專利名稱：一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜污染的強(qiáng)化清洗方法，具體是指一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng) 化清洗方法。
背景技術(shù)：
膜分離技術(shù)是一種高效、節(jié)能的綠色新型分離技術(shù)，具有設(shè)備簡單、操作條件溫 和、處理量大、分離效率高等突出特點，已在海水和苦咸水淡化、廢水處理與資源化、生物制 品分離、環(huán)境工程、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并已取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益；近 年來，隨著全球水資源短缺日益嚴(yán)重、水污染日益加重，膜分離技術(shù)在海水淡化、中水回用、 清潔生產(chǎn)、飲用水凈化等領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用和重視。膜分離技術(shù)的核心和基礎(chǔ)是高性能的分離膜，在分離膜的使用過程中，溶液中的 雜質(zhì)將被截留在膜的表面，從而在膜表面形成污染層，因而，膜污染是膜分離技術(shù)應(yīng)用過程 中不可避免的。膜污染可以由下列過程引起原水中的膠體顆粒在膜上沉積一膠體污染； 難溶性無機(jī)鹽在膜上沉積一結(jié)垢；微生物在膜上粘附及生長一生物污染；原水中的某 些組分與膜表面成分本身發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)一化學(xué)污染；原水中的有機(jī)物極附于膜表 面一有機(jī)污染。當(dāng)膜表面污染物累積到一定程度后，壓差逐漸升高，產(chǎn)水量和分離效率將 會下降。如不及時清洗，則會導(dǎo)致裝置的產(chǎn)水量和出水水質(zhì)下降，增加水頭損失，進(jìn)而影響 膜的分離性能，最終縮短膜的使用壽命，增加系統(tǒng)運(yùn)行成本。反滲透/納濾膜技術(shù)是目前應(yīng)用最廣的水處理技術(shù)，而制約其規(guī)模應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)性 的主要問題是膜污染，尤其是在廢水處理與回用中的應(yīng)用。膜清洗則是目前解決膜污染的 主要有效手段之一，反滲透/納濾膜污染清洗的方法分為物理清洗(例如低壓沖洗、反洗 等)、化學(xué)清洗、物理-化學(xué)清洗，其中化學(xué)清洗使用得最為廣泛。在化學(xué)清洗進(jìn)行時清洗藥 劑擴(kuò)散進(jìn)入污染物在膜表面形成的沉積層并與污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。清洗藥劑的擴(kuò)散速度 取決于包括清洗液湍流特性在內(nèi)的不同因素。在水解、溶解和分散等化學(xué)反應(yīng)的作用下污 染物被從反滲透膜表面去除。選擇適宜的化學(xué)清洗藥品及合理的清洗方案是化學(xué)清洗的關(guān) 鍵。為達(dá)到最佳的清洗效果，有時會使用一些不同的化學(xué)清洗藥品進(jìn)行組合清洗。酸性清 洗可用于去除反滲透膜上沉積的無機(jī)鹽垢，堿性清洗可用于去除有機(jī)物和膠體污物。典型 的程序是先采用酸性清洗，去除無機(jī)污染物，然后再采用堿性清洗，去除有機(jī)污染物。在有 些情況下，也可先進(jìn)行堿性清洗，去除油類或有機(jī)物，再進(jìn)行酸性清洗。有些清洗溶液中加 入了洗滌劑以幫助去除嚴(yán)重的生物和有機(jī)碎片污物。同時也可用其它藥品，如在酸性洗液 中加入氨水可克服單純酸性洗液中可能形成難溶性亞鐵檸檬酸鹽的現(xiàn)象，在堿性洗液中加 入EDTA來輔助去除膠體、有機(jī)物、微生物及硫酸鹽垢。但是，由于實際使用過程中，污染物的種類與結(jié)構(gòu)繁多，同時對膜污染機(jī)理的認(rèn)識 又不足，使得膜污染清洗工藝的選擇既十分復(fù)雜又較為盲目，而且膜污染的清洗效率得不 到保證，尤其是復(fù)雜體系的膜污染的清洗，其清洗效率普遍偏低，從而導(dǎo)致運(yùn)行成本增加； 同時，高強(qiáng)度的化學(xué)清洗還會破壞膜材料結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致膜分離性能的下降甚至失效。
因而，如何強(qiáng)化膜污染清洗過程，提高膜污染的清洗效率，對于促進(jìn)反滲透/納濾 膜分離技術(shù)的推廣應(yīng)用，尤其是在高污染流體的處理中的應(yīng)用，提高膜分離效率和延長膜 使用壽命等均是十分必要和具有重要實際意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有膜污染清洗技術(shù)中的不足，提出一種新的反滲透/納濾膜污染的 強(qiáng)化清洗方法，可以有效提高現(xiàn)有反滲透/納濾膜污染的清洗效率。本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，使膜表面的污染層疏松化，更易從膜表面脫落。在 反滲透/納濾膜污染清洗過程中，導(dǎo)入具有PH敏感特性的功能材料，通過功能材料的擴(kuò)散 作用進(jìn)入污染層，然后通過改變?nèi)芤篜H值使膜表面污染層中的具有pH敏感特性的功能材 料發(fā)生分子形態(tài)轉(zhuǎn)變。PH敏感性功能材料分子形態(tài)的轉(zhuǎn)變，不僅可使污染層疏松化，而且能 促進(jìn)膜清洗藥劑滲透進(jìn)入膜污染層，從而促進(jìn)污染物從膜表面去除，提高膜污染的清洗效 率。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以實現(xiàn)的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法，其特征在于(a)對膜分離系統(tǒng)中的反滲透/納濾膜表面用含有一種或幾種pH敏感性聚合物的 水溶液進(jìn)行循環(huán)浸泡處理，至少使其中的一種PH敏感聚合物能有效擴(kuò)散進(jìn)入分離膜表面 的污染層中；所述的pH敏感性聚合物為聚丙烯酸及其水溶性共聚物中的一種或幾種混合物；或，聚甲基丙烯酸及其水溶性共聚物中的一種或幾種混合物；或，水溶性羧甲基纖維素；或，水溶性殼聚糖；(b)用一定pH值的含清洗劑的清洗液對膜進(jìn)行循環(huán)浸泡清洗處理，使擴(kuò)散進(jìn)入膜 表面污染層中的PH敏感性聚合物發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)變；所述的pH值對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類pH敏感性 聚合物為0. 5到4. 5 ；或，對于水溶性羧甲基纖維素類pH敏感性聚合物為0. 5到3. 0 ；或，對于水溶性殼聚糖類pH敏感性聚合物為8. 5到12. 0 ；所述的pH敏感性聚合物的形態(tài)轉(zhuǎn)變是指pH敏感性聚合物的分子形態(tài)由伸長、舒 張狀態(tài)轉(zhuǎn)化為收縮、卷曲狀態(tài)；所述的pH敏感性聚合物的形態(tài)轉(zhuǎn)變，可使膜面污染層疏松化，促進(jìn)污染物從膜表 面去除，提高膜污染的清洗效率。(c)對膜表面進(jìn)行沖洗，去除膜表面的污染物。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法是用含有PH敏感性聚 合物的水溶液對系統(tǒng)中的污染膜進(jìn)行循環(huán)浸泡處理。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法中所述的PH敏感性聚 合物的水溶液的濃度為lmg/1到500mg/l。
作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法中所述的用含有一種 或幾種PH敏感性聚合物的水溶液進(jìn)行循環(huán)浸泡處理的時間為10分鐘到120分鐘。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法中所述的用一定pH值 的含清洗劑的清洗液對膜進(jìn)行循環(huán)浸泡清洗處理的時間為10分鐘到120分鐘。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法中所述的用一定pH值 的含清洗劑的清洗液對膜進(jìn)行循環(huán)浸泡清洗處理的清洗劑為二氧化氯、亞氯酸、氯胺、次氯酸鈉、溴、溴酸鈉、或鹵氧化合物中的一種或幾種混 合物；或，過氧化氫、過氧乙酸、或過碳酸鈉中的一種或幾種混合物；或，鹽酸、硝酸、檸檬酸、磷酸、硫酸、或草酸中的一種或幾種混合物；或，氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、或氫氧化銨中的一種或幾種混合物；或，脂肪酶、蛋白水解酶、淀粉酶、果膠酶、纖維素酶、葡糖內(nèi)酯酶、或半乳糖苷酶中 一種或幾種；或，包含一種或幾種陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑、非 離子型表面活性劑，或它們的混合物。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法中所述的清洗劑包含 一種或多種螯合劑。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法所述的陽離子表面活 性劑為胺鹽型陽離子表面活性劑，或季銨鹽陽離子表面活性劑，或雜環(huán)型陽離子表面活性 劑中的一種或幾種。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法中所述的陰離子表面 活性劑為脂肪酸鹽表面活性劑，或磺酸鹽型陰離子表面活性劑，或硫酸酯鹽型陰離子表面活 性劑，或烷基磷酸酯鹽陰離子表面活性劑，或氨基酸鹽陰離子表面活性劑中的一種或幾種。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法中所述的非離子型表 面活性劑為烷基酚聚氧乙烯醚，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，或聚丙二醇的環(huán)氧乙烷加成物，或聚氧乙烯化的離子型表面活性 劑，或失水山梨醇酯，或蔗糖酯，或烷基醇酰胺型非離子型表面活性劑中的一種或幾種。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法中所述的清洗劑表面 活性劑為氨基酸型兩性表面活性劑，或甜菜堿型兩性表面活性劑中的一種或幾種。作為優(yōu)選，上述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法中所述的對膜表面進(jìn) 行沖洗是指用含有清洗劑的水溶液或純水進(jìn)行沖洗。本發(fā)明中所述的反滲透/納濾膜為平板膜，或中空纖維膜，或管式膜。有益效果本發(fā)明的反滲透/納濾膜污染強(qiáng)化清洗方法，可有效提高反滲透/納濾 膜污染的清洗效果，從而提高膜分離效率和延長膜使用壽命，而且清洗工藝也較簡單。以下實施例給出了反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法的說明以及清洗效果。然 而，這些實施例僅僅是提供作為說明而不是限定本發(fā)明。


圖1反滲透/納濾膜污染強(qiáng)化清洗方法的原理示意圖
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施作具體說明污染反滲透/納濾膜循環(huán)浸泡含pH敏感性功能材料溶液配置濃度為10 500mg/l的含pH敏感性功能材料的水溶液，在室溫下對對污染膜進(jìn)行循環(huán)浸泡處理10-120 分鐘；若PH敏感性功能材料為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、或水溶性羧甲基纖維素，則溶液的PH調(diào)節(jié)為堿性(pH在7. 5-11. 0之間)，使pH敏感 性聚合物分子在水溶液中呈伸長、舒展?fàn)顟B(tài)；若PH敏感性功能材料為水溶性殼聚糖，則溶 液的PH調(diào)節(jié)為酸性(pH在1. 0-6. 5之間)，使pH敏感性聚合物分子在水溶液中呈伸長、舒 展?fàn)顟B(tài)；通過擴(kuò)散滲透作用使PH敏感性聚合物的進(jìn)入膜表面的污染層中(如圖1)。污染反滲透/納濾膜循環(huán)浸泡含清洗劑溶液對上述經(jīng)循環(huán)浸泡含PH敏感性功能 材料溶液的污染反滲透/納濾膜，用一定PH值的含清洗劑的清洗液對膜進(jìn)行循環(huán)浸泡清洗 處理，使擴(kuò)散進(jìn)入膜表面污染層中的PH敏感性聚合物發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)變進(jìn)行循環(huán)浸泡含清洗 劑溶液處理。對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類PH敏 感性聚合物，清洗液PH值為0. 5到4. 5 ；對于水溶性羧甲基纖維素類pH敏感性聚合物，清洗 液PH值為0. 5到3. 0 ；對于水溶性殼聚糖類pH敏感性聚合物，清洗液pH值為8. 5到12. 0。 清洗劑為常用的反滲透/納濾膜污染清洗劑，通常至少包含殺菌劑、酸，堿、表面活性劑、螯 合劑、酶等中的一種。循環(huán)浸泡處理時間為10-120鐘。污染反滲透/納濾膜的沖洗處理對經(jīng)上述兩步處理的污染反滲透/納濾膜用水 溶液或純水進(jìn)行沖洗。對污染反滲透/納濾膜和按上述方法清洗的膜進(jìn)行性能測試。本發(fā)明通過錯流滲透試驗，對反滲透/納濾膜的脫鹽率和水通量等兩個分離性能 指標(biāo)進(jìn)行評價。脫鹽率(R)定義為在一定的操作條件下，進(jìn)料液鹽濃度(Cf)與滲透液中鹽濃度 (Cp)之差，再除以進(jìn)料液鹽濃度。水通量定義為在一定的操作條件下，單位時間內(nèi)透過單位膜面積的水的體積，其 單位為l/m2.h。本發(fā)明中膜性能測定采用的操作條件為進(jìn)液為2000ppm的氯化鈉水溶液，操作 壓力為225psi，操作溫度為25°C，pH為6. 8。結(jié)果表1 生物污染反滲透膜的強(qiáng)化清洗效果
權(quán)利要求
1.一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法，其特征在于(a)對膜分離系統(tǒng)中的反滲透/納濾膜表面用含有一種或幾種pH敏感性聚合物的水溶 液進(jìn)行循環(huán)浸泡處理；所述的PH敏感性聚合物為聚丙烯酸及其水溶性共聚物中的一種或幾種混合物，調(diào)節(jié)溶液的PH值為7. 5-11. 0 ； 或，聚甲基丙烯酸及其水溶性共聚物中的一種或幾種混合物，調(diào)節(jié)溶液的PH值為 7. 5-11. 0 ；或，水溶性羧甲基纖維素，調(diào)節(jié)溶液的PH值為7. 5-11. 0 ； 或，水溶性殼聚糖，調(diào)節(jié)溶液的PH值為1. 0-6. 5 ；(b)用一定pH值的含清洗劑的清洗液對膜進(jìn)行循環(huán)浸泡清洗處理，使擴(kuò)散進(jìn)入膜表面 污染層中的PH敏感性聚合物發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)變；所述的清洗劑為二氧化氯、亞氯酸、氯胺、次氯酸鈉、溴、溴酸鈉、或商氧化合物中的一種或幾種混合物；或，過氧化氫、過氧乙酸、或過碳酸鈉中的一種或幾種混合物； 或，鹽酸、硝酸、檸檬酸、磷酸、硫酸、或草酸中的一種或幾種混合物； 或，氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、或氫氧化銨中的一種或幾種混合物； 或，脂肪酶、蛋白水解酶、淀粉酶、果膠酶、纖維素酶、葡糖內(nèi)酯酶、或半乳糖苷酶中一種 或幾種；或，包含一種或幾種陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子 型表面活性劑，或它們的混合物； 所述的PH值PH敏感性聚合物為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類， 清洗液的PH值為0. 5-4. 5 ；或，PH敏感性聚合物為水溶性羧甲基纖維素類，清洗液的pH值為0. 5-3. 0 ； 或，PH敏感性聚合物為水溶性殼聚糖類，清洗液的pH值為8. 5-12. 0 ；(c)對膜表面進(jìn)行沖洗，去除膜表面的污染物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)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濃度為lmg/l-500mg/l。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)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濃度為50mg/l-200mg/l ；其中，在步驟(a)中的水溶性殼聚糖溶液的pH值為2. 4-2. 8 ；在步驟(b)中pH敏感性聚合物為聚丙烯酸及其水溶性共聚物，則清洗液的pH值為3 · 5 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法，其特征在于所述 的步驟(a)中用含有一種或幾種pH敏感性聚合物的水溶液進(jìn)行循環(huán)浸泡處理的時間為10 分鐘到120分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法，其特征在于所述 的步驟(b)中用一定pH值的含清洗劑的清洗液對膜進(jìn)行循環(huán)浸泡清洗處理的時間為10分鐘到120分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法，其特征在于所述 的清洗劑包含一種或多種螯合劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法，其特征在于所述 的陽離子表面活性劑為胺鹽型陽離子表面活性劑、季銨鹽陽離子表面活性劑、或雜環(huán)型陽 離子表面活性劑；陰離子表面活性劑為脂肪酸鹽表面活性劑、磺酸鹽型陰離子表面活性劑、硫酸酯鹽型 陰離子表面活性劑、烷基磷酸酯鹽陰離子表面活性劑、或氨基酸鹽陰離子表面活性劑；非離子型表面活性劑為烷基酚聚氧乙烯醚、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、聚丙二醇的環(huán)氧乙烷加成物、聚氧乙烯化的離子型表面活 性劑、失水山梨醇酯、蔗糖酯、或烷基醇酰胺型非離子型表面活性劑；兩性表面活性劑為氨基酸型兩性表面活性劑、或甜菜堿型兩性表面活性劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法，其特征在于所述 的反滲透/納濾膜為平板膜，或中空纖維膜，或管式膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法，其特征在于所述 的步驟(c)中對膜表面進(jìn)行沖洗是指用含有清洗劑的水溶液或純水進(jìn)行沖洗。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種膜污染的強(qiáng)化清洗方法，具體是指一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法。本發(fā)明的反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法的特征在于在反滲透/納濾膜污染清洗過程中，導(dǎo)入具有pH響應(yīng)特性的功能材料，通過擴(kuò)散作用使pH響應(yīng)性功能材料進(jìn)入污染層，然后通過改變?nèi)芤簆H值使膜表面污染層中的具有pH響應(yīng)功能的材料發(fā)生分子形態(tài)轉(zhuǎn)變，從而使污染層疏松化，促進(jìn)污染物從膜表面去除，提高膜污染的清洗效率。本發(fā)明的優(yōu)點是可有效提高反滲透/納濾膜污染的清洗效果，從而提高膜分離效率和延長膜使用壽命，而且清洗工藝也較簡單。本發(fā)明的反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法具有廣泛的用途。
文檔編號B01D65/06GK102133505SQ201010537259
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者俞三傳, 劉梅紅 申請人:浙江理工大學(xué)