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膜分离工艺的设计原则及膜污染的控制清除方法

膜分离工艺的设计原则

  膜分离工艺的设计,是根据处理对象的性质、产品的规格指标和生产规模等来进行的,其主要任务是确定分离装置所必需的膜面积、膜的结构特性、组件的形式与数目以及它们的排列方式,确定工艺流程和操作条件,确定反冲洗和膜再生的方法,计算运转所需的泵功率等。 

  不同的生产任务对工艺设计的要求有较大差别,通过实验和计算可求得膜的平均渗透通量,考虑到浓差极化、膜污染现象等的影响,可将平均渗透通量乘上适当的安全系数,根据设计的平均渗透通量、单位时间的处理量计算出必需的膜面积,再根据每个工业组件的有效膜面积确定组件的个数。根据进料液与膜组件的物理化学相互作用特性,以及平均渗透通量和滤液质量的稳定信息,拟定反冲洗频率范围,最后确定操作方式。 

  此外,还应估计装置的成本和运转操作费用。实验和计算对工艺流程设计都是必需的,这只是一个大概程序而已。在具体设计和操作时还有许多细节问题需要考滤,并采取相应措施,妥善解决。 

膜污染的控制及清除

  针对不同的分离体系,膜污染的控制方法主要有以下几种: 

  1、原料液预处理 

  2、膜表面的改性 

  3、外加场对膜污染进行控制,包括电场、离心场和超声波场 

  4、高压反冲,主要分为气体和液体两种反冲介质(我公司的盘不能用气体反冲,请用干净的液体反冲-可用一小型过滤机制备反冲液) 

  5、强化传质,主要有改变流道截面的形状,由圆形改为星形,组件内插入不同的金属型芯,在进料液中加入气泡的方法等。 

  膜清洗方法通常可分为物理方法和化学方法,物理方法是指采用高压水射流冲洗,海绵球机械清洗等去除污染物。化学方法是采用对膜材料本身没有破坏性、对污染物有机融解作用货置换作用的化学试剂对膜进行清洗。 

  无机膜具有优异的化学稳定性和高的机械强度,我公司的无机膜原料是SiO2,可采用广泛的清洗方法进行清洗。一般规律为:无机强酸使污染物中一部分不溶性物质变为可溶性物质;有机酸主要清除无机盐的沉积;螯合剂可与污染物中的无机离子络合生成溶解度大的物质,减少膜表面合孔内沉积的盐和吸附的无机污染物;表面活性剂主要清除有机污染物;强氧化剂和强碱清除油脂和蛋白、藻类等生物物质的污染;而对细胞碎片等污染物,多采用酶清洗剂。对于污染非常严重的膜,通常采用强酸、强碱交替清洗,并加入次氯酸钠等氧化剂与表面活性剂。在这些清洗过程中,常采用高速低压的操作条件,有时配以反冲以发挥物理方法的作用,最大程度恢复膜通量。

  同时我公司的膜可以采用蒸汽或高温釜等进行消毒,在这之前需要先进行化学清洗以去除污染物,采用蒸汽等进行膜的消毒再生可达到120~130度,在这个过程中要注意加热和冷却的速度不宜过快,以免膜受冲击损坏。 

过滤前的预处理

  预处理应根据进料所含污染物来设计,通常应先用一孔径5~10μm的过滤器除去其中的悬浮物、铁锈等杂质,必要时可先絮凝,再预处理。 

  过滤中,截留分离的组分,如蛋白、酶、微生物本身会对膜形成极强的污染,一般可通过调节料液的PH值使这些污染组分远离其等电点,减少膜面上凝胶层的形成。但是如果吸附是由于静电引力,则应将料液的PH值调节至等电点以达到减少蛋白质污染的目的。 

  为防止溶解度小的无机盐沉淀析出,也可以加入抗垢剂,也有报道加入螯合剂,以改变可溶性组分的溶解度。 

  为减轻膜的负担,延长膜的寿命,料液进入膜前也可以进行适当的预过滤,如用化纤绕线型滤芯、硅藻土、石棉或玻璃纤维做成的筒式预滤器、砂棒等烧结材料制成的粗滤器进行预过滤。

 
 

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