現(xiàn)代化的儀器分析手段，對污染前后的膜進(jìn)行微觀分析。4.2.1微觀形貌分析一般采用直接觀察法，主要用于表征膜上污染物的形態(tài)，包括透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、場發(fā)射掃描電鏡（FSEM）、原子力顯微

7、鏡（AFM）等11膜污染膜污染4 膜污染的分析技術(shù)4.2.2成分分析采用 X 射線光電譜（XPS）、紅外光譜（IR）、等離子發(fā)射光譜（ICP）、能量色散 X 射線光譜分析（EDX）、紫外分光光度計等儀器分析手段 、傅立葉紅外光譜儀分析。4.2.3在線監(jiān)測采用超聲時域反射計可以進(jìn)行膜污染的實(shí)時檢測和膜清洗的表征。12膜污染膜污染4.3 掃描電鏡 掃描電鏡（SEM）可放大十幾倍到幾十萬倍，其分辨率可達(dá) 3 nm。用掃描電鏡拍攝圖像時，對樣品的制備有一定要求。應(yīng)盡可能保持樣品的表面結(jié)構(gòu)完好，樣品干燥并有良好的導(dǎo)電性能，因此，在進(jìn)行掃描電鏡觀察前，需對樣品作相應(yīng)的處理。但是，要注意在操作過程中不能使樣

8、品產(chǎn)生變形和污染?；臼褂梅椒? 先將所要觀察的膜絲截取一斷，待自然風(fēng)干后備用。用掃描電鏡觀察膜絲前，需要用離子噴濺儀在膜絲上鍍一層金膜，以加強(qiáng)其導(dǎo)電性。若對膜絲的橫斷面進(jìn)行觀測時，需將膜絲在液氮中浸漬后，在低溫下用鑷子將其脆斷。這樣可以盡量保持膜絲斷面的原樣，不會使截取的斷面因受擠壓而發(fā)生變形。13膜污染膜污染4.3掃描電鏡14膜污染膜污染膜污染的影響因素5.1膜和組件的特性膜的孔徑、材質(zhì)、表面電荷、粗糙度及親疏水性和膜構(gòu)型5.2微生物特性微生物組成、微生物參數(shù)及絮體特性5.2操作運(yùn)行條件15膜污染膜污染6 膜污染的防治6.1膜污染的控制1提高膜性能2優(yōu)化運(yùn)行條件3調(diào)控混合液的特性4優(yōu)化膜清洗6.2膜污染的清洗1物理清洗 指曝氣沖洗、高速水流清洗、氣/水反沖洗、載體機(jī)械沖刷等沖洗膜表面。方法主要有反沖洗和膜松弛（暫停過濾）2化學(xué)清洗 方法很多，差別在于清洗劑的濃度和清洗方式不同。主要的化學(xué)清洗劑為次氯酸鈉和檸檬酸