摘要：从膜污染定义出发，介绍了膜分离过程中影响膜污染的各种因素和污染物类型，从而引出了引起膜污染的各种机理和原因，并通过对不同污染机理的分析，指导各膜工程运行以减缓膜污染的发生，最大限度的节省膜过程运行成本。
关键词：膜污染；因素；机理；污染物
目前，膜污染是限制膜分离技术广泛应用的主要因素，其导致渗透阻力增加渗透膜通量下降，分离性能变差，增加膜组件更换和清洗的频率，从而增加工程的运行费用。因此，了解膜污染的形成机理和影响因素减缓膜污染的发生成为设计，构筑合理的膜体系、防治膜过程故障的基础，也是当今膜技术开发的热点。
1膜污染及其影响因素
1.1膜污染的定义
膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理、化学、生化作用或机械作用，引起膜面或膜孔内吸附、沉积以及微生物在膜水界面的积累，造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性大幅度降低的现象[1]。对于膜污染，应当说，一旦料液与膜接触，膜污染就已经开始了[2]。
1.2.膜污染的影响因素
影响膜污染的因素不仅与膜本身特性有关，如膜的亲水性、荷电性、孔径大小及其分布宽狭、膜结构、孔隙率及膜表面粗糙度，也与组件结构、操作条件有关，如温度、溶液pH、离子强度、溶质特性、料液流速、压力等，对于具体应用对象，要作综合考察。
2膜污染的类型
污染物的类型直接决定了污染的性质和机理。
由于各种处理水的水质有很大的差别,因而在膜工艺过程中对膜造成的污染物是不同的。
表1列举了不同处理水中所含的污染物质。
表1各种水中的污染物质
根据上表可以看出：
膜污染的类型主要有三种:无机污染、有机污染、微生物污染。
(1)无机污染指结垢物质，常见的是碳酸钙、硫酸钙。保持水的紊流状态可减少膜污染。由于化学沉降引起及二氧化硅胶体富集作用决定。
(2)有机污染指膜的特性，如表面电荷、憎水性、粗糙度、对膜的有机吸附等，细胞外聚合物。溶解性有机物及细粒胶体形成凝胶层导致膜通量下降。
(3)生物污染微生物及代谢物，膜面上吸附的有机物，为微生物生存提供了条件，形成一层生物膜，造成不可逆堵塞，膜通量下降。
3膜污染机理研究
由于各污染物之间的相互作用和关系使膜污染的形成具有一定的复杂性和综合性。膜污染机理至今还没有完全弄清楚，各方说法不一。Kelly[3]等人研究了牛血清蛋白对微滤膜的污染后认为，污染开始时是蛋白质凝聚沉积在膜表面，随着过滤进行，未凝聚的蛋白质由于与二硫化物的相互作用，对已聚集的蛋白质产生化学吸附。Marshall[4]等人认为，除了二硫化物的键外，范德华力、静电作用、憎水性、氢键等都对蛋白质聚合和膜污染有影响。Darko通过对多孔属鳞状发酵液微滤污染研究后认为，发酵液中的溶解性组分的沉积是膜污染的主要因素。Carrolla[5]认为，对未被预处理的地表水，胶状物质是导致微滤污染的主导因素，而对明矾混凝处理的溶液，残留的NOM则是污染的决定因素。Khafib[6]等人对琵琶湖原水超滤的情况进行分析后认为，在较高温度时，含铁胶体负电性会增强，膜表面与凝胶污染物之间斥力增大，使得污染程度减轻。Piotr认为，如果先除去发酵液中相对分子质量大于100的物质，膜的外部污染基本可以消除。
3.1膜污染形成过程及机理
膜分离的过程一般经历以下几个过程：（1）过滤的初始阶段，比膜孔大的粒子被截留在膜的表面，而比膜孔径小的粒子进入膜孔，其中一些粒子由于各种力的作用而被吸附于膜孔内，减小了膜孔径的有效直径;(2)过滤中期阶段，微粒开始在膜表面形成滤饼层，膜孔内吸附逐渐趋于饱和时；（3）过滤后期阶段，随着更多微粒在膜表面被截留，膜孔内吸附也趋于饱和，微粒开始堵塞膜孔，最终使膜通量趋于稳定继而不断下降[7]。
（1）膜表面吸附的难易程度及吸附层的稳定性与大分子溶质和膜表面及大分子间的相互作用有着密切的关系，由于膜和处理组分的化学性质、结构的不同，产生的吸附机理也不同，一般可分为两大类:
①范德华力[8]
范德华力是一种分子间的吸引力，常用比例系数H(Hsmaker常数)表征，与组分的表面张力有关，对于水、溶质和膜三元体系，决定膜和溶质间范德华力的Hsmaker常数为:
H213=[H111/2-(H22×H33)1/4]2
式中，H11、H22和H33分别是水、溶质和膜的Hamake:常数，由上式可见，H213始终是正值或零。若溶质或膜是亲水的，则H22或H33值增高，使H213值降低，即膜和溶质间吸引力减弱，较耐污染及易清洗。
②双电层作用[9]
由于表面发生离子化作用、偶极取向、氢键作用及组成离子分布不均匀等原因，在固液界面常存在电位。在表面电位的作用下，带相反电荷的离子(反离子)被吸向固体表面，使膜面附近反离子浓度升高。这种反离子浓度随着离开表面的距离增加而阳氏，直至溶液本体的浓度。
膜面吸附的性质主要取决于以上两种力的合力，吸附量可用Gibbs公式计算：
「==
式中，「为吸附量，C为溶液浓度，R为气体常数，T为系统温度，r为表面张力；a为接触角，a越大，疏水性越大。
（2）膜孔的堵塞：由于被分离的物质与膜的相互作用将在膜表面或膜孔内产生吸附和沉积，大量的污染物附着在膜孔壁上造成膜孔的堵塞使膜孔体积减小，导致膜孔窄化从而使膜的渗透率降低。
（3）浓差极化：是由于膜表面和膜孔内的选择通过性造成膜面浓度高于处理液主体浓度的现象。由于膜的截留作用，溶剂等小颗粒可以通过膜，较大的溶质则被膜截留，溶质颗粒在膜表面不断积累，当其浓度超过主体溶液的浓度时，在界面上就形成了溶质浓度梯度，在浓度差的作用下，溶质颗粒经过界面向主体溶液扩散，最后堆积在膜表面，引起渗透压增加，使膜通量减少。
（4）滤饼层的形成：随着过滤的时间的延长，大量的微粒在膜表面逐渐累计压实形成滤饼层覆盖在膜表面，使过滤水阻力增加，膜的渗透率降低。
4结语
在实际的膜过滤过程中，不同膜与不同料液之间的作用各不相同，所以在实际应用过程中首先应重点分析膜分离过程中膜污染的机理，针对特定污染过程的污染机理，对各运行过程进行指导。这也为合理制定防控与清洗措施提供理论依据，从而达到延长膜的使用寿命，得到相对较高经济收益的目的。
参考文献:
[1]尹国，彭超英，朱国洪等.膜生物反应器中膜污染的研究进展[J].环境保护科学，
