消泡剂对陶瓷膜的污染与再生.docx

消泡剂对陶瓷膜的污染与再生 宋纪双１，赵 民１＊ ，孟祥丽２ （１．南京工业大学 化学化工学院 ，南京 ２１０００９；２．立宇化学技术（郑州）有限公司，郑州 ４５０００１） 摘要：陶瓷膜分离技术是目前国际 上 最 新 型 的 膜 分 离 技 术 之 一 ，可 应 用 于 生 物 发 酵 等 工 业 过 程中．通常这样的工业过程中涉及到搅拌都会 产 生 泡 沫 ，但是泡 沫的产生 对生产有不利影响， 需要用到消泡剂消除泡沫．文章旨在研究消泡剂是否对陶瓷膜造成污染 ，消泡剂对陶瓷膜的污 染 机理，并寻求解决膜污染的清洗方案 ．实验结果表明，消泡剂在４０ ℃下对陶瓷膜过滤造成了 污染，聚醚消泡剂中 ＰＰＧ－４０００污染最严重，有机硅消泡剂中道康宁１４１０污染最严重．使用０． ５％ Ｄ３－Ｕｌｔｒａ１０碱性清洗剂和０．２％ Ｄ３－Ｕｌｔｒａ７５酸性清洗剂对污染后的陶瓷膜进 行 碱 洗 酸洗，能使膜通量得到很好的恢复 ． 关键词：陶瓷膜；消泡剂；膜污染；膜清洗 中图分类号：ＴＱ０２８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－８９２４（２０１４）０３－０１０４－０６ 陶瓷膜分离 技 术 广泛应用在化工、食 品、医 药、 环保等行业液体中 杂 质 的 分 离 ，显 示 了 独 特 的 优 势 和广阔的前景［１］．在发酵过程中，含蛋白和多糖的 发 酵液经搅拌产生泡沫，这些泡沫如不消除，会造成生 产能力减小、原料 浪 费、反 应 周 期 延 长，产 品 质 量 下 降等不 利 影 响，而 泡 沫 的 消 除 基 本 依 靠 消 泡 剂［２］． Ｌｅｃｏｍｔｅ［３］进 行 的 研 究 表 明，消 泡 剂 对 聚 砜 树 脂 膜 能够产生污染．但 是 含消泡剂的发 酵液在经过陶瓷 膜过滤时，消泡剂本身是否对陶瓷膜造成污染 ，国内 外进行的相关研究并不多 ． 目前常用的消 泡 剂 有 三 类 ，分 别 是 矿 物 油 消 泡 剂、聚醚消泡剂、有 机 硅 消 泡 剂．消 泡 剂 具 有 两 个 基 本的特性：不溶于或微溶于起泡介质 ；表面张力比起 泡介质要低［４］．表面活性剂的分子结构具有两亲 性 ： 一端为亲水基团，另一端为憎水基团 ．陶瓷膜表面带 有一定的负电荷，表 面活性剂分子 中的亲水端会吸 附在陶瓷膜的表 面，堵 塞 膜 孔，降 低 膜 通 量．研 究 表 明，膜材料的亲水性对膜抗污染性能具有很大影响 ， 亲水性膜受吸附影响小 ，能产生更大的膜通量［５］．因 此使用清水润湿陶 瓷 膜 ，使陶瓷膜运行 达 到 一 个 稳 定的状态，在膜材料的表面形成亲水性的液膜 ． 膜污染已经成为陶瓷膜进一步拓展应用市场的 主要缺点，有关影 响膜污染的主要因素以及膜污染 的控制已经有很多 研 究 ．在 以 阻力模型为基础的污 染机理研究中，研 究者一般认为膜通量的下降主要 是由于膜孔堵塞、浓差极化、滤饼层的产生等形成的 阻力增加所致［６－９］，他们通过试 验 方 法 的 设 计，将 造 成膜污染的各部分阻力分解 ，通过改变操作条件、膜 孔径等因素，从而得到膜污染的机理．借助物理清洗 和化学清洗，可有 效 去 除 矿 物 质、无 机 物、有 机 物 及 微生物的污染，生物清洗借助微生物、酶等生物活性 剂的生物活动去除膜表面及膜内部的污染物［１０］． 本文旨 在 研 究 消 泡 剂 对 陶 瓷 膜 的 污 染 与 膜 再 生，分析膜污染的原因和清洗方案 ，为陶瓷膜分离技 术在发酵过程中的应用提供支持 ． １ 实验部分 １．１ 实验装置、仪器与材料 实验装置所用管式陶瓷膜设备为江苏凯米膜科 技股份有限公司生产，其流程如图１所示．膜管支撑 收 稿 日 期 ：２０１３－０４－１１；修改稿收到日期 ：２０１３－１２－１０ 基 金 项 目 ：南 京 工 业 大 学“三创领军人才创新基金” 第 一 作 者 简 介 ：宋 纪 双（１９８７－），男 ，安 徽 合 肥 市 人 ，硕 士 ，从事消泡剂对 陶瓷膜过滤的污染与清洗 ．＊ 通 信 作 者 ，Ｅ－ｍａｉｌ： ｚｈａｏｍｉｎ８０＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ 第 ３期 宋 纪 双 等 ：消泡剂对陶瓷膜的污染与再生 ·１０５· 层材质为 ＳｉＯ２，膜 材 质 为 Ａｌ２Ｏ３ －ＴｉＯ２，单 只 膜 管 长 度１０１６ ｍｍ，外 径 ３０ ｍｍ，通 道 数 量 １９ 芯，单 个 芯 孔直径 ４ ｍｍ，通 道 截 面 积 ２．３９ｃｍ２，有 效 膜 面 积 ０．２３８ ｍ２．膜孔 径 ５０ｎｍ，商 品 编 号 为 ＭＦ１９－５０－ １０１６．ＣＪ－１ＲＯ －１８５ 型 去 离 子 水 生 产 装 置 ，沁 园 集 团股份 有 限 公 司；ＢＳＡ２２０２Ｓ 型 电 子 天 平，分 辨 率 ０．０１ｇ，德国 Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ