超滤膜清洗技术的研究进展

贾凡

摘 要：超滤（UF）是在驱动力下，利用膜的透过特性，截留、分离水中颗粒物质，从而净化原水。超滤及其组合工艺已成为水处理中的一项新技术，而膜污染是制约超滤技术发展的主要原因。有效的膜清洗是减缓或消除膜污染的重要手段。结合UF膜污染的成因，探究了UF膜清洗技术的若干问题。

关键词：膜污染；UF膜清洗；物理清洗；化学清洗

中图分类号：X703 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.012

UF是筛孔分离的过程，常被用来分离液相物质中的乳液、悬浮物、胶体分散液和大分子化合物等，超滤操作压差一般为0.1～0.5 MPa，分离相对分子质量大于500的胶体粒子与大分子。目前，UF膜分离技术已被广泛应用在水处理中，但因膜具有选择性，则在UF膜分离中将会出现膜污染问题，从而造成UF膜分离技术的应用效果下降。其中，UF膜污染指的是盐、胶体、粒子、大分子和微生物等在膜孔中或表面发生堵塞、吸附和沉积，从而引起膜压差增大，膜通量降低的现象。研究发现，引起膜污染及浓差极化的影响因素包括膜特性、料液特性和操作参数。针对UF膜污染问题，常用的防控或解决办法是加强膜前预处理，优化UF操作工艺、膜清洗工艺，及研发抗污染能力强的新型UF膜材料和膜组件等。其中，UF膜清洗技术的研究在控制膜污染、提高膜性能等方面非常重要，膜清洗技术也是超滤技术应用中的研究重点。

1 UF膜清洗技术

膜清洗的目的在于消除膜污染，恢复膜过滤性能。UF膜清洗技术主要包括物理清洗技术、化学清洗技术和生物清洗技术。

1.1 物理清洗技术

物理清洗是UF膜污染的初期清洗方式，具体以水力清洗技术和气-液脉冲技术为主，主要去除超滤膜可逆污染。其中，水力清洗技术是用气、水或水与空气的混合流体来反向或切向去除膜污染物质的方法，具体包括等压、负压、反压清洗法和低压高速流法；气-液脉冲清洗技术是通过将高压气体通入膜过滤装置的间隙来使膜孔膨胀，继而冲走污染物。发展至今，脉冲电场清洗、超声波清洗剂机械振动等新型物理清洗技术得到了一定的应用，其中，超声波清洗技术可用来清洗其他方法无法清洗干净的空隙和死角。

1.2 化学清洗技术

化学清洗是利用清洗剂与孔内及膜表面的污染物的多项反应来清洗UF膜污染物质，其中，KOH、NaOH、NaClO、氢氟酸、柠檬酸、磷酸、硝酸、盐酸、草酸和磷酸等杀菌剂和清洗剂皆可用来清洗膜组件。在实际应用中，结合客观实际情况来选择清洗效果好且对环境污染小的无毒无害杀菌剂和清洗剂。在超滤膜处理污废水应用中，王静荣、郭雅妮等分别做了如下研究：在油田污水处理中，异戊醇溶液和SDS的清洗效果最佳；在印染废水处理中，则选用柠檬酸、双氧水和氢氧化钠来浸泡清洗，可有效恢复通量及延长运行时间。在超滤处理微污染原水研究中，张瑛洁、岳显等发现，对于直接过滤珠江水的超滤膜，NaOH、NaClO以及表面活性剂组成的复合清洗剂对膜通量恢复效果最佳；使用单一清洗剂时，NaClO对膜通量的恢复效果优于NaOH、HCl及柠檬酸，且清洗剂的浓度、清洗时间也对膜通量的恢复有影响。

1.3 生物清洗技术

生物清洗是利用生物剂或生物活性高的酶来去除或分解UF膜污染物质中的多糖、蛋白质等高分子有机物质。其中，生物剂和生物活性高的酶既可切断蛋白链，又可快速溶解松散且较小的蛋白片段。据此，在超滤处理大豆蛋白或乳清等过程中，可运用生物清洗技术延长UF膜的使用年限。针对生物清洗技术的实际应用，李书国、江连洲等分别做了如下研究：在大豆蛋白处理中，对于中空纤维UF膜的膜污染，直接用蛋白醇清洗剂来清洗，可使UF膜的透水率恢复至新膜的96%或以上；在大豆肽UF分离中，先在40 ℃的条件下，用質量分数为0.5%的含酶清洗剂来清洗膜污染物质30 min，再用温水清洗，可使UF膜的通量恢复到74.63%.综上，生物清洗是以生物剂或酶为清洗剂来配液清洗，亦或采用特殊方法来将生物剂固定在膜上，以增强膜的抗污染能力。

2 应用效果讨论

结合UF膜清洗技术的相关知识可知，其应用效果受到UF膜性能和操作条件的影响。其中，对UF膜性能的影响，指的是不同的UF膜材料具有不同的耐酸碱能力、抗污染能力和耐压性等，则在实际清洗中，对杀菌剂和清洗剂的适应能力更强的膜材料将具有更佳的清洗效果，且当膜组件的形式不同时，其适用的清洗方式也有所差异，比如不得采用反洗方式来去除有机管式膜孔中的污染物质。可见，UF膜的性能将在一定程度上影响UF膜的清洗效果。对操作条件的影响，指的是在UF过滤中，操作条件会对膜污染程度造成影响。对此，郭雅妮、齐希光等分别做了如下研究：在印染废水处理中运用聚偏氟乙烯UF膜体系的膜生物反应器时，通过保持高曝气量、间歇操作和低水通量等运行状态，可减轻UF膜污染及提高膜的清洗效果。可见，膜清洗的经济性与实际效果会受UF系统操作条件的影响。在聚砜UF膜-谷氨酸发酵液体系中，如果pH值为7，则膜的清洗效果最佳，亦或如果溶液离子的强度较大，也可实现较好的清洗效果。注意，UF时长与清洗的难度呈正相关及在操作压力一定时，清洗效率与压力呈正相关。

3 结束语

为了提高UF膜技术的应用效果，深入研究UF膜清洗技术变得尤为关键。鉴于UF膜组件的不同形式和材质要求选择不同的清洗方式，则在UF膜清洗技术的研究中，应以不同UF膜及液料的特性为依据来选择最佳的UF膜清洗技术。但在这一过程中，应将清洗的经济性、环保性和效果综合考虑其中，以保证所选清洗剂和清洗方法的成本最低、效果最佳及对环境的污染最轻。另外，在实际应用中，为了实现清洗效率最高及延长UF膜的使用年限，可采用物理清洗、化学清洗、生物清洗结合的方式。总之，在UF膜技术的应用中，膜污染是制约其高效应用的重要影响因素，因此应在UF膜清洗技术的应用研究中予以更多的关注。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕