UF膜與MF膜的膜污染
UF膜與MF膜的膜污染問題
膜污染是UF膜與MF膜技術(shù)用于飲用水處理的最大障礙。
膜污染是指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學相互作用或機械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或阻塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。對于膜污染，應當說，一旦料液與膜接觸．膜污染即開始；也就是說，由于溶質(zhì)與膜之間相互作用而產(chǎn)生吸附，開始改變膜特性。對于MF膜這一影響不十分明顯，它以溶質(zhì)粒子聚焦與堵孔為主；而對于UF膜，若膜材料選擇不合適，此影響相當大，與初始純水透水率相比，可降低20％一40％。
Jensen和Jhorsen介紹了挪威水廠的運行經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)膜的選擇和運行狀態(tài)是影響膜污染的重要因素。選擇膜時應注意選用的膜材料與被分離的溶質(zhì)問的相互作用越弱越好，這樣在超濾過程中，膜不但不易被污染，即使受到污染也很容易清洗下來，使膜的透水通量很快得到恢復。膜的親水或疏水性、荷電性會影響到膜與溶質(zhì)問相互作用的大小，通常認為親水膜及膜材料電荷與溶質(zhì)電荷相同的膜較耐污染。因為親水的膜表面與水形成氫鍵，這種水處于有序結(jié)構(gòu)，當疏水溶質(zhì)要接近膜表面，必須破壞有序水，這需要能量，不易進行；另外，膜與溶質(zhì)間的VanDerWaals力的比例系數(shù)H(Hamaker常數(shù))表示為
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其中H11,H22 和H33分別為水、溶質(zhì)和膜的Hamaker常數(shù)，由式中可見H213，始終是正值或零。若膜是親水性的，則H22 或H33值增高，使H213值降低，即膜和溶質(zhì)問的吸引力減弱，較耐污染及易清洗。
Lalne等人實驗證明，親水性膜比疏水性膜對于由有機物質(zhì)吸附到膜面上造成膜污染的敏感性要低一些。法國由Cabassud等人進行的小規(guī)模實驗研究也有此結(jié)果。為了改進疏水膜的耐污性能，一般可采用膜表面改性法引人親水基因，或用復合膜手段復合一層親水性分離層，也可用陰極噴鍍法在UF膜表面鍍一層碳。
在保證能截留溶質(zhì)中污染物的前提下，應盡量選擇孔徑或截留分子量大的膜，以得到較高透水量。但事實證明，膜孔徑較大時，大分子物質(zhì)容易進人微孔內(nèi)產(chǎn)生阻塞，反而有更高的污染速率，引起透水量大幅度下降。因此，膜的孔徑或截留分子量的選擇，應根據(jù)原水中有機物分子量分布通過實驗確定。
UF膜和MF膜的運行方式可分為靜態(tài)死端式過濾和動態(tài)橫流過濾兩種方式。死端式過濾中，進料流體正交地流過膜，所有的被截留的微粒都沉積在膜上，形成隨時間而增厚的濾餅；而在橫流過濾中，進料流體直接從膜的表面流過，可以對進水側(cè)的膜表面起到水力沖刷的作用，在膜的表面上形成一定的剪切力、浮力，可以使已經(jīng)沉積的微粒返回流體主體，有效地減輕膜面有機物的積累。
對于有效分離性能來說，膜上形成的濾餅層的結(jié)構(gòu)和厚度比膜本身結(jié)構(gòu)的影響還要大；而且在裝置運行期間濾餅層總是會逐漸地使有效分離范圍改變，即隨著操作時間的延長，只能允許直徑越來越小的微粒通過。在極端情況下，微濾過程可能會因濾餅層而轉(zhuǎn)變成超濾過程。
為減少膜污染日本東京大學采用紫外線對進水進行預處理，膜組件是聚乙烯中空纖維膜，膜孔徑為0．1μm，膜通量恒定維持在20．83L／(h·m2)，紫外線由低壓汞燈產(chǎn)生。實驗表明，在沒有紫外線預處理的情況下，膜的工作壓力約75d從20kPa增加到l00kPa，而經(jīng)紫外線預處理后，160d左右膜的工作壓力才增加到100kPa，證明，紫外線預處理有效地抑制了膜污染。
UF膜與MF膜在處理飲用水過程中，應盡可能地創(chuàng)造條件，減輕膜的濃差極化，延緩膜的污染．從而延長膜的使用周期和使用壽命．取得更佳的經(jīng)擠效益。
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