陶瓷膜微滤的影响因素及膜污染再生探讨

第39卷第1期2010年1月辽宁化工LiaoningChemicalIndustryVo1．39，No．1January，2010陶瓷膜微滤的影响因素及膜污染再生探讨刘昌盛，傅金祥，李慧(沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168)摘要：对无机陶瓷膜这种近年来广泛应用的新型膜分离技术的发展和现状进行了介绍。无机陶瓷膜较有机膜及一般分离技术具有无可比拟的优势，在环保，化工，医药，食品饮料等领域发挥着Et益重要的作用。对各个因素影响机理进行了探讨。在膜过滤的过程中不可避免的发生膜污染，利用单一或复合清洗剂使被污染膜恢复膜通量。关键词：无机陶瓷膜；微滤；膜污染中图分类号：TQ051．893文献标识码：A文章编号：1004—0935(2010)01—0055—04膜分离是在2O世纪初出现，近年来迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、操作简单等特征，因此已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一⋯。将膜按不同标准进行分类如表1。表1膜的分类标准分类膜结构蓑膜、均质膜不对称膜膜材质膜分离机理多孔膜，无孔膜，载体膜膜几何形状骞墓葬妄(10dm0m．)5、毛mm细)管式·～m1无机陶瓷膜概述陶瓷膜作为膜家族中的重要成员，是固态膜中无机膜的一种，以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜，呈管状及多通道状，管壁密布微孔。在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质或液体透过膜，大分子物质或固体被膜截留而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的]。陶瓷超滤膜是以氧化铝、氧化锆等作为基本材料，以不同规格的陶瓷管为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成。主要用于对液态、气态混合物进行过滤分离，达到提高产品质量、降低生产成本的目标，应用领域极为广泛。1．1无机陶瓷膜的发展和现状无机陶瓷膜的研究始于19世纪40年代，其发展可分为3个阶段：用于铀的同位素分离的核工业时期，20世纪80年代建成了膜面积达400万m的陶瓷膜富集U256F6工厂，以无机微滤膜和超滤膜为主的液体分离时期和以膜催化反应为核心的全面发展时期J。通过这3个阶段的发展，无机陶瓷膜分离技术已初步产业化，应用也已拓展至食品行业、生物、环境、化工、石油、冶金等领域，成为精密过滤分离的重要新技术。1．2无机陶瓷膜的特点建立于无机材料科学基础上的陶瓷膜具有聚合物分离膜所无法比拟的一些优点：(1)化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；(2)机械强度大，担载无机膜可承受几十个大气压的外压，并可反向冲洗；(3)抗微生物能力强，不与微生物发生作用；(4)耐高温，一般均可以在400℃下操作，最高可达1000oC以上；(5)孔径分布窄，分离效率高；(6)结构简单，操作稳定，易于保存。收稿日期：2009-09-09作者简介：刘昌盛(1985一)，男，硕士研究生。56辽宁化工2010年1月2无机陶瓷膜微滤的影响因素微滤又称微孔过滤(microfiltration，MF)，能截留微粒范围大约在0．05～10Ixm。无机陶瓷膜是膜家族的重要组成部分，其构成基质为氧化锆或氧化铝等无机材料，具有耐高温，适于处理高温、高粘度流体；机械强度高耐冲洗，易再生；化学稳定性好，耐酸碱、抗微生物；使用寿命长等优点。分离机理为筛分机理，膜的物理结构起决定性作用。其截留作用包括：机械截留作用，即膜会截留大于其孔径或与其孔径相当的微粒；物理作用或吸附截留作用，其中包括吸附和电性能的影响；架桥作用，在膜孔的人口处，微粒因架桥作用也可被截留。膜通量是反映膜管性能的重要参数，计算公T，式是J=—，即单位时间内通过单位膜面积的n盯Ⅱ“渗透液的体积量]。陶瓷微滤膜孔径较小，极易发生阻塞形成膜污染，造成膜通量的下降，所以在过滤的过程中保持较高的膜通量和截留率受到许多内部和外部条件的影响，内部因素主要包括膜材质和孔径以及进料液的性质，外部因素主要包括操作条件。因此在陶瓷膜微滤的研究中，选择最佳的滤膜和运行条件对分离效果至关重要。2．1预处理对料液进行预处理，如预过滤、絮凝、炭吸附、调pH值、除盐、消毒灭菌等，料液中的较大粒径的颗粒通过预处理去除，使进入膜组件的水质成分得到很大改善，在一定程度上可以提高膜通量。有研究表明，在造纸和炼油废水的膜处理的过程中投加絮凝剂PAM或硫酸铝，能有效的提高膜通量和分离效果。2．2膜孔径选择合适的膜孔径对于过滤系统的分离效果至关重要。孔径大了，分离效果不好；孔径小了，极易发生膜阻塞。所以关键是掌握进料成分的颗粒大小，有能力的情况下要对待过滤液颗粒粒径进行分析，以便选择最佳的分离膜孑L径。2．3膜材质陶瓷超滤膜是以氧化铝、氧化锆等作为基