物理清洗和化学清洗(膜清洗)

Posted 2023-06-02

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物理清洗和化学清洗(膜清洗)

清洗方法

常用的膜清洗方法包括物理清洗，化学清洗和生物清洗三大类。

（1）物理清洗

物理清洗主要包括水力清洗、超声波清洗和机械刮除等。它们是仅依拿人工或机械来去除膜表面的污染物。常见的水力清洗有低压高速清洗，反冲洗等，主要是靠剪切力和反向压力去除膜表面的污染物。对于中空纤维膜，通常采用反冲洗的方法，效果较好，负压抽吸清洗与反冲洗有一定的相似性，在某些情况下清洗效果更好。超声波清洗是通过在水中引发剧烈的素流和振动，让污染层结构变得疏松井易于去除机械刮除。机械刮除是借助水力使海绵球通过管式组件的内压管，刮去那些结构蓬松的软质垢，另外，电场过滤、脉冲电泳清洗、脉冲电解清洗及电渗透反冲洗的研究也十分活跃。一般来说，物理清洗所需设备简单、成本低，对膜损伤小、环境影响小、使用周期短，已成为去除污染物的常用手段。

（2）化学清洗

当物理清洗的效果有限时，就需要使用化学清洗，它是通过化学清洗试剂与膜面或膜孔内的污染物发生溶解、置换或化学反应来使污染层的结构和性质发生变化，并将其转变成可以清洗去除的状态。化学清洗又可分为酸洗、碱洗、氧化剂清洗，络合清洗、盐洗、表面活性剂清洗等。

酸洗主要用于无机污染物的去除，中和反应和复分解反应是去除无机污染物的关键机制。草酸、柠檬酸、硝酸、盐酸、磷酸和硫酸等是广泛使用的酸。硝酸是一种强氧化剂。有时可通过其硝化作用来去除有机和生物污染物。其缺点是对溶液的pH值影响大并影响到膜的完整性；另外，一些酸的溶解度有限，可能会再次沉积。

碱洗液(氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠等的水溶液)可把蛋白质和糖、胶体和微生物等溶解或分解成小分子、细颗粒或可溶性有机物，从而破坏凝胶层结构，然后加以去除，采用NaOH水溶液可有效去除蛋白质污染。

次氯酸钠、过氧化氢、过氧乙酸等作为强氧化剂，其主要作用是氧化和消毒，将有机物官能团氧化成亲水性的酮，醛或羧酸基团，从而降低污染物的黏附性；把胶体和微生物絮体分解成细颗粒和可溶性有机物，促进其进一步氧化消除。

常见的表面活性剂，如十二烷基苯磺酸钠，、Triton X-100等能与水中的脂肪、油和蛋白质形成胶束溶解大分子，从而去除污染物。螯合剂如乙二胺四乙酸(EDTA)是通过配体交换金属离子，破坏原本有效交联在一起的污染物，达到清洗效果。在某些应用中，如多糖等污染物，温水浸泡即可基本恢复膜通量。

（3）生物清洗

生物清洗是利用具有生物活性的清洗剂(如酶等)来去除80%~100%的污染物。使用酶清洗的优点是膜保持清洁的时间延长；此外，酶清洗还可减少有害化学清洗剂的用量，但使用不当时可能会造成新的膜污染。

在实际工业过程中，组合清洗方式，如氧化剂和碱(次氯酸钠和氢氧化钠)、氧化剂和酸(次氯酸钠和柠檬酸)以及氧化剂和螯合剂(次氯酸钠和乙二胺四乙酸)联用等的清洗效果都优于单一试剂的清洗效果。对于蛋白质污染严重的膜，用含0.5%胃蛋白酶的0.01mol/ L NaOH溶液清洗30min可有效恢复膜通量。另外，物理-化学联合清洗可增强反洗的清洗效果，通过将低浓度的化学清洗试剂加入反冲洗的水中来提高清洗效率。超声波与化学试剂的联合清洗也是目前的发展趋势。

综上所述，对于不同类型的膜和污染物，应该选择不同的清洗方法。通过优化组合，找出经济合理的清洗方式，可大大降低清洗过程的运行费用，达到节能降耗的目的。