膜分离工程膜污染要点

可编辑修改精选全文完整版膜分离技术存在的问题及解决方法膜分离技术作为一种新型的高新制造技术，在食品工业中的应用发展极快，成绩卓著，日益受到各界的关注，展现了广阔前景，尤其一些新的膜分离技术具有更大的潜力和更强的生命力。

下面具体介绍膜分离技术存在的问题及解决方法，一起来看看吧。

1、膜的污染问题由于食品中大都含有蛋白质、脂肪、纤维、鞣质及胶体物质，膜在操作时极易被污染和阻塞，造成膜通量锐减。

而现有的清洗方法难以达到恢复通量的目的。

所以料液的预处理及清洗成了膜技术应用的关键，另外开发新型的不易被污染的膜材料及进行膜面改良也是控制膜污染的有效措施。

2、膜的选择问题膜分离技术在生产中的应用日益广泛，但由于影响因素众多，诸如膜材料的选择、膜分离时的压力、温度、浓度、流速等，需要对其工艺条件作更深入的研究和考察。

3、浓度极化现象由于滤膜上筛孔极小，沉积在膜面的物质易形成一层等高浓度的凝胶层，使膜的通过速度和截流性能受到很大影响，称为浓度极化现象。

应采取相应措施，如降低料液黏度，在各阶段合理的调节压力，分别采用恒速和恒压过滤;或与其他分离方法如澄清法、离心法联用等。

4、膜的性能有待提高膜材料的品种少，膜孔径分布宽，性能欠稳定，如常用的亲水性膜材料对溶质吸附少，截留分子量较小，但热稳定性差，机械强度、抗化学性、抗细菌侵蚀能力通常不高，疏水性膜材料机械强度高、耐高温、耐溶剂、耐生物降解，但膜透水速度低、抗污染能力较低。

另外，由于滤膜本身的孔径不可能完全均匀一致，滤过时部分微粒、热源从较大的滤孔滤出，从而导致初滤液不合要求。

故应用时应采用多级超滤法来提高食品质量，并应研究开发性能优良的滤膜，克服其自身的缺点。

以上就是膜分离技术存在的问题及解决方法，希望对大家有所帮助。

膜分离技术存在的问题及解决方法膜分离技术作为一种新型的高新制造技术，在食品工业中的应用发展极快，成绩卓著，日益受到各界的关注，展现了广阔前景，尤其一些新的膜分离技术具有更大的潜力和更强的生命力。

下面具体介绍膜分离技术存在的问题及解决方法，一起来看看吧。

1、膜的污染问题由于食品中大都含有蛋白质、脂肪、纤维、鞣质及胶体物质，膜在操作时极易被污染和阻塞，造成膜通量锐减。

而现有的清洗方法难以达到恢复通量的目的。

所以料液的预处理及清洗成了膜技术应用的关键，另外开发新型的不易被污染的膜材料及进行膜面改良也是控制膜污染的有效措施。

2、膜的选择问题膜分离技术在生产中的应用日益广泛，但由于影响因素众多，诸如膜材料的选择、膜分离时的压力、温度、浓度、流速等，需要对其工艺条件作更深入的研究和考察。

3、浓度极化现象由于滤膜上筛孔极小，沉积在膜面的物质易形成一层等高浓度的凝胶层，使膜的通过速度和截流性能受到很大影响，称为浓度极化现象。

应采取相应措施，如降低料液黏度，在各阶段合理的调节压力，分别采用恒速和恒压过滤;或与其他分离方法如澄清法、离心法联用等。

4、膜的性能有待提高膜材料的品种少，膜孔径分布宽，性能欠稳定，如常用的亲水性膜材料对溶质吸附少，截留分子量较小，但热稳定性差，机械强度、抗化学性、抗细菌侵蚀能力通常不高，疏水性膜材料机械强度高、耐高温、耐溶剂、耐生物降解，但膜透水速度低、抗污染能力较低。

另外，由于滤膜本身的孔径不可能完全均匀一致，滤过时部分微粒、热源从较大的滤孔滤出，从而导致初滤液不合要求。

故应用时应采用多级超滤法来提高食品质量，并应研究开发性能优良的滤膜，克服其自身的缺点。

以上就是膜分离技术存在的问题及解决方法，希望对大家有所帮助。

膜污染防治与清洗指导手册膜污染现象在多孔膜中较为常见，发生污染的最直观表现就是通量的持续降低，一般用通量下降的程度以及污染物的质量来描述污染的状况。

一、污染物的类别1、无机污染物以压力为驱动的膜分离系统中，由于膜的截留作用，在膜表面会发生体系中组分的浓缩，导致浓差极化现象的产生。

对于可溶性的组分来说，当离子的含量积超过其溶解度后就会在膜表面和孔内形成沉淀或结垢。

无机类污染物最主要的是钙和钡等的硫酸盐和碳酸盐所形成所谓的水垢层，其中以CaCO3 和CaSO4 最为常见。

在大多数情况下，无机与有机污染物之间还存在着相互促进的作用，加剧膜的污染。

2、有机污染物有机污染物主要为细菌胞外聚合物( EPS) ，蛋白质、多肽、脂肪类和多糖等大分子类的物质，其中含有活性基团的大分子物质可能与金属离子Ca2+,Mg2+和Ba2+等相互作用在膜的表面形成凝胶层，从而可使膜的通量下降或膜的过滤阻力上升。

3、微生物污染物微生物污染主要是由微生物及其代谢产物组成的粘性物质。

膜的表面易吸附腐殖质、聚糖脂和微生物进行新陈代谢活动的产物等大分子物质，具备了微生物的生存条件，极易形成一层生物膜，因此造成膜的不可逆堵塞，使水通量下降。

4、胶体污染藻类、细菌和有机物都可能处于胶体尺寸，这些胶体状物质有可能吸附于膜表面引起污染。

胶体物质有不同的起源，它们产生的膜污染亦有很大差别。

来自非生物过程的胶体物质有淤泥和黏土等无机物，它们引起的水通量衰减往往源于滤饼层污染，它们一般不会热力学不可逆地吸附在膜表面；积聚在膜表面的这些类型的胶体很容易为水力清洗(如反冲洗和空气擦洗)所去除。

微生物新陈代谢产生的胶体物质往往**性吸附在膜表面从而引起不可逆的吸附性污染。

源于微生物过程的胶体污染被归类到微生物污染。

二、膜污染的影响因素及其防治1、膜污染的影响因素膜本身的特性如膜孔径及其分布、膜结构、膜的物理特性、膜-溶质-溶剂之间的相互作用；被处理的污水水质,特别是水中有机物的种类和浓度；操作条件如污泥泥龄、溶解氧浓度、膜面流速、温度等；膜组件的特征尺寸,高度、曝气系统布置等；其他因素如微生物种群之间的相互影响、膜本身对生物膜生长的影响、细菌胞外聚合物(EPS)的组成及浓度等。

1引言膜生物反应器是膜技术与生物反应器有机结合的产物，较早作为化工工业中一种高效的分离手段。

当它被引入环境工程领域用于污水处理时，其优良的水质、紧凑的结构及低污泥产量是传统工艺难以超越的。

通常提到的膜生物反应器，实际是三类反应器的总称，它们分别是膜-曝气生物反应器(Membrane Aeration Bioreactor)、萃取膜生物反应器(Extractive Membrane Bioreactor)和膜分离生物反应器(Biomass Separation Membrane Bioreactor)。

目前进行了大量富有成效的研究并已投入实际使用的只有膜分离生物反应器(Biomass Separation Membrane Bioreactor)，这里主要对该种膜生物反应器(Membrane Bioreactor)中膜污染控制的研究现状作简单评述。

尽管该类膜生物反应器的技术可行性早已被人们认可，但处理工艺的费用较高，在一定程度上限制了它的推广。

G.Owen指出，膜工艺的费用主要来自膜价格、膜更换频率和能耗需求。

随着制膜水平的提高，膜的价格已大大下降；膜的更换频率与膜的稳定运行有关，但膜污染问题大大影响了膜系统的稳定运行；能耗高的原因是多重的，其中之一是膜污染造成通量下降而迫使能耗加大以维持通量。

由此可见膜污染是影响MBR经济性和推广应用的主要原因。

2膜污染的形式在膜生物反应器中，膜处于由有机物、无机物及微生物等组成的复杂的混合液中，特别是生物细胞具有活性，有着比物理过程、化学反应更为复杂的生物化学反应。

因此膜污染是一个很复杂的过程，其机理目前尚不完全清楚。

此外，由于MBR多应用微滤膜和超滤膜，膜的污染问题较纳滤和反渗透膜更为严重。

从污染物的位置来划分，膜污染分为膜附着层污染和膜堵塞。

在附着层中，发现有悬浮物、胶体物质及微生物形成的滤饼层，溶解性有机物浓缩后粘附的凝胶层，溶解性无机物形成的水垢层，而特定反应器中膜面附着的污染物随试验条件和试验水质不同而不同。

膜污染与膜清洗膜的污染与性能劣化膜经过一定时间运行后，膜的性能下降情况大体上可按下表进行划分：膜性能下降表膜性能的变化情况结垢劣化附着层孔目堵塞滤饼：悬浊物凝胶层：溶解性高分子垢层：难溶物质吸附层：溶解性高分子立体的悬浊物：溶解性高分子吸附：溶解性高分子析出：难溶性物质化学性劣化：水解、氧化物理性劣化：被压缩、膜干燥、被划伤生物性劣化：代谢产物膜污染尽管膜分离技术具有优于其它传统分离技术的显著特点与优点，但是依然有其局限性。

膜的使用者在膜芯使用过程中总是可以看到膜的通量在不断的下降，过滤出来的料液性质也有所改变，原因很简单，膜被污染了，通量自然不如以前。

膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理、化学作用或机械作用而引起的在膜面或膜孔内吸附、沉积或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。

必须首先认识到在工业膜应用中，必须认识到膜污染是不可避免的，而且是伴随着膜的应用而出现，是不可避免的现象。

只能采取各种手段降低膜污染的程度，并通过清洗使膜性能恢复。

需要特别指明和区分的一个现象：膜性能劣化与下降对于结垢来说，膜本身的结构没有发生变化，通过适当的清洗处理就可以使膜的性能全部或部分恢复。

而劣化是膜自身发生了变化，属于非可逆性性能下降。

另外，膜内外表面产生的污垢称为附着层，而膜孔内部产生的垢层称为孔目堵塞。

膜劣化的原因有如下几种情况：1、处理的料液物理化学性质超过膜材质许可的范围：料液酸碱度过高、料液中含有对膜有破坏作用的有机物或氧化物、料液中含有较大颗粒的硬物对膜造成刮伤。

2、由于操作压力过大使膜结构被压密或膜没有保持湿润干燥而产生的物理性劣化；3、使用不适当的膜清洗剂或杀菌剂而使膜发生化学性劣化；4、膜材料被微生物侵蚀而发生生物性劣化等等。

区分两者的重要意义膜污染和膜性能下降都会表现在通量和截留性能上的改变，但是往往很多人混为一谈。

有必要分清楚这两个概念，因为膜劣化造成的性能下降是不可逆的，只能通过换膜来解决，膜污染可以通过膜清洗来恢复的。

膜系统常见污染问题及控制膜系统常见的污染问题主要包括背渗、膜污染、浓缩回收导致溶质结晶、沉淀等。

针对这些问题，可以采取一系列控制措施来保证膜系统的正常运行。

首先，背渗问题是指膜系统运行过程中，溶质从高浓度侧通过膜散失到低浓度侧。

这种背渗现象主要是由于膜的不完全选择性导致的，解决背渗问题的方法包括加强膜的选择性、调整膜系统操作参数等。

其次，膜污染是指膜表面或孔道被吸附、吸附和结垢等导致的膜通量下降。

膜污染的常见原因包括微生物污染、有机胶体物质和胶体颗粒污染等。

为了解决膜污染问题，可以采用物理清洗、化学清洗、生物清洗等方法进行膜的恢复。

此外，由于膜系统在水处理过程中会导致浓缩回收，浓缩溶液中的溶质可能会发生结晶、沉淀现象，这也是常见的污染问题之一。

对于溶质结晶问题，可以通过调节膜系统操作参数来降低浓缩倍数，减少结晶的发生。

对于膜系统的控制，需要从设计、操作和管理等多个方面来考虑。

在设计方面，需要选择合适的膜材料和膜结构，以满足不同处理工艺要求，并考虑膜系统的抗污染能力。

在操作方面，需要根据处理水质的特点和要求来调整膜系统的操作参数，如进水流量、进水压力、回收比、清洗周期等，以保证膜系统的正常运行，并及时监测膜系统的运行状态，发现问题及时处理。

在管理方面，需要建立完善的膜系统运行管理体系，包括膜设备的维护保养、定期清洗和更换膜元件等；培训操作人员，提高其对膜系统运行的理解和能力；建立监测系统，通过监测膜通量、压差、水质等参数，及时发现问题并采取措施解决。

此外，为了提高膜系统的抗污染能力，还可以采取预处理手段，如混凝、沉淀、过滤等，来去除水中的悬浮物、胶体物质和有机物等；采用化学预处理手段，如酸碱调节、消毒、添加阻垢剂等，以减少膜的污染和结垢。

综上所述，膜系统常见的污染问题包括背渗、膜污染和溶质结晶等，可以通过加强膜的选择性、调整操作参数、物理、化学和生物清洗等方法来解决。

在设计、操作和管理方面采取相应措施，预处理手段也可以提高膜系统的抗污染能力。

环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答6膜分离第六章膜分离技术1、什么是膜分离过程，有哪些膜分离过程，各有什么特点，各分离过程分离离子的范围？答：若在流体内部或两流体间有一薄层凝聚相物质把流体分隔为两部分，则这一薄层物质称为膜，膜可以是固态、液态或气态。

膜分离是利用膜材料具有选择性渗透作用而使气体或液体混合物得到分离的一种方法。

膜分离技术具有以下优点：(1)能获得高纯度组分；(2)操作过程的能耗较低；(3)分离操作通常在常温或低温下操作，对热敏物料的分离尤其适宜。

2、说明膜分离过程的推动力及分离原理。

答：物质能选择性地透过膜的推动力有两种：一种是由外界提供能量，使物质能由低位向高位移动；另一种是因膜的存在造成被分离系统具有化学位差的作用下由高位向低位移动。

3、不同的膜分离过程适用于哪些场合？答：依据膜孔径的不同，分离的粒子颗粒直径也有差异。

4、膜组件有哪些形式，各有什么特点？答：(1)板框式膜组件板框式膜组件优点：组装方便，膜的清洗更换比较容易，料液流通截面较大，不易堵塞，可视生产需要组装膜组件。

缺点：密封边界长，板框和密封件的加工精度高；每块板上料液的流程短，通过板面的透过液量较少，(2)卷式膜组件与板框式膜组件相比，卷式膜组件优点是：膜组件比较紧凑；单位体积内的膜面积大；制作相对简单。

其缺点是：清洗不方便，膜损坏时，不易更换；卷式膜组件所用的膜必须是可焊接或可粘贴的膜。

(3)管式膜组件优点：结构简单；安装、操作方便；流体流动状态好,不易被堵塞。

缺点：单位体积膜组件的膜面积少，一般仅为30~330m2/m3，除特殊场合外，一般不被使用。

(4)中空纤维膜组件优点：设备紧凑，组件单位体积内的有效膜面积高达16000～3000m2/m3缺点：中空纤维内径小阻力大，易堵塞，所以料液走纤维管间，透过液走纤维管内。

透过液侧流体能量损失大，压降可达数个大气压，膜污染难除去。

5、简要说明反渗透的原理，反渗透的操作压力与膜的类型有关吗？答：当纯水与盐水用一张能透过水的半透膜隔开时，纯水能透过膜向盐水一侧渗透，直到盐水一侧水位升高到一定高度为止，渗透过程达到动态平衡，这种现象称之为渗透现象。

膜分离是一种常用的分离技术，通过薄膜作为分离层，根据物质在膜上的渗透性或选择性来实现物质的分离。

以下是膜分离的一些优点和缺点：
优点：
能够实现连续操作：膜分离可以进行连续操作，不需要像传统分离方法那样进行间断操作，提高了生产效率。

节约能源：与传统分离方法相比，膜分离通常需要较低的能量输入，能够实现能源的节约。

较小的设备占地面积：膜分离装置相对于其他分离方法来说通常占地面积较小，因此适用于空间有限的场所。

可选择性强：通过选择不同类型的膜材料和膜孔径大小，可以实现对不同粒径、分子大小或特定成分的分离，具有较高的选择性。

可逆性操作：膜分离过程通常是可逆的，可以实现物质的浓缩或纯化，并能够在需要时逆向操作。

缺点：
膜污染问题：膜分离过程中容易受到物质的污染，导致膜的阻塞或降低分离效果，需要定期进行清洗或更换。

初投资较高：与传统分离方法相比，膜分离的设备和膜材料成本较高，初投资相对较高。

维护困难：膜分离过程中需要定期维护和保养，包括清洗、消毒等，操作相对复杂。

膜寿命有限：膜分离的寿命通常受到物质的侵蚀和损伤，使用寿命有一定限制，需要定期更换。

污水处理中的膜分离技术膜分离技术在污水处理中发挥了重要作用。

下面将详细介绍膜分离技术的原理和应用，以及它在污水处理中的优势和挑战。

一、膜分离技术的原理1. 渗透和分离：膜分离技术利用特殊的膜材料，通过渗透和分离的原理将溶质和溶剂有效地分离开来。

膜的选择和设计取决于溶质的性质和所需的分离效果。

2. 气氛化：膜分离技术可以改变环境中的气态组分的分压，通过气氛化的过程将气体从溶液中分离出来。

这种技术常用于气体分离和气体净化。

3. 蒸发：膜分离技术可以利用膜的渗透性，将溶液中的溶质分子从低浓度的溶液中蒸发掉。

蒸发膜分离技术常用于淡化海水、污水浓缩等领域。

二、膜分离技术的应用1. 污水处理：膜分离技术在污水处理领域中被广泛应用。

通过膜分离技术，可以将废水中的有害物质分离出来，使水质得到净化。

同时，膜分离技术还可以实现废水的回用，减少对自然水资源的过度开采。

2. 浓缩和提纯：膜分离技术可以对溶液进行浓缩和提纯。

比如，在制药工业中，通过逆渗透膜可以从溶液中去除杂质，得到纯净的药品。

3. 脱盐和淡化：膜分离技术被广泛应用于海水淡化和脱盐领域。

通过逆渗透膜或电渗析膜可以将海水中的盐分去除，得到淡水。

这对于缺水的地区来说具有重要意义。

三、膜分离技术在污水处理中的优势1. 高效：膜分离技术具有高效的分离效果，能够有效地将废水中的有害物质分离出来。

与传统的污水处理方法相比，膜分离技术更加快速、高效。

2. 省能：膜分离技术需要的能量比传统的污水处理方法更少。

特别是在逆渗透膜分离中，能够实现能源回收，降低能源消耗。

3. 占地面积小：膜分离技术可以将废水处理设备的体积大大减小，占地面积较小。

这对于城市的污水处理厂来说尤为重要，可以节省土地资源。

四、膜分离技术在污水处理中的挑战1. 膜污染：膜分离技术在运行过程中容易出现膜污染问题，导致膜通量下降和分离效果变差。

需要采取相应的膜清洗和维护措施，增加运行成本。

2. 能耗问题：虽然膜分离技术相对于传统的污水处理方法来说更加节能，但仍然需要消耗一定的能源。