CN102133505A

CN102133505A - 一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法

Info

Publication number: CN102133505A
Application number: CN2010105372591A
Authority: CN
Inventors: 俞三传; 刘梅红
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU; Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: CN102133505B

Abstract

本发明涉及一种膜污染的强化清洗方法，具体是指一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法。本发明的反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法的特征在于在反渗透/纳滤膜污染清洗过程中，导入具有pH响应特性的功能材料，通过扩散作用使pH响应性功能材料进入污染层，然后通过改变溶液pH值使膜表面污染层中的具有pH响应功能的材料发生分子形态转变，从而使污染层疏松化，促进污染物从膜表面去除，提高膜污染的清洗效率。本发明的优点是可有效提高反渗透/纳滤膜污染的清洗效果，从而提高膜分离效率和延长膜使用寿命，而且清洗工艺也较简单。本发明的反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法具有广泛的用途。

Description

一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法

技术领域

本发明涉及一种膜污染的强化清洗方法，具体是指一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法。

技术背景

膜分离技术是一种高效、节能的绿色新型分离技术，具有设备简单、操作条件温和、处理量大、分离效率高等突出特点，已在海水和苦咸水淡化、废水处理与资源化、生物制品分离、环境工程、食品、医药等领域得到广泛应用，并已取得了很好的经济和社会效益；近年来，随着全球水资源短缺日益严重、水污染日益加重，膜分离技术在海水淡化、中水回用、清洁生产、饮用水净化等领域得到了更广泛的应用和重视。

膜分离技术的核心和基础是高性能的分离膜，在分离膜的使用过程中，溶液中的杂质将被截留在膜的表面，从而在膜表面形成污染层，因而，膜污染是膜分离技术应用过程中不可避免的。膜污染可以由下列过程引起：原水中的胶体颗粒在膜上沉积---胶体污染；难溶性无机盐在膜上沉积---结垢；微生物在膜上粘附及生长---生物污染；原水中的某些组分与膜表面成分本身发生物理或化学反应---化学污染；原水中的有机物极附于膜表面---有机污染。当膜表面污染物累积到一定程度后，压差逐渐升高，产水量和分离效率将会下降。如不及时清洗，则会导致装置的产水量和出水水质下降，增加水头损失，进而影响膜的分离性能，最终缩短膜的使用寿命，增加系统运行成本。

反渗透/纳滤膜技术是目前应用最广的水处理技术，而制约其规模应用和经济性的主要问题是膜污染，尤其是在废水处理与回用中的应用。膜清洗则是目前解决膜污染的主要有效手段之一，反渗透/纳滤膜污染清洗的方法分为物理清洗(例如：低压冲洗、反洗等)、化学清洗、物理-化学清洗，其中化学清洗使用得最为广泛。在化学清洗进行时清洗药剂扩散进入污染物在膜表面形成的沉积层并与污染物发生化学反应。清洗药剂的扩散速度取决于包括清洗液湍流特性在内的不同因素。在水解、溶解和分散等化学反应的作用下污染物被从反渗透膜表面去除。选择适宜的化学清洗药品及合理的清洗方案是化学清洗的关键。为达到最佳的清洗效果，有时会使用一些不同的化学清洗药品进行组合清洗。酸性清洗可用于去除反渗透膜上沉积的无机盐垢，碱性清洗可用于去除有机物和胶体污物。典型的程序是先采用酸性清洗，去除无机污染物，然后再采用碱性清洗，去除有机污染物。在有些情况下，也可先进行碱性清洗，去除油类或有机物，再进行酸性清洗。有些清洗溶液中加入了洗涤剂以帮助去除严重的生物和有机碎片污物。同时也可用其它药品，如在酸性洗液中加入氨水可克服单纯酸性洗液中可能形成难溶性亚铁柠檬酸盐的现象，在碱性洗液中加入EDTA来辅助去除胶体、有机物、微生物及硫酸盐垢。

但是，由于实际使用过程中，污染物的种类与结构繁多，同时对膜污染机理的认识又不足，使得膜污染清洗工艺的选择既十分复杂又较为盲目，而且膜污染的清洗效率得不到保证，尤其是复杂体系的膜污染的清洗，其清洗效率普遍偏低，从而导致运行成本增加；同时，高强度的化学清洗还会破坏膜材料结构，导致膜分离性能的下降甚至失效。

因而，如何强化膜污染清洗过程，提高膜污染的清洗效率，对于促进反渗透/纳滤膜分离技术的推广应用，尤其是在高污染流体的处理中的应用，提高膜分离效率和延长膜使用寿命等均是十分必要和具有重要实际意义的。

发明内容

本发明针对现有膜污染清洗技术中的不足，提出一种新的反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，可以有效提高现有反渗透/纳滤膜污染的清洗效率。

本发明需要解决的技术问题是，使膜表面的污染层疏松化，更易从膜表面脱落。在反渗透/纳滤膜污染清洗过程中，导入具有pH敏感特性的功能材料，通过功能材料的扩散作用进入污染层，然后通过改变溶液pH值使膜表面污染层中的具有pH敏感特性的功能材料发生分子形态转变。pH敏感性功能材料分子形态的转变，不仅可使污染层疏松化，而且能促进膜清洗药剂渗透进入膜污染层，从而促进污染物从膜表面去除，提高膜污染的清洗效率。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于：

(a)对膜分离系统中的反渗透/纳滤膜表面用含有一种或几种pH敏感性聚合物的水溶液进行循环浸泡处理，至少使其中的一种pH敏感聚合物能有效扩散进入分离膜表面的污染层中；

所述的pH敏感性聚合物为：

聚丙烯酸及其水溶性共聚物中的一种或几种混合物；

或，聚甲基丙烯酸及其水溶性共聚物中的一种或几种混合物；

或，水溶性羧甲基纤维素；

或，水溶性壳聚糖；

(b)用一定pH值的含清洗剂的清洗液对膜进行循环浸泡清洗处理，使扩散进入膜表面污染层中的pH敏感性聚合物发生形态转变；

所述的pH值：

对于聚丙烯酸及其水溶性共聚物和聚甲基丙烯酸及其水溶性共聚物类pH敏感性聚合物为0.5到4.5；

或，对于水溶性羧甲基纤维素类pH敏感性聚合物为0.5到3.0；

或，对于水溶性壳聚糖类pH敏感性聚合物为8.5到12.0；

所述的pH敏感性聚合物的形态转变是指pH敏感性聚合物的分子形态由伸长、舒张状态转化为收缩、卷曲状态；

所述的pH敏感性聚合物的形态转变，可使膜面污染层疏松化，促进污染物从膜表面去除，提高膜污染的清洗效率。

(c)对膜表面进行冲洗，去除膜表面的污染物。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法是用含有pH敏感性聚合物的水溶液对系统中的污染膜进行循环浸泡处理。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法中所述的pH敏感性聚合物的水溶液的浓度为1mg/l到500mg/l。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法中所述的用含有一种或几种pH敏感性聚合物的水溶液进行循环浸泡处理的时间为10分钟到120分钟。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法中所述的用一定pH值的含清洗剂的清洗液对膜进行循环浸泡清洗处理的时间为10分钟到120分钟。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法中所述的用一定pH值的含清洗剂的清洗液对膜进行循环浸泡清洗处理的清洗剂为：

二氧化氯、亚氯酸、氯胺、次氯酸钠、溴、溴酸钠、或卤氧化合物中的一种或几种混合物；

或，过氧化氢、过氧乙酸、或过碳酸钠中的一种或几种混合物；

或，盐酸、硝酸、柠檬酸、磷酸、硫酸、或草酸中的一种或几种混合物；

或，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、或氢氧化铵中的一种或几种混合物；

或，脂肪酶、蛋白水解酶、淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、葡糖内酯酶、或半乳糖苷酶中一种或几种；

或，包含一种或几种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂，或它们的混合物。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法中所述的清洗剂包含一种或多种螯合剂。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法所述的阳离子表面活性剂为胺盐型阳离子表面活性剂，或季铵盐阳离子表面活性剂，或杂环型阳离子表面活性剂中的一种或几种。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法中所述的阴离子表面活性剂为脂肪酸盐表面活性剂，或磺酸盐型阴离子表面活性剂，或硫酸酯盐型阴离子表面活性剂，或烷基磷酸酯盐阴离子表面活性剂，或氨基酸盐阴离子表面活性剂中的一种或几种。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法中所述的非离子型表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚，或高碳脂肪醇聚氧乙烯醚，或脂肪酸聚氧乙烯酯，或聚氧乙烯胺，或聚氧乙烯酰胺，或聚丙二醇的环氧乙烷加成物，或聚氧乙烯化的离子型表面活性剂，或失水山梨醇酯，或蔗糖酯，或烷基醇酰胺型非离子型表面活性剂中的一种或几种。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法中所述的清洗剂表面活性剂为氨基酸型两性表面活性剂，或甜菜碱型两性表面活性剂中的一种或几种。

作为优选，上述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法中所述的对膜表面进行冲洗是指用含有清洗剂的水溶液或纯水进行冲洗。

本发明中所述的反渗透/纳滤膜为平板膜，或中空纤维膜，或管式膜。

有益效果：本发明的反渗透/纳滤膜污染强化清洗方法，可有效提高反渗透/纳滤膜污染的清洗效果，从而提高膜分离效率和延长膜使用寿命，而且清洗工艺也较简单。

以下实施例给出了反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法的说明以及清洗效果。然而，这些实施例仅仅是提供作为说明而不是限定本发明。

附图说明

图1反渗透/纳滤膜污染强化清洗方法的原理示意图

具体实施方式

下面对本发明的实施作具体说明：

污染反渗透/纳滤膜循环浸泡含pH敏感性功能材料溶液：配置浓度为10～500mg/l的含pH敏感性功能材料的水溶液，在室温下对对污染膜进行循环浸泡处理10-120分钟；若pH敏感性功能材料为聚丙烯酸及其水溶性共聚物、或聚甲基丙烯酸及其水溶性共聚物、或水溶性羧甲基纤维素，则溶液的pH调节为碱性(pH在7.5-11.0之间)，使pH敏感性聚合物分子在水溶液中呈伸长、舒展状态；若pH敏感性功能材料为水溶性壳聚糖，则溶液的pH调节为酸性(pH在1.0-6.5之间)，使pH敏感性聚合物分子在水溶液中呈伸长、舒展状态；通过扩散渗透作用使pH敏感性聚合物的进入膜表面的污染层中(如图1)。

污染反渗透/纳滤膜循环浸泡含清洗剂溶液：对上述经循环浸泡含pH敏感性功能材料溶液的污染反渗透/纳滤膜，用一定pH值的含清洗剂的清洗液对膜进行循环浸泡清洗处理，使扩散进入膜表面污染层中的pH敏感性聚合物发生形态转变进行循环浸泡含清洗剂溶液处理。对于聚丙烯酸及其水溶性共聚物和聚甲基丙烯酸及其水溶性共聚物类pH敏感性聚合物，清洗液pH值为0.5到4.5；对于水溶性羧甲基纤维素类pH敏感性聚合物，清洗液pH值为0.5到3.0；对于水溶性壳聚糖类pH敏感性聚合物，清洗液pH值为8.5到12.0。清洗剂为常用的反渗透/纳滤膜污染清洗剂，通常至少包含杀菌剂、酸，碱、表面活性剂、螯合剂、酶等中的一种。循环浸泡处理时间为10-120钟。

污染反渗透/纳滤膜的冲洗处理：对经上述两步处理的污染反渗透/纳滤膜用水溶液或纯水进行冲洗。

对污染反渗透/纳滤膜和按上述方法清洗的膜进行性能测试。

本发明通过错流渗透试验，对反渗透/纳滤膜的脱盐率和水通量等两个分离性能指标进行评价。

脱盐率(R)定义为：在一定的操作条件下，进料液盐浓度(C_f)与渗透液中盐浓度(C_p)之差，再除以进料液盐浓度。

水通量定义为：在一定的操作条件下，单位时间内透过单位膜面积的水的体积，其单位为l/m².h。

本发明中膜性能测定采用的操作条件为：进液为2000ppm的氯化钠水溶液，操作压力为225psi，操作温度为25℃，pH为6.8。

结果：

表1：生物污染反渗透膜的强化清洗效果

上述实例表明：用含有具有pH敏感性功能材料对生物污染反渗透膜进行循环浸泡处理，通过改变pH，利用功能材料的分子形态转，可有效提高膜清洗效果。而pH敏感性功能材料的含量、循环浸泡的时间等均会影响强化清洗效果。

表2：反渗透膜结垢污染的强化清洗效果

上述实例表明：用含有具有pH敏感性功能材料对反渗透膜表面结垢进行循环浸泡处理，通过改变pH，利用功能材料的分子形态转，可有效提高膜清洗效果。而pH敏感性功能材料的种类及其含量、循环浸泡的时间等均会影响强化清洗效果。

表3：纳滤膜结垢污染的强化清洗效果

上述实例表明：用含有具有pH敏感性功能材料对纳滤膜表面结垢进行循环浸泡处理，通过改变pH，利用功能材料的分子形态转，可有效提高膜清洗效果。而pH敏感性功能材料的种类及其含量、循环浸泡的时间等均会影响强化清洗效果。

Claims

1.一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于：

(a)对膜分离系统中的反渗透/纳滤膜表面用含有一种或几种pH敏感性聚合物的水溶液进行循环浸泡处理；

所述的pH敏感性聚合物为：

聚丙烯酸及其水溶性共聚物中的一种或几种混合物，调节溶液的pH值为7.5-11.0；

或，聚甲基丙烯酸及其水溶性共聚物中的一种或几种混合物，调节溶液的pH值为7.5-11.0；

或，水溶性羧甲基纤维素，调节溶液的pH值为7.5-11.0；

或，水溶性壳聚糖，调节溶液的pH值为1.0-6.5；

所述的清洗剂为：

或，包含一种或几种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂，或它们的混合物；

所述的pH值：

pH敏感性聚合物为聚丙烯酸及其水溶性共聚物和聚甲基丙烯酸及其水溶性共聚物类，清洗液的pH值为0.5-4.5；

或，pH敏感性聚合物为水溶性羧甲基纤维素类，清洗液的pH值为0.5-3.0；

或，pH敏感性聚合物为水溶性壳聚糖类，清洗液的pH值为8.5-12.0；

(c)对膜表面进行冲洗，去除膜表面的污染物。

2.根据权利要求1所述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于所述的pH敏感性聚合物的水溶液的浓度为1mg/1-500mg/l。

3.根据权利要求2所述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于所述的pH敏感性聚合物的水溶液的浓度为50mg/1-200mg/l；

其中，在步骤(a)中的水溶性壳聚糖溶液的pH值为2.4-2.8；

在步骤(b)中pH敏感性聚合物为聚丙烯酸及其水溶性共聚物，则清洗液的pH值为3.5。

4.根据权利要求1所述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于所述的步骤(a)中用含有一种或几种pH敏感性聚合物的水溶液进行循环浸泡处理的时间为10分钟到120分钟。

5.根据权利要求1所述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于所述的步骤(b)中用一定pH值的含清洗剂的清洗液对膜进行循环浸泡清洗处理的时间为10分钟到120分钟。

6.根据权利要求1所述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于所述的清洗剂包含一种或多种螯合剂。

7.根据权利要求1所述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于所述的阳离子表面活性剂为胺盐型阳离子表面活性剂、季铵盐阳离子表面活性剂、或杂环型阳离子表面活性剂；

阴离子表面活性剂为脂肪酸盐表面活性剂、磺酸盐型阴离子表面活性剂、硫酸酯盐型阴离子表面活性剂、烷基磷酸酯盐阴离子表面活性剂、或氨基酸盐阴离子表面活性剂；

非离子型表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯胺、聚氧乙烯酰胺、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、聚氧乙烯化的离子型表面活性剂、失水山梨醇酯、蔗糖酯、或烷基醇酰胺型非离子型表面活性剂；

两性表面活性剂为氨基酸型两性表面活性剂、或甜菜碱型两性表面活性剂。

8.根据权利要求1所述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于所述的反渗透/纳滤膜为平板膜，或中空纤维膜，或管式膜。

9.根据权利要求1所述的一种反渗透/纳滤膜污染的强化清洗方法，其特征在于所述的步骤(c)中对膜表面进行冲洗是指用含有清洗剂的水溶液或纯水进行冲洗。