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生產(chǎn)技術(shù)
膜污染產(chǎn)生的原理與解決辦法(下)
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4膜清洗盡管料液經(jīng)過(guò)各種處理措施,但長(zhǎng)期使用后膜表面還可能產(chǎn)生沉積和結(jié)垢,使膜孔堵塞、產(chǎn)水量下降,因此對(duì)污染膜進(jìn)行定期的清洗是必要的。針對(duì)膜污染產(chǎn)生的原因,采用合適
4膜清洗盡管料液經(jīng)過(guò)各種處理措施,但長(zhǎng)期使用后膜表面還可能產(chǎn)生沉積和結(jié)垢,使膜孔堵塞、產(chǎn)水量下降,因此對(duì)污染膜進(jìn)行定期的清洗是必要的。針對(duì)膜污染產(chǎn)生的原因,采用合適的清洗方法以消除或減輕膜污染,恢復(fù)膜通量。
4.1物理法清洗膜表面上濾餅的堆積或凝膠層的形成,基本上都是膜污染性物質(zhì)在膜表面附近的積累造成的。物理清洗是用機(jī)械方法從膜面上去除污染物。這種方法具有不引入新污染物、清洗步驟簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但該法僅對(duì)污染初期的膜有效,清洗效果不能持久。膜的物理清洗包括多種方法,如熱水法、海綿球洗凈方法、反壓沖洗和循環(huán)洗滌等。
4.1.1反沖洗反沖洗指從膜的透過(guò)側(cè)吹氣體或液體,將膜面污染物除去的方法。操作應(yīng)在較低的壓力下進(jìn)行(132kPa左右)以免引起膜破裂,反沖時(shí)間一般需要20min ̄30min.對(duì)于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)透水量下降而再生又有困難的膜組件,在停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)用純凈水浸泡靜置10h以上,然后再進(jìn)行水力反沖洗是提高通量的有效方法。王志強(qiáng)等[12]采用氣-水聯(lián)合反沖洗技術(shù)研究了對(duì)膜污染的清洗效果。結(jié)果表明:氣-水聯(lián)合反沖洗較單獨(dú)氣或水反沖洗效果好。在過(guò)濾周期20min,反沖洗時(shí)間1min,氣-水比1.5時(shí),氣-水聯(lián)合反沖洗能夠恢復(fù)膜通量到膜清水通量的80%以上。此法可大幅度清除沉積在膜表面的泥餅層,恢復(fù)膜通量,維持膜過(guò)濾性能的穩(wěn)定,是一種較為有效的膜污染防治技術(shù)。
4.1.2機(jī)械刮除對(duì)管式組件可采用軟質(zhì)泡沫塑料球、海綿球(直徑略大于膜管內(nèi)徑)對(duì)內(nèi)壓管膜進(jìn)行清洗,在管內(nèi)通過(guò)水力讓泡沫、海綿球反復(fù)經(jīng)過(guò)膜表面,對(duì)污染物進(jìn)行機(jī)械性的去除。這種方法對(duì)軟質(zhì)垢幾乎能全部除去,尤其是當(dāng)污染比較嚴(yán)重時(shí)用海綿球清洗方法的效果更明顯。但對(duì)于硬質(zhì)垢則不但不易除去而且容易損傷膜表面。因此該法特別適用于以有機(jī)膠體為主要成分的污染膜表面的清洗。劉恩華等對(duì)受污染的聚偏氟乙烯(PVDF)管式膜采用海綿球在管式膜系統(tǒng)中循環(huán),結(jié)果表明用海綿球清洗方法比采用循環(huán)沖洗方法的恢復(fù)率要高,清洗效果顯著。
4.1.3負(fù)壓清洗負(fù)壓清洗是通過(guò)一定的真空抽吸,在膜的功能面?zhèn)刃纬韶?fù)壓以去除膜表面和膜內(nèi)部的污染物。低壓高流速清洗只靠剪切力去除污染物,它對(duì)膜表面的污染物質(zhì)起作用,但對(duì)膜孔內(nèi)的物質(zhì)去除無(wú)能為力。反壓清洗對(duì)堵孔物質(zhì)的去除效果好,但膜表面液體流速低故對(duì)膜表面污染物去除效果不好。而負(fù)壓清洗既有膜表面較高的液體流速,透過(guò)液又可由抽吸作用返回膜功能面,故膜表面和堵孔的污染物都能較好去除。吳光夏等
用中空纖維膜處理藥酒的研究表明,負(fù)壓清洗方法優(yōu)于反壓清洗和低壓高流速清洗法。
4.1.4超聲波清洗超聲波清洗是利用超聲波在水中引起劇烈的紊流、氣穴和震動(dòng)而達(dá)到去除膜污染的目的。在超聲波作用下,料液流速越高,通量越大。超聲還可以降低極化層的滲透壓,對(duì)于高濃度的料液,超聲強(qiáng)化的效果更好。
王曉麗等采用超聲波技術(shù)清洗由啤酒發(fā)酵液污染的聚偏氟乙烯(PVDF)微濾膜,實(shí)驗(yàn)中所用的超聲波頻率為40kHz,超聲波的強(qiáng)度為1.43W/cm2 ̄2.85W/cm2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:超聲波輔助水洗只能部分恢復(fù)膜的水通量,而且超聲波強(qiáng)度的提高,只是縮短了達(dá)到水通量恢復(fù)率的清洗時(shí)間;而超聲波輔助NaOH+SDS+H2O2混合洗液化學(xué)清洗的效果較好,在強(qiáng)度為2.85W/cm2的超聲波輔助作用下,清洗10min其水通量恢復(fù)率達(dá)到93%。
Kobayashi等用聚砜超濾膜過(guò)濾蛋白胨時(shí),在超聲頻率為28kHz、功率為8W ̄33W范圍內(nèi)研究了超聲對(duì)超濾過(guò)程的影響。結(jié)果表明超聲能有效去除蛋白胨對(duì)聚砜膜的污染,強(qiáng)化超濾過(guò)程。
4.2化學(xué)清洗化學(xué)清洗是較為常用的清洗方法。通常是根據(jù)膜的污染程度,用氧化劑(次氯酸鈉等)、酸(鹽酸、硫酸、硝酸等)、堿(氫氧化鈉等)、絡(luò)合劑、表面活性劑、洗滌劑等化學(xué)清洗劑對(duì)膜進(jìn)行浸泡和清洗,是一種去除膜污染相對(duì)最有效的方法。對(duì)于不同材質(zhì)的膜,應(yīng)選擇不同的化學(xué)清洗劑,要考慮到既能夠去除膜污染物,同時(shí)又不至于給膜帶來(lái)腐蝕作用。用低濃度的氧化劑可以對(duì)污染較輕的膜組件進(jìn)行在線清洗;而對(duì)于污染嚴(yán)重的膜組件,需加入酸、堿或氧化劑浸泡清洗。劉達(dá)玉等利用外壓管式超濾組件,配用聚砜和聚丙烯腈超濾膜,以柑橘汁為試材探討了超濾膜的污染問(wèn)題和清洗方法。試驗(yàn)結(jié)果表明,氫氧化鈉對(duì)表面凝膠層的清洗效率最高,鹽酸對(duì)膜孔污染的清洗效率最高,次氯酸鈉也有較好的清洗效果,果膠酶僅對(duì)表面污染有清洗作用。李書(shū)國(guó)等
針對(duì)中空纖維超濾膜處理大豆蛋白所引起的膜污染問(wèn)題,對(duì)不同清洗方法和清洗劑的清洗效果進(jìn)行了研究,試驗(yàn)證明不同清洗劑的清洗效果有顯著差別,其中使用復(fù)合清洗劑(高錳酸鉀和蛋白酶)的清洗效果最佳,其超濾膜的透水恢復(fù)率可達(dá)新膜透水率的96%以上。陳曉燕等研究了用陶瓷膜處理巴西酸發(fā)酵液以及污染后膜的化學(xué)清洗再生,考察了各種清洗劑的單步和連續(xù)多步清洗的效果以及清洗時(shí)間對(duì)清洗效果的影響。結(jié)果表明,在28℃,0.15MPa壓力下,選擇0.75%NaClO和0.75%NaClO(第1步)、0.5%NaOH(第2步)、0.25%Na5P3O10(第3步)作為清洗劑清洗,10min清洗效果較好,膜通量的恢復(fù)率分別達(dá)到87.92%和94.34%。
4.3酶法清洗酶法清洗是利用酶制劑的降解作用,使膜面及膜孔內(nèi)的大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì),從而清除膜污染。酶技術(shù)在清洗技術(shù)方面的應(yīng)用使清洗效果發(fā)生了質(zhì)的飛躍,被污物阻塞的超濾膜和反滲透膜放入酶液清洗可使膜性能恢復(fù)程度高,且不會(huì)對(duì)膜造成任何損害,這在許多新興膜濃縮分離行業(yè)得到了應(yīng)用,如由醋酸纖維等材料制成的膜,由于不耐高溫,在膜通量難以恢復(fù)時(shí)須采用能水解蛋白質(zhì)的含酶清洗劑清洗。但使用酶清洗劑不當(dāng)會(huì)造成新的污染,采用固定化酶形式把酶固定在載體上,用含載體液進(jìn)行清洗,效果很好。
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