陶瓷膜在过滤过程中可以采用一定的措施预防和控制膜污染进程，但是膜的污染是无法完全避免的。随着运行时间的延长，陶瓷膜的渗透通量降低很快，而且达不到工业设计要求。污染物质长期附着在膜面和存在于孔内，可能与膜发生化学作用而降低其使用寿命，所以为了尽可能恢复膜的性能参数，且使恢复的各项性能参数随时间递增的衰减性变小，延长膜的使用寿命，减少换膜的费用，必须定期对陶瓷膜进行清洗。膜的清洗可以分为物理清洗和化学清洗。

物理方法主要是机械清洗，包括清水漂洗、反冲、气液脉冲冲洗和刮除、超声震动等；物理清洗方法具有不引入新污染物、清洗步骤简单，可以在线清洗等特点，但该法仅对污染初期的膜有效，清洗效果随着膜使用时间的延长迅速降低。化学清洗是在水中加入特定的化学药剂，连续循环清洗。该法能清除复合沉积污垢，快速恢复膜通量。物理清洗没有明确的针对性，一般能去除多种污染物质，但清除不够彻底。

化学方法是利用化学试剂来去除膜面沉淀物和污垢，常用的化学清洗剂有酸、碱、氧化剂以及螯合剂等。化学清洗存在向膜系统引入新的污染物的可能性，也不能排除污染物质与膜发生化学作用的可能性，且运行与清洗之间的转换步骤较多，必须离线清洗。不同污染体系差别很大，没有任何一种清洗剂可以对任何污染物都有效，因此，必须依据膜面污染物物化性质来对清洗方法和清洗剂进行合理选择和区分不同污垢有的放矢地进行清洗。

化学清洗技术针对性较强，它对特定的污染物质有较强的分解作用，能较彻底地对陶瓷膜进行清洗，如果选错清洗剂，清洗效果就不好。故使用化学清洗前需确定污染物质类型，以便选择适宜的化学清洗剂。

陶瓷膜具有优异的化学稳定性和很高的机械强度，可采用比有机膜更广泛的清洗方法进行清洗。目前陶瓷膜化学清洗的一般规律为：无机强酸使污染物中一部分不溶性物质变为可溶性物质；有机酸主要清除无机盐的沉积，螯合剂可与污染物中的无机离子络合生成溶解度大的物质，减少膜表面和孔内沉积的盐和吸附的无机污染物；表面活性剂主要清除有机污染物；强氧化剂和强碱是清除油脂和蛋白、藻类等生物物质的污染。对于污染非常严重的膜，通常采用强酸、强碱交替清洗，并加入次氯酸钠等氧化剂与表面活性剂。在这些清洗过程中，常采用高速低压的操作条件，有时配以反冲，以发挥物理方法的作用，较大程度恢复膜通量。

根据传统的膜污染及清洗方式，对膜污染程度及清洗效果的描述都是用纯水的通量来度量的。本实验分别采用纯水和化学药剂对陶瓷膜进行清洗和再生，清洗后的膜仍然用来过滤焦化废水，所以本实验根据实际运行条件确定用焦化废水的膜通量衰减状况来描述膜污染程度和用焦化废水的膜通量恢复状况来描述膜清洗效果。

1 清洗方案的确定

首先根据焦化废水的含油量大、有机物质浓度高等水质特点，可以确定主要污染源为油污、有机吸附层和金属沉积（铁），正是由于这些物质吸附于膜表面，造成膜通量的迅速衰减。在确定大概的污染物质的种类和性质之后，再有针对性的选用适宜的清洗方式和药剂对陶瓷膜进行清洗。在对陶瓷膜过滤器进行化学清洗之前，应先取过滤器里被污染的陶瓷膜滤芯做些小实验，用1%不同的化学药剂对其进行浸泡清洗10min，以确定效果。

不同清洗剂对陶瓷膜的清洗效果如下：

从上表可以初步确定，以上清洗剂对焦化废水污染后的陶瓷膜的再生，或多或少有效。对于不同类型的清洗剂，清洗的方法也不同。若清洗剂为酸、碱或表面活性剂，一般采用过滤器循环清洗，可以将清洗出的污染物质被直接排放、防止膜面再被污染。用EDTA等其他清洗剂清洗方式也以浸泡为主，原因是该过程需要一定的反应时间和条件（温度、pH）。但是无论采用何种清洗剂，都应进行冲洗，从而检测清洗效果。

2 膜清洗结果分析

2.1 自来水反冲对膜通量恢复的影响

陶瓷膜过滤器过滤焦化废水一段时间后，膜通量降到一定程度时启动反冲洗。实验采用室温下的自来水清洗，反冲压力控制0.2MPa，设定4h反冲一次，冲洗时间为30min，反冲洗污水由过滤器底部排污口排出。检测得到自来水洗膜通量恢复率与反冲次数的关系如下表所示：

实验中每次进行4h的过滤操作，然后用自来水进行10min的反洗，陶瓷膜过滤器能保持稳定有效地运行一段时间，因此物理清洗仍然有着不言而喻的优势，整个工艺过程不用停车和增加新的工艺设备，没有另外添加排放物形成新的污染，操作简单易行且经济有效，也不会对膜造成破坏。从上表可以看出，随着自来水反冲清洗次数的增加，每次清洗后膜通量恢复率都有较大衰减。该实验系统每隔4h反冲洗一次，连续运行24h后，膜污染的程度也很严重，膜通量恢复率已经低于30%，此时采用自来水反冲清洗方式已不起作用。为了较大程度地恢复膜的性能，应考虑对陶瓷膜过滤器进行化学清洗。采用化学药剂清洗陶瓷膜原理是利用化学药剂与影响膜通量的污染物质（如沉积物、污垢、腐蚀产物等）的反应来消除污染。

2.2 不同化学清洗剂清洗对膜通量恢复的影响

对使用陶瓷膜过滤焦化废水后的膜化学清洗再生进行了一系列实验，以确定一个较佳的化学清洗方案。这些化学试剂有酸、碱、氧化剂、螯合剂和表面活性剂等。实验首先采用自来水依次配制质量分数为1%的盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠、EDTA、次氯酸钠溶液，采用室温下条件清洗，反冲压力控制0.2MPa，其中污染前膜的焦化废水通量Q₀=1.8m³/(㎡·h)，当膜通量降到初始膜通量的一半时，启动第一次反冲洗，并设定4h反冲一次，冲洗时间为10min，反冲洗污水由过滤器底部排污口排出。检测得到不同清洗剂清洗后的膜通量数据（为避免前一种清洗剂对后面清洗剂清洗效果的影响，每换一种清洗剂时更换陶瓷膜，新膜运行一段时间通量降下来之后再进行数据检测），并计算相应的膜阻力系数K和膜通量恢复率M值，如下表所示：

从上表可知，无论使用哪种药剂，经过多次清洗后的陶瓷膜的焦化废水通量都不可避免地下降，膜阻力系数不断升高。但是，膜通量恢复率降低的速度远远小于用自来水反冲洗膜通量降低的速度。不同种类的相同浓度的清洗剂对陶瓷膜清洗效果不同，第一次清洗对膜通量的恢复率从55%～74%不等。前三种清洗剂对陶瓷膜的清洗效果较好，一次清洗后膜通量恢复率达到70%以上，且能保证清洗的重复性。而经过后两种清洗剂第一次清洗后膜通量仅能恢复到初始通量的50%左右，膜通量恢复率随着反冲次数的增加下降速度很快，不能保证清洗效果的重复性。

不同的清洗剂能使膜通量得到不同程度的恢复，表明焦化废液中存在的各种物质对膜都有一定程度的污染，只是污染的程度不同。其中，盐酸、氢氧化钠和次氯酸钠三种清洗剂单步清洗后，膜通量的恢复率相对比较大。由此可知，焦化废水中对陶瓷膜产生污染的物质中，焦油类及有机物等占有很大的比例。

总之，针对膜污染要坚持预防与清洗相结合，物理清洗与化学清洗方法相结合，针对不同污染状况采用不同的清洗剂，同时又需确定较佳的清洗剂浓度及清洗条件，较大限度地清洗污染膜。

2.3 清洗剂浓度对膜清洗效果和膜压差的影响

酸碱洗法是常用的化学清洗方式。酸碱清洗不论对什么性质的污物或多或少都有作用，但要彻底清洗比较困难。酸碱清洗的问题在于，使用强酸、强碱时，对膜和管路侵蚀严重，而且因为酸碱的活泼化学反应性质使其与各种污物进行化学反应，以致未清洗下的污物被合成为新污物，而与膜吸附得更牢。常见的酸碱清洗效果一次不如一次的现象就是由于这个原因造成的。当然，酸碱清洗还是许多化学清洗和机械冲洗不可替代的，典型的就是钙、镁沉淀的清洗。

使用该类清洗剂可能使表面活性剂附着于清洗对象膜表面，用水冲洗去除它时往往有困难，特别是表面活性剂选择不当时，更易造成表面活性剂对膜污染，故区分不同污垢有的放矢地选择清洗剂与清洗工艺非常必要。

不同清洗剂清洗陶瓷膜的实验结果如下：

可以看出，并不是清洗剂的浓度越高，膜通量恢复率也越高，对于任何清洗剂清洗陶瓷膜都存在一个较佳浓度值。在不同的清洗剂浓度下，污染沉积层呈现出不同的形态。当陶瓷膜处于适宜的清洗剂浓度清洗时，此时污染层的膨胀率和孔隙率较大，因此清洗效果也较好，超过此浓度不但不会增加清洗效果，反而会增加再次污染的几率，陶瓷膜的化学清洗再生也可能降低膜的使用寿命，而相应增加过滤器系统的维护费用。

使用各种清洗剂清洗前后运行参数数据见下表：

2.4 连续两步清洗对膜通量恢复和膜压差的影响

操作条件同上，只是清洗分为两步，第一步用浓度较低的先反冲洗5min，然后用浓度较高的另外一种清洗剂反冲洗5min，则得到各种不同的清洗剂组合连续两步清洗陶瓷膜的效果如下：

结果表明，在被污染的陶瓷膜内，有机污物和油污相互覆盖，用次氯酸钠和氢氧化钠对陶瓷膜进行两步清洗可以获得较好的清洗效果。因为NaClO清洗去除了和氧化分解了膜表面的凝胶层，破坏了凝胶层中大分子物质之间牢固的结合力，使膜面的凝胶层很容易脱落，从而被反冲液带走。碱类清洗剂NaOH可以在很大程度上用来去除焦油层和大多数有机污染物，所以二者的兼容性和协同作用较为明显。但并不是所有的两步清洗的清洗效果都好于单步清洗的效果，反而大多不如单种清洗剂的清洗效果，这可能是由于两步清洗过程中一种清洗剂与污染物发生反应生成的物质再与第二种清洗剂发生反应后的产物对膜造成了新的污染。

陶瓷膜过滤器两步清洗前后的运行参数如下：

无论是一步化学清洗还是连续两步化学清洗，都可以得到膜压差与清洗效果有密切的关系的结论。清洗效果越好，对应的膜压差越小，相应的膜阻力也越小。

3 结束语

（1）陶瓷膜纯水清洗有着自身的优势，过滤前期应尽量纯水清洗，当纯水冲洗对膜通量恢复率没有较大改善的时候应选用合适的化学清洗剂清洗。实验得知，采用单种药剂对陶瓷膜进行清洗时，盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠三种清洗剂对陶瓷膜的清洗效果较好，一次清洗后膜通量恢复率达到70%以上。由此可知，焦化废水中对陶瓷膜产生污染的物质中，焦油类及有机物等占有很大的比例。

（2）在单步化学清洗工艺中，盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠、EDTA和SDS的较佳质量分数分别为1.1%，1.5%，0.6%，0.4%和2.0%，清洗后相应ZZ膜通量恢复率为72.1，80.0，83.3，55.9，58.2。

（3）在连续两步化学清洗工艺中，选用（0.6%NaClO（第一步）+1.5%NaOH（第二步）作为清洗剂的清洗效果相对较好，其膜通量恢复率达到了88.3%，比单独使用0.6%NaClO和1.5%NaOH作为清洗剂单步清洗效果都要好。结果表明，在被污染的陶瓷膜内，有机污物和油污相互覆盖，用次氯酸钠和氢氧化钠对陶瓷膜进行两步清洗可以获得较好的清洗效果。