超滤膜污染类型研究进展

凌洪吉

（科盛环保科技股份有限公司,南京 211500）

超滤膜污染类型研究进展

凌洪吉

（科盛环保科技股份有限公司,南京 211500）

膜分离技术被认为是21世纪最有前途、最具发展前景的重大高新技术之一，它在工业技术改造中起着战略性作用。膜分离技术对许多传统产业的发展起着关键作用。然而，膜污染问题始终是限制其应用的瓶颈，减少乃至消除膜污染将能大大拓宽其使用范围。因此，近年来，超滤膜污染的预防及控制措施研究依然是人们关注和研究的热点问题。

超滤;膜污染;控制技术;进展

限制膜技术在水处理中的大规模应用主要有两方面原因：一是膜生产成本高，二是膜运行过程中产生的膜污染导致过膜通量下降。随着科学技术的日益创新，膜的生产工艺不断改进，已经使膜成本大大降低，膜污染便成了阻碍膜应用的主要因素。膜污染分为可逆污染和不可逆污染。可逆污染指的是通过物理反冲洗或者化学清洗后，跨膜压差或者过膜通量可以恢复的部分。不可逆污染指的是即使通过物理或化学反冲洗后，跨膜压差或者过膜通量仍然丢失的部分。当不可逆污染非常严重时，就意味着膜需要更大程度的化学清洗，或者被替换掉。

0 膜污染类型研究进展

膜污染是一系列不同物质之间的物理作用和化学反应的结果导致的，其中包括原水中不同污染成分之间的相互作用以及这些污染物成分和不同材质膜表面之间的物理化学作用。造成膜污染的因素主要有以下几种：原水污染物成分，主要污染物成分的浓度，水化条件（pH，离子强度，二价阳离子浓度等），膜材料自身属性（膜表面形态，亲疏水性，带电性，孔隙率等），温度，运行模式，水动力学条件（初始过膜通量，错流速率）等。就污染物而言，膜污染一般可以分为四种类型：颗粒物污染、无机物污染、有机物污染和微生物污染。

1 颗粒物污染

根据研究可以将自然水体和污水中的颗粒物分为四类：1）可沉降颗粒物（＞100μm）；2）超胶体颗粒物（1μm—100μm）；3）胶体颗粒物（0.001μm—1μm）；4）可溶解颗粒物（0.001μm）。颗粒物引起的膜污染机制分为三类：膜孔堵塞，滤饼层的形成和浓差极化。

（1）膜孔堵塞膜孔堵塞是颗粒物污染的第一阶段，也是造成污染最严重的阶段。膜孔堵塞可以分为三种不同的形式：1）标准膜孔堵塞，即颗粒物在膜孔周围沉淀；2）完全膜孔堵塞，即颗粒物镶嵌到膜孔内；3）中间膜孔堵塞，即上述两种形式相互结合导致的堵塞。随着水中颗粒物持续不断地沉积在膜表面，滤饼层逐渐形成，膜污染进入下一阶段。（2）滤饼层形成一旦滤饼层在膜表面形成，那么滤饼层将会取代膜的角色，决定过膜通量的变化和过滤去除的效果。有研究表明，增大跨膜压差或者过滤速率会加重浓差极化现象和膜污染。由于污染颗粒物在较高浓度下更容易相互反应以及沉积在膜表面，因此浓差极化越严重，膜污染情况也越严重。

2 无机物污染

过滤过程中由于水解作用和氧化作用，无机化合物会沉淀在膜表面，从而导致膜污染现象的发生。结晶作用和颗粒污垢是膜表面的结垢现象中的两种主要污染机制。结晶过程中，膜表面的沉积现象是由于离子的沉淀作用；然而在颗粒污垢形成过程中，沉积现象的发生是由于胶体颗粒物从水体中向膜表面的错流作用。研究发现，结晶作用和颗粒污垢都是无机盐逆溶解度造成的直接结果。尤其是在纳滤和反渗透系统中，溶解盐通常被浓缩4到10倍，当无机盐在水中的浓度超过它自身的溶解度的时候，就会析出并沉淀在膜表面。因此，当水体中无机盐浓度较高时，膜表面的颗粒污垢和胶体污染现象就会加重。

3 有机物污染

由于污水（工业废水、市政污水、农业废水）来源复杂，因此污水处理厂处理的污水中所含有的有机物成分多种多样。一般来讲，二级出水中的溶解性有机物（EfOM）对膜组件运行过程中产生的膜污染起到关键的影响。溶解性有机物广泛存在与地表水和污水中，根据溶解性有机物的来源将它们分为三类：1）水源水中难溶解的天然有机物（NOM）；2）生物处理工艺中由于有机物降解作用产生的可溶性有机产物（SMP）；3）人类排入水中的合成有机物（SOC）和给排水消毒工艺中产生的消毒副产物（DBPs）。

4 微生物污染

污水处理过程中常常用到生物处理，由于细菌细胞和絮体会在膜表面沉积、生长和代谢，因此在膜和水体的固液界面会发生微生物的聚集现象，造成膜污染现象。膜表面的生物污染形成的过程一般包括以下四个步骤：1）大分子物质和蛋白质改变膜表面的环境；2）先驱浮游生物细胞附着在膜表面；3）初期生物附着形成微生物菌落；4）逐渐形成成熟的生物膜。细菌细胞聚集在膜表面经过两个过程：生物附着（生物粘附和生物吸附）和生物生长（增殖）。生物附着过程主要受到微生物特性、水体性质以及膜材质的影响。

生物膜的主要成分是细胞生物和多种胞外聚合物（EPS）。在所有的生物膜中，EPS所占的比例最大，大约占到全部有机物的50-80%。这些降解产物包括很多不同种类的大分子有机物（例如多糖、蛋白质、腐殖质、核酸、脂质和其它聚合物），大多存在于细胞外表面以及微生物絮体之间。

[1]梁玉龙.恒压超滤水处理过程的影响因素及膜污染特性的评价研究[硕士学位论文][D].西安：西安建筑科技大学,2009.

[2]瞿芳术.超滤处理高藻水过程中膜污染特性及控制研究[博士学位论文][D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2012.

[3]王保贵.污水深度处理方法去除二级出水有机物（EfOM）的效能及其缓解超滤膜污染研究[硕士学位论文][D].北京：北京工业大学,2013.

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

凌洪吉（1981-）,男,江苏镇江人,研究生,工程师,研究方向：水污染控制研究。