不同应用行业方向下的陶瓷膜清洗技术举例

各类无机材料制备的陶瓷膜应用技术已随着时代的发展逐渐融入工业建设与民生应用当中,其耐高温、化学稳定性好、孔径分布窄、强度高等优点而越来越受到关注。陶瓷膜技术已成为我国高性能膜材料领域发展最为迅速、最具前景的技术之一,在我国也具有广泛的应用。

然而,陶瓷膜也不是十全十美的,在应用过程中的膜污染问题一直是影响其应用的瓶颈因素之一。陶瓷膜污染直接造成膜通量的衰减,导致陶瓷膜系统运行成本增高,并且影响膜的使用寿命。通常采用陶瓷膜预处理系统与膜清洗相结合来保证膜系统的正常运行及延长膜的寿命。由于陶瓷膜污染是不可避免的,因此陶瓷膜的清洗技术是广泛发展陶瓷膜应用的有力保障。

1 陶瓷膜污染

陶瓷膜的污染与有机膜污染机理类似,均是在膜分离液过程中,被料液中的某些组分吸附或沉积在膜表面或膜孔中,导致料液渗透量下降的现象,包括膜孔道被大分子堵塞引起膜的过滤阻力增加,溶质在孔内壁吸附、膜面形成凝胶层,增加传质阻力等。造成膜污染的吸附和沉积作用是陶瓷膜与料液之中的组分之间以及吸附在陶瓷膜面上的组分与料液中的其他组分之间相互作用的结果。这种作用有物理化学作用,也可能有生物作用,作用的程度与组分的浓度、电荷性、溶液的pH值等有关。

2 陶瓷膜清洗技术

陶瓷膜清洗技术发展至今,主要包括物理清洗、化学清洗、生物清洗技术等。

物理清洗技术主要是反冲洗、低压高流速清洗、负压清洗、冲洗、浸泡、机械刮除等,此外还包括新发展的电清洗及超声波清洗技术。其中,电清洗是利用电场使带电荷的膜;超声波清洗利用超声波技术与其它清洗技术结合,可以增强清洗效果,清洗到被污染的陶瓷膜的死角、空隙。

化学清洗技术可以去除物理清洗难以去除的污染物质,其原理是指利用清洗剂与污染物质的多项反应。根据陶瓷膜性质、料液特性、污染程度可以选择的常用化学清洗剂有酸碱液、螯合剂、氧化剂、表面活性剂等

生物清洗技术在工程应用过程中使用生物酶等生物制剂来清洗蛋白等污染物质,在陶瓷膜过滤食品料液过程中具有实际的应用价值。

2.1 食品发酵工业中陶瓷膜的清洗技术

由于陶瓷膜的优点,陶瓷膜应用在食品工业中,对牛奶、果酒、果汁、饮料、白酒、啤酒等除菌过滤效果十分显著。在其应用过程中,食品料液特性复杂,粘度大,因此对于陶瓷膜的污染状况比较复杂。有研究学者对以下几种情况作出过实验结论:

①陶瓷膜澄清食醋后的清洗技术:采用氢氧化钠、双氧水、硫酸等不同化学清洗剂,结合多步清洗法效果最好。

②被生酱油污染后的陶瓷膜的清洗技术:根据生酱油对膜的污染物质主要为蛋白质、固形物、食盐、色素分子及少量菌体碎片等,通过试验选择清洗效果较好的强碱清洗加硝酸清洗的化学清洗方式。

③陶瓷膜浓缩乳酸菌发酵液后的清洗技术:采用氢氧化钠和硝酸的连续两步法清洗,膜通量恢复率较高。

总结而言,陶瓷膜处理不同食品料液后的清洗方式要根据残留污染物的组分具体情况,具体分析,分类操作

2.2 中药行业中陶瓷膜的清洗技术

陶瓷膜应用在中草药水提液的澄清处理具有其突出优势。在使用陶瓷膜法过滤中草药水提液过程中,由于中药提取液成分非常复杂,含有大量的固体颗粒、鞣质、胶质、蛋白、淀粉及树脂等无效药的大分子物质,因此陶瓷膜极易污染。在中药行业中,陶瓷膜的清洗技术研究主要是针对不同的中药液种类。

研究有以下:

①在陶瓷膜澄清糖渴清水提液过程中,“水冲洗+超声波”清洗方法最佳;

②在陶瓷膜过滤生地黄提取液过程中,对膜管造成污染的物质,采用热水冲洗膜表面及2%的次氯酸钠溶液清洗,可使膜通量几乎完全恢复。

③陶瓷膜分离提纯绿原酸提取液的膜清洗技术,研究人员比较了不同化学清洗剂的清洗效果,发现多聚磷酸钠的清洗效果最好,并考察了多步清洗法的清洗效果,发现“1%氢氧化钙+1%次氯酸钠+1%多聚磷酸钠清洗效果较好。”

2.3 废水处理中陶瓷膜的清洗技术

与有机膜在废水处理中的应用相比较,陶瓷膜主要应用在水量较小,含油量高、碱性或酸性的废水中。这类废水极易损坏有机膜。在使用陶瓷膜处理含油废水方面,已经具有相应的工程应用,并且产生了一定的经济效益和社会效益。

具体研究有如下:

①陶瓷膜处理含油废水过程中膜的化学清洗技术,最终确定最佳清洗组合是1%C18H29O3SNa清洗5min,1.5%NaOH清洗15min,2.0%HNO3清洗10min。

②针对冷轧厂废水处理中污染的陶瓷超滤膜清洗,研究结论为使用2%~2.5%的阴离子表面活性剂、pH为3的酸洗液、pH为11的碱洗液对无机陶瓷膜进行清洗,可达到理想效果。

③在应用陶瓷膜生物反应器处理啤酒废水膜污染的清洗,最终采用高压水冲清洗之后,用0.2%次氯酸钠溶液浸泡4h,0.1%硝酸溶液浸泡4h的物理清洗与化学清洗相结合的清洗方式,效果较好。

3 总结

陶瓷膜以其独特的优势分离、浓缩成分较为复杂的料液,因此需要针对其在不同行业的应用方式研究不同的清洗方法。在其研究过程中,考虑增添新兴的清洗方法,如超声波清洗等与传统化学清洗相结合的方式,以提高清洗效率。

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