陶瓷膜在過濾過程中可以采用一定的措施預(yù)防和控制污染膜污染進(jìn)程，但是膜的污染是無法完全避免的。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，陶瓷膜的滲透通量降低很快，而且達(dá)不到工業(yè)設(shè)計(jì)要求。污染物質(zhì)長期附著在膜面和存在于孔內(nèi)，可能與膜發(fā)生化學(xué)作用而降低其使用壽命，所以為了盡可能恢復(fù)膜的性能參數(shù)，必須定期對陶瓷膜進(jìn)行清洗。
污染物類別
1、無機(jī)物污染
以壓力為驅(qū)動(dòng)的膜分離系統(tǒng)中, 由于膜的截留作用, 在膜表面會(huì)發(fā)生體系中組分的濃縮, 導(dǎo)致濃差極化現(xiàn)象的產(chǎn)生。對于可溶性的組分來說, 當(dāng)離子的含量積超過其溶解度后就會(huì)在膜表面和孔內(nèi)形成沉淀或結(jié)垢。無機(jī)類污染物最主要的是鈣和鋇等的硫酸鹽和碳酸鹽所形成所謂的水垢層, 其中以CaCO3 和CaSO4 最為常見。在大多數(shù)情況下, 無機(jī)與有機(jī)污染物之間還存在著相互促進(jìn)的作用, 加劇膜的污染。
2、有機(jī)物污染
有機(jī)污染物主要為細(xì)菌胞外聚合物( EPS) , 蛋白質(zhì)、多肽、脂肪類和多糖等大分子類的物質(zhì), 其中含有活性基團(tuán)的大分子物質(zhì)可能與金屬離子Ca2+,Mg2+和Ba2+等相互作用在膜的表面形成凝膠層, 從而可使膜的通量下降或膜的過濾阻力上升。
3、微生物污染
微生物污染主要是由微生物及其代謝產(chǎn)物組成的粘性物質(zhì)。膜的表面易吸附腐殖質(zhì)、聚糖脂和微生物進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)的產(chǎn)物等大分子物質(zhì), 具備了微生物的生存條件, 極易形成一層生物膜, 因此造成膜的不可逆堵塞, 使水通量下降。
4、膠體污染
藻類、細(xì)菌和有機(jī)物都可能處于膠體尺寸，這些膠體狀物質(zhì)有可能吸附于膜表面引起污染。膠體物質(zhì)有不同的起源，它們產(chǎn)生的膜污染亦有很大差別。來自非生物過程的膠體物質(zhì)有淤泥和黏土等無機(jī)物，它們引起的水通量衰減往往源于濾餅層污染，它們一般不會(huì)熱力學(xué)不可逆地吸附在膜表面；積聚在膜表面的這些類型的膠體很容易為水力清洗(如反沖洗和空氣擦洗)所去除。微生物新陳代謝產(chǎn)生的膠體物質(zhì)往往永久性吸附在膜表面從而引起不可逆的吸附性污染。源于微生物過程的膠體污染被歸類到微生物污染。
膜污染的防治
1）膜表面改性
膜表面的改性可分為物理改性和化學(xué)改性。
物理改性包括共混和表面層。共混是將親水性高分子與成膜材料進(jìn)行共混, 以改善膜的親水性; 表面涂層是指在膜表面上形成一層功能性預(yù)涂覆層, 防止膜材料與溶液中的組分發(fā)生吸附作用, 從而提高分離膜的抗污染性。
2）料液預(yù)處理
對料液進(jìn)行預(yù)處理是為了達(dá)到膜組件的進(jìn)水的標(biāo)準(zhǔn)( 如反滲透膜要求進(jìn)料污染指數(shù)SDI 小于5) 。預(yù)處理是指在原料液過濾前向其中加入一種或幾種物質(zhì), 使原料液的性質(zhì)或溶質(zhì)的特性發(fā)生變化。
預(yù)處理包括化學(xué)處理和物理處理。
物理處理通常包括預(yù)過濾和離心, 以除去可能阻塞膜孔的懸浮顆粒; 化學(xué)處理則包括調(diào)節(jié)料液pH值, 使大分子或膠質(zhì)污染物遠(yuǎn)離等電點(diǎn), 以減少形成凝膠層的趨勢。二價(jià)離子, 如Ca2+和Mg2+等通過在大分子鏈上架橋可以形成沉淀, 而一價(jià)離子相反卻可預(yù)防沉淀和污染。所以人們多通過離子交換以去除多價(jià)離子?；瘜W(xué)過程還包括沉淀和絮凝, 或用專門的化學(xué)藥品抗污或殺菌。
膜清洗方法通?？煞譃槲锢矸椒ê突瘜W(xué)方法，物理方法是指采用高流速水沖洗，海綿球機(jī)械清洗等去除污染物，化學(xué)方法是采用對膜材料本身沒有破壞，而對污染物有溶解作用或置換作用的化學(xué)試劑對膜進(jìn)行清洗。由于隨膜材料、分離體系、操作條件的不同，膜污染機(jī)理及污染原因也不同，所以至今還未獲得對所有體系都適用的清洗方法。因此對于具體體系需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作，對于一個(gè)體系污染后的膜的再生。首先應(yīng)明確主要的污染阻力所在及污染物的主要成分，在此基礎(chǔ)上有針對性地選擇合適的清洗劑和相應(yīng)的清洗條件。
就無機(jī)膜而言，其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和高的機(jī)械強(qiáng)度使其可采用更廣泛的清洗方法進(jìn)行清洗。目前對污染后的無機(jī)膜就進(jìn)行化學(xué)清洗的一般規(guī)律為：無機(jī)強(qiáng)酸使污染物中一部分不溶性物質(zhì)變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì)；有機(jī)酸主要清除無機(jī)鹽的沉積；配位劑可與污染物中的無機(jī)離子絡(luò)合生產(chǎn)溶解度大的物質(zhì)，減少膜表面和孔內(nèi)沉積的鹽和吸附的無機(jī)污染物；表面活性劑主要清楚有機(jī)污染物；強(qiáng)氧化劑和強(qiáng)堿適于清除油脂和蛋白、藻類等生物物質(zhì)的污染；而對于細(xì)胞碎片等污染體系，多采用酶清洗劑。對于污染非常嚴(yán)重的膜，通常采用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿交替清洗，并加入次氯酸鈉等氧化劑與表面活性劑。
選擇合適的清洗條件和操作方式也非常重要，同一種清洗劑，在不同的操作條件和操作方式下，清洗效果差別很大，在無機(jī)膜清洗過程中，常采用高速低壓的操作條件，有時(shí)配以反沖，以發(fā)揮物理方法的作用，最大程度地恢復(fù)膜通量。
除了化學(xué)清洗外，無機(jī)膜的耐高溫的特點(diǎn)使其可以采用所謂熱清洗方法來達(dá)到再生的目的，特別是在生物、食品等領(lǐng)域應(yīng)用中，可以通過蒸汽或高壓釜等進(jìn)行消毒，在這之前仍需要先進(jìn)行化學(xué)清洗以去除污染物，采用蒸汽等進(jìn)行膜的消毒再生可達(dá)到120~130℃，在這過程中要注意加熱和冷卻的速度不宜過快，以免膜受沖擊發(fā)生損壞，特別是陶瓷膜。
對于可耐250℃處理的無機(jī)膜，還可采用高溫?zé)频霓k法來去除一些有機(jī)污染物，但要注意加熱后膜的孔結(jié)構(gòu)和表面形貌的變化，另外，這一方法比較適宜于密封材料能耐高溫的組件，否則處理過程復(fù)雜，并不經(jīng)濟(jì)。
