膜污染与清洗
精滤、微滤、超滤、纳滤及反渗透等以压力为动力源有膜分离工艺中,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。过度的膜污染将会合膜性能下降,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。
1、膜元件的污染
膜污染是膜工艺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,以元机物污染为辅。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。
2、膜的水力清洗
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,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,水力冲洗的效果成为明显。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。
3、膜的化学清洗
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,县城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,而药剂万分、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,必要是甚至解剖部分膜元件以化验膜表层污染物成分。有效的化学清洗问题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。