Language
Country/Area
No result found
膜污染的惊人真相：如何透过科学改善水处理技术？
膜污染是一个重要的技术性的挑战，困扰着许多水处理技术的实现。膜污染发生在膜的表面或孔隙内沉积溶液或颗粒，导致膜的性能下降。这一过程在膜生物反应器、反渗透、前渗透、膜蒸馏、超滤、微滤或纳滤等技术中都可能发生，并且已经成为这些技术普及应用的一大障碍。
膜污染可能导致流量骤降，进而影响所产生水质的优劣。
膜污染的因素很多，包括胶状物（如粘土）、微生物（如细菌和真菌）、有机物（如油脂及聚电解质）与结垢物（矿物沉淀物）。基于粒子附着于膜表面的强度，膜污染可分为可逆和不可逆两种。可逆污染可通过强剪切力或反洗去除，而不可逆污染则是粒子强烈附着，无法通过物理清洁手段去除。
影响膜污染的因素
改变膜污染的影响因素众多，例如系统流体动力学、操作条件、膜特性及溶质材料特性。研究显示，在低压、低进料浓度及高进料速度下，浓度极化效应最小，流量几乎与跨膜压差成正比。然而，在高压范围内，流量几乎与施加的压力无关，这一偏差来自于浓度极化。在低流入速率或进料浓度较高的情况下，即使在相对低的压力下也会观察到流量的限制情况。
膜污染的测量
流量、跨膜压力（TMP）、透过率和阻力是测量膜污染的最佳指标。在恒定流量的运行下，TMP会增加以补偿膜污染；而在恒定压力运行中，则因膜污染而流量下降。在某些技术如膜蒸馏中，污染会降低膜的拒绝能力，因此可透过渗透水质（如电导率测量）来测量污垢程度。
膜污染的控制
尽管膜污染是膜过滤过程中的一个不可避免的现象，但通过清洗、选择合适的膜材料及操作条件的选择等策略可以将其降到最低。膜的清洗可以通过物理、化学或生物方法进行。物理清洗方法包括使用气泡、海绵、水射流或回洗，而生物清洗则利用生物制剂去除所有有效的微生物。化学清洗则涉及使用酸和碱来去除污染物与杂质。此外，研究人员也在探讨不同涂层对膜耐磨性的影响。
选择适合特定操作的膜材料，如对水过滤选择亲水性膜，对膜蒸馏则选择疏水性膜，对控制膜污染至关重要。
膜污染对膜机械性能的影响
膜污染会对膜性能造成机械损伤，导致不必要的压力和流量梯度。不仅会直接影响膜的物理性能，还可能因防污策略而造成间接影响。例如，回洗过程会给膜施加强烈的剪切力，这种频繁的污垢清洗使得膜承受迎合的疲劳损伤，进而导致失效。研究显示，长期的回洗会形成裂缝及物理结构损伤，甚至可能缩短膜的使用寿命。
膜材料多数为聚合物，如聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚丙烯腈（PAN）等，这些材料通常具有良好的弹性与强度，但在污染物的积累下，其物理性能会被破坏。
对于如何有效控制膜污染，还需持续进行深入的研究，以寻求更优化的膜技术和操作方法。随着水资源日益短缺，改进水处理技术变得愈发重要。未来，科学界将如何应对这一挑战并提供持续的解决方案？
