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说明什么是膜的污染和劣化及其影响?

来 源:中华水网   发布时间:2011-08-26 移动版

  膜使用过程中的最大问题是膜的污染和劣化。在压力、流速、温度和料液浓度等因素都保持一定的情况下,膜污染和劣化使膜的渗透流率随操作时间而迅速下降,使膜技术在化工、生化过程和食品加工等极有应用价值的领域内不能充分发挥它的作用。

  1)膜的污染和劣化的定义

  对于包括反渗透、纳滤、超滤、微滤、电渗析、渗析等液体分离膜过程而言,人们通常把膜的透过率、截留率及膜的孔径等发生变化的现象称为膜的污染或劣化。两者所反映的现象有着本质上的区别。

  膜的污染是指由于在膜表面上形成了附着层或膜孔堵塞等外部因素导致了膜性能变化;根据其具体原因釆用某种清洗方法,可以使膜性能得以恢复。

  膜的劣化是指膜由于自身发生了不可逆转的变化导致了膜性能变化。导致膜的劣化的原因可分为化学、物理及生物等3个方面:

  (1) 化学性劣化是指由于处理料液pH值超出膜的允许范围而导致膜的水解或氧化反应等造成的劣化。

  (2) 物理性劣化是指膜结构在很高的压力下导致致密化或在某种状态下发生不可逆转性变形等造成的劣化。

  (3) 生物性劣化通常是由于处理料液中的微生物的存在使膜发生生物降解反应等造成的劣化。

  通常情况下,厂家生产的反渗透膜、纳滤膜、超滤膜及微膜等都有受到料液酸碱性及操作条件如压力和温度等允许范围的限制。任何膜只有在所规定的允许范围内操作,才能使得其分离性能得到保证。例如,较高的操作温度可能导致膜的水解或氧化反应,或促使膜结构致密化等劣化现象的发生。

  2)膜的污染和劣化对膜性能的影响

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  表1 -2列出了膜组件性能随着膜的劣化所发生的变化(表1 -2中的截留率与截留分子量相当)。当发生化学性劣化或生物性劣化时,膜的透过流速增加,而截留率一般来说减少。膜的水解特别对醋酸纤维素膜是一个较大的问题;而膜的氧化是高分子合成膜共同存在的问题。醋酸纤维素膜容易发生由微生物引起的膜的生物降解反应;而合成高分子制备的微滤膜或超滤膜不会发生上述反应。

  当发生物理性劣化时,膜的透过流速减少,但截留率反而增加。膜因受到高压引起的致密化有初期迅速可逆的致密化和后期的缓慢不可逆致密化等两种类型。长期连续运行的海水淡化反渗透装置主要存在后者类型的致密化问题;而一般超滤过程,由于每次运行时间较短,主要存在前者类型的致密化问题。膜的截留率随着滤饼层、凝胶层及结垢层等附着层的形成有两种变化趋势,即附着层的存在对溶质具有截留作用使截留率增高,同时可导致膜表面附近的浓差极化使表观截留率降低。

  上述情形与溶质或附着层的类型密切相关。一般而言凝胶层具有较强的溶质截留作用使得截留率增高;而滤饼层或结垢层具有较弱的溶质截留作用,将导致膜表面附近的浓差极化使表观截留率降低。另外渗透压导致了膜的透过流速减小,但对溶质的截留率没有影响。

  任何原因引起的膜孔堵塞使得膜的透过流速减小或截留率上升,这是超滤膜实际应用中所面临的最大问题。对膜孔很小的反渗透膜而言,实际应用所面临的问题不是膜孔堵塞而是附着层的影响。与反渗透膜、超滤膜不同,微滤膜主要利用膜孔堵塞实现分离操作,因而由膜孔堵塞引起的性能变化不是膜污染或劣化的问题。

 

 

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