超濾膜污染類型研究進展

凌洪吉

（科盛環保科技股份有限公司,南京 211500）

超濾膜污染類型研究進展

凌洪吉

（科盛環保科技股份有限公司,南京 211500）

膜分離技術被認為是21世紀最有前途、最具發展前景的重大高新技術之一，它在工業技術改造中起著戰略性作用。膜分離技術對許多傳統產業的發展起著關鍵作用。然而，膜污染問題始終是限制其應用的瓶頸，減少乃至消除膜污染將能大大拓寬其使用范圍。因此，近年來，超濾膜污染的預防及控制措施研究依然是人們關注和研究的熱點問題。

超濾;膜污染;控制技術;進展

限制膜技術在水處理中的大規模應用主要有兩方面原因：一是膜生產成本高，二是膜運行過程中產生的膜污染導致過膜通量下降。隨著科學技術的日益創新，膜的生產工藝不斷改進，已經使膜成本大大降低，膜污染便成了阻礙膜應用的主要因素。膜污染分為可逆污染和不可逆污染。可逆污染指的是通過物理反沖洗或者化學清洗后，跨膜壓差或者過膜通量可以恢復的部分。不可逆污染指的是即使通過物理或化學反沖洗后，跨膜壓差或者過膜通量仍然丟失的部分。當不可逆污染非常嚴重時，就意味著膜需要更大程度的化學清洗，或者被替換掉。

0 膜污染類型研究進展

膜污染是一系列不同物質之間的物理作用和化學反應的結果導致的，其中包括原水中不同污染成分之間的相互作用以及這些污染物成分和不同材質膜表面之間的物理化學作用。造成膜污染的因素主要有以下幾種：原水污染物成分，主要污染物成分的濃度，水化條件（pH，離子強度，二價陽離子濃度等），膜材料自身屬性（膜表面形態，親疏水性，帶電性，孔隙率等），溫度，運行模式，水動力學條件（初始過膜通量，錯流速率）等。就污染物而言，膜污染一般可以分為四種類型：顆粒物污染、無機物污染、有機物污染和微生物污染。

1 顆粒物污染

根據研究可以將自然水體和污水中的顆粒物分為四類：1）可沉降顆粒物（＞100μm）；2）超膠體顆粒物（1μm—100μm）；3）膠體顆粒物（0.001μm—1μm）；4）可溶解顆粒物（0.001μm）。顆粒物引起的膜污染機制分為三類：膜孔堵塞，濾餅層的形成和濃差極化。

（1）膜孔堵塞膜孔堵塞是顆粒物污染的第一階段，也是造成污染最嚴重的階段。膜孔堵塞可以分為三種不同的形式：1）標準膜孔堵塞，即顆粒物在膜孔周圍沉淀；2）完全膜孔堵塞，即顆粒物鑲嵌到膜孔內；3）中間膜孔堵塞，即上述兩種形式相互結合導致的堵塞。隨著水中顆粒物持續不斷地沉積在膜表面，濾餅層逐漸形成，膜污染進入下一階段。（2）濾餅層形成一旦濾餅層在膜表面形成，那么濾餅層將會取代膜的角色，決定過膜通量的變化和過濾去除的效果。有研究表明，增大跨膜壓差或者過濾速率會加重濃差極化現象和膜污染。由于污染顆粒物在較高濃度下更容易相互反應以及沉積在膜表面，因此濃差極化越嚴重，膜污染情況也越嚴重。

2 無機物污染

過濾過程中由于水解作用和氧化作用，無機化合物會沉淀在膜表面，從而導致膜污染現象的發生。結晶作用和顆粒污垢是膜表面的結垢現象中的兩種主要污染機制。結晶過程中，膜表面的沉積現象是由于離子的沉淀作用；然而在顆粒污垢形成過程中，沉積現象的發生是由于膠體顆粒物從水體中向膜表面的錯流作用。研究發現，結晶作用和顆粒污垢都是無機鹽逆溶解度造成的直接結果。尤其是在納濾和反滲透系統中，溶解鹽通常被濃縮4到10倍，當無機鹽在水中的濃度超過它自身的溶解度的時候，就會析出并沉淀在膜表面。因此，當水體中無機鹽濃度較高時，膜表面的顆粒污垢和膠體污染現象就會加重。

3 有機物污染

由于污水（工業廢水、市政污水、農業廢水）來源復雜，因此污水處理廠處理的污水中所含有的有機物成分多種多樣。一般來講，二級出水中的溶解性有機物（EfOM）對膜組件運行過程中產生的膜污染起到關鍵的影響。溶解性有機物廣泛存在與地表水和污水中，根據溶解性有機物的來源將它們分為三類：1）水源水中難溶解的天然有機物（NOM）；2）生物處理工藝中由于有機物降解作用產生的可溶性有機產物（SMP）；3）人類排入水中的合成有機物（SOC）和給排水消毒工藝中產生的消毒副產物（DBPs）。

4 微生物污染

污水處理過程中常常用到生物處理，由于細菌細胞和絮體會在膜表面沉積、生長和代謝，因此在膜和水體的固液界面會發生微生物的聚集現象，造成膜污染現象。膜表面的生物污染形成的過程一般包括以下四個步驟：1）大分子物質和蛋白質改變膜表面的環境；2）先驅浮游生物細胞附著在膜表面；3）初期生物附著形成微生物菌落；4）逐漸形成成熟的生物膜。細菌細胞聚集在膜表面經過兩個過程：生物附著（生物粘附和生物吸附）和生物生長（增殖）。生物附著過程主要受到微生物特性、水體性質以及膜材質的影響。

生物膜的主要成分是細胞生物和多種胞外聚合物（EPS）。在所有的生物膜中，EPS所占的比例最大，大約占到全部有機物的50-80%。這些降解產物包括很多不同種類的大分子有機物（例如多糖、蛋白質、腐殖質、核酸、脂質和其它聚合物），大多存在于細胞外表面以及微生物絮體之間。

[1]梁玉龍.恒壓超濾水處理過程的影響因素及膜污染特性的評價研究[碩士學位論文][D].西安：西安建筑科技大學,2009.

[2]瞿芳術.超濾處理高藻水過程中膜污染特性及控制研究[博士學位論文][D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2012.

[3]王保貴.污水深度處理方法去除二級出水有機物（EfOM）的效能及其緩解超濾膜污染研究[碩士學位論文][D].北京：北京工業大學,2013.

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

凌洪吉（1981-）,男,江蘇鎮江人,研究生,工程師,研究方向：水污染控制研究。