膜污染的产生是极其复杂的。目前看，一方面是在过滤过程中，污水中的微粒、胶团或某些溶质分子与膜发生物理的或物理化学作用，或因为浓差计划使溶质在膜表面超过其溶解度；另一方面可能因机械作用而引起的在膜的内、外表面吸附、沉积，造成膜孔径变小或堵塞，使膜通量减小及分离性能降低，导致水通过膜的阻力增加，从而使膜产生透过流量与分离特性大幅度降低的现象。膜污染直接导致了膜通量下降和使用寿命缩短。结果是膜的内、外表面沉积。据此，可将膜污染分为膜面上沉积的滤饼层污染和膜孔堵塞污染。

膜清洗是传统工业清洗技术的延伸，在清洗工艺选择时，除传统清洗的清洗原则之外，还要兼顾膜材料的性能特点。对各式各样的膜元件要注意其不同膜元件形式、材料温度、pH、材料强度、抗氧化性等特点来进行选择。化学和机械清洗、空气清洗对膜生物反应器系统膜通量的恢复情况。与机械清洗相比，化学清洗能保持系统更长的运行时间，化学膜清洗成为膜工程应用过程中不可缺少的技术过程。但是膜清洗又不同于传统工业清洗，膜清洗不仅要考虑膜材料本身的可清洗性能，还要保证膜材料的过滤性能，同时膜技术涉及行业广，种类繁多，膜清洗也就成为更为 的工业清洗技术。

1 膜污染的机理

陆文超等认为在膜污染的初始阶段，粒径小于膜孔径的污染物颗粒会进入膜孔，其中一些由于吸附力的作用被吸附于膜孔内，减小膜孔的有效直径。当膜孔吸附趋于饱和时，微粒开始在膜表面形成滤饼层。随着更多微粒在膜表面的吸附，微粒开始部分堵塞膜孔，在膜表面形成一层滤饼层，跨膜通量趋于稳定。膜蒸馏过程中，由于使用的是疏水膜，操作过程药液中的污染物（一般是不挥发的）不能进入膜孔，故膜孔内壁吸附污染物致膜孔缩小的机理是不存在的。另外，在形成滤饼层之前，为时短暂的膜孔堵塞过程是完全可能存在的。污染物颗粒在膜表面的沉积对滤饼的形成起着双重作用，一方面由于料液对膜表面的剪切作用，对附着在膜面的微粒产生拽力，使微粒有脱离的趋势；另一方面由于流体的粘滞作用，将阻碍其他微粒的运动，从而增大流体力学阻力，导致滤饼层不断加厚。除此之外，膜面形成的凝胶层同样会增加传质阻力，使得跨膜通量不断下降。

薛罡等研究了PES膜、CA改性膜和TiO₂改性膜的表面电镜照片。膜表面污染较严重，几乎都看不到膜表面膜孔的存在，膜孔基本已被污染物堵塞，膜表面粘附的污泥形成了一层致密的沉积层。沉积层凹凸不平，将膜孔覆盖。污染物可能是渗透水挟入的有机固体物质和悬浮物。PES膜表面比改性膜表面污染严重。PES膜沉积层表面堆积的颗粒比改性膜多。这是由于改性膜表面的疏水性变弱，使一些蛋白质物质很难沉积在膜表面。

白玲等提出了新型浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器（SDRAnMBR）的膜污染机理。一是污染阻力主要是由泥饼层引起的，整个过滤过程以泥饼层控制为主；二是在SDRAnMBR运行的146天里，只发生了阶段1（短时间快速TMP上升）和阶段2（长期慢速的TMP呈线性上升），阶段3（突然的快速的TMP上升）未发生。即把阶段1的膜污染限定在了更短的时间范围内（40min），大幅度延长了阶段2的操作时间，并使会导致过滤无法继续的阶段3未发生，达到了MBR可持续操作的要求。表明本MBR系统能较大程度地减小和控制膜污染。

张凤君等研究了在膜反应器中加入填料之后，显著地降低反应器中悬浮污泥的密度，从而减轻了活性污泥在膜表面的沉积，从膜阻力分析表中可以看出，膜表面泥饼层阻力在总阻力中所占的比例明显下降，只占到10%左右，而溶解性有机物吸附所造成的阻力占膜孔阻塞阻力达到83.3%。其中膜孔内的污染属于不可逆污染，难以去除。而膜表面的沉积污染易于去除，因而如何保持适当的污泥浓度，使悬浮污泥在膜组件上的沉积与膜组件对溶解性有机物的吸附二者综合效果较好，从而使得膜污染程度较小。

俞开昌等认为次临界操作是控制膜可逆污染的一个非常有效的操作模式，在次临界操作下，膜污染分为两个阶段： 阶段为不可逆污染发展阶段，TMP发展缓慢；第二阶段为膜可逆污染发展阶段，TMP急剧增加。 阶段膜的不可逆污染导致膜丝点通量的不断的重分配，一旦出现膜丝上某一点的通量大于临界通量时，颗粒物质就找到突破口，不断沉积到膜丝表面，发生可逆污染，进入膜污染第二阶段。

2 膜污染的影响因素分析

2.1 膜的表面性质

膜的性质主要是指膜材料的物化性能，如膜表面的电荷性、憎水性、膜孔径大小、粗糙度等。许多人的研究发现表明：与膜表面有相同电荷的混合液可改善膜表面的污染，提高膜通量。通常认为亲水性膜较耐污染，亲水性材料制成的膜表面与水分子间能形成氢键，能在膜表面形成一层有序的水分子层结构。而疏水性膜表面与水分子间无氢键作用，水要透过膜是一个耗能过程，所以水通量小并且膜易被疏水物质污染。对于膜孔径而言，当截留物相对分子质量小于300000时，随膜孔径的增加，膜通量增加，大于该截留物相对分子质量时，膜通量反而减少，是因为细菌在膜孔内滋生造成不可逆的堵塞所致。膜表面粗糙度增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，同时使膜表面的搅动程度增加，阻碍污染物在膜表面的吸附，因而膜表面的粗糙度对膜通量的影响是两方面作用的综合表现。

2.2 混合液的性质

混合液的性质主要是指混合液的污泥浓度组成。混合液的污泥浓度和组成对膜污染具有重要影响；污泥浓度的增大对膜分离会产生不利影响，膜通量与污泥浓度的对数呈线性下降关系；溶解性有机分子会在膜孔隙中沉积，其沉积程度与膜孔大小、分布以及操作压力有关，在某操作压力范围内，孔中沉积的大分子溶质移动性较小，即此时溶解生物质造成的膜污染较严重生物代谢产物也会对膜通量产生影响，随着时间的推移，生物代谢产物会逐渐积累，其相对分子质量也会增大，对膜产生严重污染；悬浮物、胶体物和溶解物对膜过滤阻力的相对影响分别为65%，30%和5%。可见，悬浮物和胶体物在膜表面形成的凝胶层是膜通量减小的主要原因。

2.3 膜过滤方式

膜过滤有两种基本操作方式：全程过滤和错流过滤。全程过滤是指在膜两边压力差的驱动下，溶质和溶剂垂直于分离膜方向运动，溶质被膜截留，溶剂通过膜而被分离。全程过滤中主体料液与透过液运动方向相同。全程过滤也叫死端过滤，它随着时间的增加，膜污染会越来越严重，过滤阻力越来越大，膜的渗透速率将下降，必须周期性地停下来清洗膜表面或者更换膜，所以全程过滤是间歇式的。错流过滤过程中，主体料液与膜表面相切而流动，料液中的溶质被膜截留，透过液垂直于膜面而通过膜流出，因此错流过滤也被称为切向流过滤。在错流过滤过程中，料液流经膜表面时产生的剪切力会把膜面上滞留的颗粒带走，使污染层保持在较薄的水平上，能有效的控制浓差极化和滤饼堆积，所以长时间操作仍可保持较高的膜通量。

3 膜污染化学清洗

化学清洗是利用某种化学药品与膜面有害杂质进行化学反应来达到清洗膜的目的。选择化学药品的原则，一是不能与膜及其它组件材质发生任何化学反应，二是不能因为使用化学药品而引起二次污染。化学清洗通常是根据膜的污染程度，用氧化剂（次氯酸钠等）、酸（盐酸、硫酸、硝酸等）、碱（氢氧化钠等）、络合剂、表面活性剂、酶、洗涤剂等化学清洗剂对膜进行浸泡和清洗，是一种去除膜污染的相对较有效的方法。对于不同材质的膜，应选择不同的化学洗剂，并防止化学清洗剂对膜造成损坏。用低浓度的氧化剂可以对污染较轻的膜组件进行在线清洗。而对于污染严重的膜组件，需加入酸、碱或氧化剂浸泡清洗。

3.1 酸溶液清洗法

酸类清洗剂可以溶解并去除无机矿物质和盐类，溶出结合在凝胶层和水垢层中的铜、镁等无机金属离子，将残存的凝胶层和水垢层从膜表面彻底清洗以恢复其通透能力。常使用的酸有盐酸、柠檬酸、草酸等。配制酸溶液的pH因膜材料而定。

左剑恶等采用相应的化学离线清洗技术进行化学清洗。证明膜经过化学清洗后还存在一些污染物，不能够被彻底清洗去除，存在不可逆污染。高矿化度造成的膜污染，经过盐酸清洗，膜通量恢复到原来的99.9%，说明无机盐离子形成膜污染大部分是可逆污染，酸洗可以溶解去除无机物质。能够将结合在凝胶层和水垢层中的无机金属离子如Ca²⁺、Mg²⁺等洗脱以恢复其通透能力。

3.2 碱溶液清洗法

碱性清洗液可以有效去除蛋白质污染，破坏凝胶层，使其从膜表面剥离下来。如对于大分子物质等在膜表面形成的凝胶层，水反冲洗效果甚微，可用酸或碱液浸泡清洗污染膜，碱性条件下有机物、二氧化硅和生物污染物易被清除。

胡保安研究处理发酵液膜清洗时得出单独用NaOH的清洗效果不理想。用表面活性剂与碱复配后清洗膜的结果比单独用碱洗的结果好。表面活性剂十二烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚可以降低碱液的界面张力，提高碱液的润湿渗透性，使得碱液能快速地渗透到污染物内部，将有机物污垢蛋白质皂化成可溶性物质。胡保安还比较了加盐酸前后高锰酸钾的清洗效果，及加还原剂草酸或压硫酸氢钠还原前后的清洗效果。由通量恢复情况说明氧化清洗后进行还原清洗的必要性。研究得出进行多步清洗，即 行加酸氧化清洗，再进行还原清洗，碱洗具有良好的效果，通量恢复率达到90%左右。

3.3 氧化性清洗剂

利用1%～3% H₂O₂、500～1000mg/L NaClO等水溶液清洗超滤膜，既去除了污垢，又杀灭了细菌， H₂O₂、NaClO是目前常用的杀菌剂。清洗不同的废水处理用膜，应采用不同的化学清洗方法，且化学清洗液的浓度要适宜。如质量分数为2%～5%的次氯酸钠稀溶液对去除膜孔内附着滋生的微生物和蛋白质等有机污染物有很好的效果。

谢元华等对被污染的金属膜在机械清洗后，再使用0.1%的NaClO（pH=12）溶液浸泡2h，过滤阻力几乎能恢复到新膜水平，NaClO溶液离线药洗是金属膜被污染后的有效清洗手段。好氧模式下金属膜主要为滤饼层污染，能通过机械清洗和在线药洗较好地去除。A/O模式下的膜污染主要为膜内部污染，不能通过各种清洗进行有效控制，应该通过投加吸附剂或絮凝剂，对混合液性状进行调控，改善膜污染状况。

3.4 加酶洗涤剂

常用的酶有果胶酶和蛋白酶，酶可以分解污染物中的微生物，清除微生物的污染。但酶本身是蛋白质，当pH不当时会在膜的表面及膜孔内壁形成吸附层，造成新的污染。加酶洗涤剂用0.5%～1.5%胃蛋白酶、胰蛋白酶等，对去除蛋白质、多糖、油脂类污染物质有效。

刘达玉等探讨了酶法处理对甜橙汁粘度、果胶等成分的影响，考查了酶法离心处理对提高甜橙汁超滤透液通量和减轻膜污染的效果。试验结果表明，甜橙汁中果胶含量及其粘度随果胶酶浓度的增加而减小，但酶质量分数达到0.06%以上时则变化较小。经酶法离心处理的甜橙汁，其营养成分变化较小，但在超滤澄清过程中，可大幅度提高透液通量，明显减轻膜的污染，便于膜的清洗。

4 膜技术与膜清洗发展趋势

膜污染控制及清洗技术的研究目前主要集中在膜表面改性及绿色清洗技术应用等领域，如何引进清洁生产的思想，为促进MBR膜在更广范围内使用并达到更好效果，应从以下几个方面来考虑膜污染控制及清洗技术的发展。

（1）消除膜污染根本和直接的途径是研究开发高效、高强度，具有更好耐污染性能的膜材料。有机膜易污染、堵塞，只能在低温、低压下操作，应研制发展耐高温、耐高压、孔径易控制的无机膜，特别是耐微生物污染的膜，这是膜技术发展的主要方向之一。仿生膜能够很好地解决传统膜许多难以克服的缺点，如果能实现工业化生产，必将大力促进MBR膜的广泛应用。

（2）要控制好膜的运行条件，通过各种途径改善混合液的特性，改善活性污泥的沉降性能，形成疏散多孔、通透性好的絮体，以减缓MBR膜的污染速度。

（3）应进行膜的日常维护和定期清洗，采用在线药剂清洗和曝气等简单的手段减缓膜过滤阻力的上升，延长稳定运行时间。

（4）根据不同的污染物类型选用合适的清洗剂，特别是开发在水体中能够自然降解、不会给MBR膜处理出水带来二次污染的绿色清洗剂，必将大大推动MBR膜污染的控制技术的发展。

（5）研究处理液中的有机物、无机物、微生物等对膜污染的影响及机理，建立污染模型，预测膜污染状况，以从理论上指导膜污染的预防和及时清除。

5 结束语

由于膜污染是亚微细粒子或小分子溶质吸附、积累在膜表面或在膜孔中结晶沉积所致，所以膜污染是不可逆的，只能靠改进膜组件结构、性能或优化膜系统设计来减轻其影响。浓差极化和膜污染都能引起膜性能变化，使膜的使用性能变坏，而膜污染是膜通量和分离性能下降的主要原因。两者密不可分，在许多情况下正是由于浓差极化才导致了膜污染。所以只有了解了膜的污染机理才能有的放矢的进行膜的污染治理，促进生产效率的提升。

膜清洗是膜技术应用中的重要问题，它与膜污染、膜的分离性能以及膜的寿命密切相关。针对不同的膜分离过程，首先应找出膜污染的原因，确定造成膜污染的污染物的性质、与膜的作用方式等，然后选择合适的清洗剂和清洗方法。在确定清洗剂和清洗方法时还应考虑清洗方法的经济性、对膜寿命和膜分离效率的影响等。另外，由于污染物多种多样，所以膜的清洗是一个复杂的课题，说明受污染膜上沉积物的特性，对于选择较经济和较有效的清洗剂和清洗方案是十分重要的。对膜污染物的分析有多种技术，各有利弊，针对具体的污染膜，需综合利用多种分析技术进行分析，以确保获得准确的污染信息。