隋世有，金麗梅,2, ，朱成成，李志江,2,3，薛立新

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2.黑龍江省雜糧加工及質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319；3.國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319；4.浙江工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，膜分離與水科學(xué)技術(shù)中心，浙江杭州 310014）

正滲透（FO）作為一種新型膜分離技術(shù)，是利用半透膜兩側(cè)溶液滲透壓不同使水分子自發(fā)地從原料液（低滲透壓）流向驅(qū)動(dòng)液（高滲透壓）[1?2]，該過(guò)程無(wú)需外加壓力，具有能耗低、濃縮倍數(shù)高、對(duì)雜質(zhì)的截留能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)[3]，在海水淡化、污水和工業(yè)廢水處理、軍用應(yīng)急水處理等領(lǐng)域均有一定規(guī)模的應(yīng)用[4]，同時(shí)FO在熱敏性食品物料的濃縮等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[5?8]。

雖然FO是公認(rèn)的低污染膜分離技術(shù)，但內(nèi)部濃差極化和膜污染仍是導(dǎo)致通量衰減的重要因素[9]。就提高FO膜水通量而言，目前正滲透技術(shù)的研究主要集中在汲取液的開發(fā)[10?11]、膜材料的設(shè)計(jì)以及膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化[4,12?13]，如使用水通道蛋白仿生材料[14]和氧化石墨烯[15]等嵌入到FO膜中以獲得更高的水通量及脫鹽率，然而有效控制膜污染是提高膜通量的重要手段。

FO過(guò)程中的膜方位、操作條件、水力條件和原料液性質(zhì)等是影響FO膜污染形成與清除的重要因素[10,16?17]，如Emily等[18]和Emadzaden等[19]的研究表明污染物可沉積在膜表面上或在水力作用下進(jìn)入膜孔或微結(jié)構(gòu)中，不同的膜方位（FO模式、PRO模式）對(duì)膜污染有不同影響。劉彩虹[20]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)優(yōu)化操作條件如運(yùn)行速度、驅(qū)動(dòng)液濃度等，可降低污染物對(duì)膜的污染。Zhao等[21]研究表明，原料液的離子強(qiáng)度、pH是影響FO膜污染的重要因素，原料液BSA中含有Ca2+時(shí)，將極大程度加劇膜污染且BSA對(duì)膜的污染隨著Ca2+濃度和離子強(qiáng)度的增加而增大。FO膜污染的形成機(jī)理較復(fù)雜，特別是食品物料及其加工副產(chǎn)物中常含有大量的蛋白質(zhì)、糖類、鹽類等物質(zhì)，在不同的操作條件下，有機(jī)物容易在膜表面或孔道內(nèi)沉積[12,22?23]。另外，原料中鹽類物質(zhì)除了削弱FO兩側(cè)的滲透推動(dòng)力之外，還容易在有機(jī)物間形成架橋作用加快膜污染[24]。目前大多數(shù)FO膜污染實(shí)驗(yàn)主要集中于研究單一因素的影響，對(duì)于原料為含鹽有機(jī)物時(shí)的FO膜污染規(guī)律及相應(yīng)的清洗方法的研究還鮮有報(bào)道。

本文系統(tǒng)研究影響FO膜BSA污染的因素，優(yōu)化操作條件及適宜的膜清洗方案，旨在為FO在濃縮含有蛋白質(zhì)和鹽類物質(zhì)的原料液和膜污染控制提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

醋酸纖維素（CTA）復(fù)合正滲透膜 溫州蓮華環(huán)保科技股份有限公司；氫氧化鈉（NaOH）、無(wú)水氯化鈣（CaCl2） 天津市大茂化學(xué)試劑廠；氯化鈉（NaCl） 天津市鑫鉑特化工有限公司；無(wú)水硫酸鈉（Na2SO4）、檸檬酸三鈉（C6H5Na3O7）、碳酸氫鈉（NaHCO3）、乙醇（C2H5OH） 遼寧泉瑞試劑有限公司；牛血清白蛋白（BSA）、考馬斯亮藍(lán)G-250 福州飛凈生物科技有限公司；磷酸（H3PO4） 沈陽(yáng)市華東試劑廠；去離子水 食品學(xué)院中試車間提供。

JD4000-2電子天平 沈陽(yáng)龍騰電子有限公司；WT3000-1JB-A齒輪泵 保定蘭格恒流泵有限公司；JENCO 6350電導(dǎo)率儀 上海鑫嵩實(shí)業(yè)有限公司；79-1磁力加熱攪拌器 常州市金壇大地自動(dòng)化儀器廠；LZB-10流量計(jì) 沈陽(yáng)北星儀表制造有限公司；T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

FO實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1，其有效膜面積為19.25 cm2（2.5 cm×7.7 cm）。膜池兩側(cè)分別為原料液和驅(qū)動(dòng)液的矩形流道，在齒輪泵作用下同向、同速率循環(huán)流動(dòng)。待流速穩(wěn)定后，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖1 正滲透實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Diagram of forward osmotic experimental apparatus

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 原料液中離子強(qiáng)度和BSA濃度對(duì)膜污染的影響 食品加工后的廢棄料液大多含有一定的滲透壓，如灰水電導(dǎo)率約1.7 ms/cm[25]，豆制品廢水約為3.4 ms/cm[26]。本文參照上述實(shí)際廢水配制了BSA和鹽的混和物用于FO濃縮。

控制驅(qū)動(dòng)液為1 mol/L NaCl，流速為2.89 m/s，在FO模式下操作。向含有一定濃度BSA（200 mg/L）的原料液中首先加入定量離子[27]（1 mmol/L NaHCO3+1 mmol/L CaCl2），再分別繼續(xù)添加NaCl至不同濃度（0、20、40、60和80 mmol/L），其對(duì)應(yīng)電導(dǎo)率為（0.453、1.855、2.794、5.479和6.976 ms/cm），研究只含BSA的原料液和含有不同離子強(qiáng)度的BSA溶液對(duì)FO膜污染規(guī)律的影響；其次，在上述確定的NaCl添加量基礎(chǔ)上，研究有機(jī)物BSA濃度（200、400、600、800、1000 mg/L）對(duì)FO膜污染規(guī)律的影響。

1.3.2 操作條件對(duì)通量及截留性能的影響 確定原料液成分（1 mmol/L NaHCO3+1 mmol/L CaCl2+20 mmol/L NaCl+200 mg/L BSA），以1 mol/L NaCl為驅(qū)動(dòng)液，流速為2.89 m/s和FO模式為基本條件，研究膜方位（FO模式、PRO模式），驅(qū)動(dòng)液的種類（Na2SO4、NaCl、C6H5Na3O7和CaCl2），驅(qū)動(dòng)液濃度（0.5、1、1.5和2 mol/L），物料流速（2.16、2.89、3.61、4.33和5.05 m/s）對(duì)FO膜通量及BSA截留率的影響。

1.3.3 膜清洗 以濃度為200 mg/L的BSA溶液作為原料液，驅(qū)動(dòng)液為1.5 mol/L NaCl溶液，按上述優(yōu)化后的條件運(yùn)行。利用物理（錯(cuò)流清洗、滲透回流清洗）和化學(xué)方法（0.05% NaOH）進(jìn)行清洗，清洗后的FO膜以1.5 mol/L NaCl為驅(qū)動(dòng)液，去離子水為原料液測(cè)定其通量恢復(fù)率。具體清洗條件如下：

錯(cuò)流清洗：在膜兩側(cè)以去離子水，在錯(cuò)流速度2.89 m/s的條件下分別清洗10、20、30 min后取出并用去離子水緩慢沖洗5次。

滲透回流清洗[28]：基于單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果篩選出汲取能力較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)液種類，即以飽和氯化鈣為驅(qū)動(dòng)液，錯(cuò)流速度為2.89 m/s，分別清洗10、20、30 min，然后取出膜用去離子水緩慢沖洗5次。

化學(xué)清洗：將污染膜取出后在0.05% NaOH溶液中浸泡3、4、5 min，用去離子水沖洗至pH為7。

1.4 指標(biāo)測(cè)定及計(jì)算

1.4.1 水通量 FO運(yùn)行過(guò)程中驅(qū)動(dòng)液質(zhì)量的變化（JW），用公式（1）計(jì)算。

式中：Jw表示水通量，L/m2·h；ΔW表示驅(qū)動(dòng)液質(zhì)量的增量，L；S表示膜的有效面積，m2；t表示運(yùn)行時(shí)間，h。

1.4.2 比通量

式中：J0表示原膜初始純水通量，L/m2·h；J表示污染膜實(shí)時(shí)通量，L/m2·h。

1.4.3 反向溶質(zhì)通量 驅(qū)動(dòng)液溶質(zhì)反向擴(kuò)散到料液中的量（JS），用公式（3）計(jì)算。

式中：JS表示反向溶質(zhì)通量，mol/m2·h；ΔC表示原料液側(cè)溶質(zhì)濃度的增加量，mol/L；Vt表示t時(shí)刻原料液的體積，L；A表示膜的有效面積，m2；t表示滲透時(shí)間，h。

1.4.4 BSA截留率 蛋白質(zhì)含量根據(jù)SN/T 3926-2014考馬斯亮藍(lán)法進(jìn)行測(cè)定，以牛血清白蛋白標(biāo)準(zhǔn)液中的蛋白質(zhì)含量為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：y=5.49286x+0.0263，決定系數(shù)R2=0.99109。BSA的截留率按公式（4）計(jì)算。

式中：ρp表示原料液側(cè)BSA濃度，mg/mL；ρf表示驅(qū)動(dòng)液側(cè)BSA濃度，mg/mL。

1.4.5 通量恢復(fù)率 通量恢復(fù)率按公式（5）計(jì)算：

式中：Jr表示膜清洗后的純水通量，L/m2·h；J0表示純水通量，L/m2·h。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用Origin 8.5進(jìn)行圖的繪制，用SPSS 19.0對(duì)膜方位的影響進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料液成分對(duì)膜污染的影響

2.1.1 原料液中離子強(qiáng)度 原料液中離子強(qiáng)度對(duì)膜通量的影響如圖2所示。由圖2可知，與純BSA溶液相比，當(dāng)原料BSA中加入不同濃度的NaCl時(shí)初始比通量會(huì)下降，這是由于原料液離子強(qiáng)度增大時(shí)，會(huì)降低膜兩側(cè)的有效滲透壓差。但FO膜的穩(wěn)定比通量隨著NaCl的添加呈先增大后降低的趨勢(shì)，其中電導(dǎo)率為1.855 ms/cm（20 mmol/L NaCl）時(shí)通量衰減比最小，即原料液BSA中含有一定濃度的鹽離子可降低BSA的膜污染。當(dāng)原料電導(dǎo)率值低于5.5 ms/cm時(shí)，可不對(duì)其脫鹽直接進(jìn)行FO處理。原料液中離子強(qiáng)度對(duì)反向溶質(zhì)通量和BSA截留率的影響如圖3所示。由圖3可見，原料液側(cè)離子強(qiáng)度不同時(shí)，BSA的截留率始終在99%以上，但隨著原料中離子強(qiáng)度的增大，反向溶質(zhì)滲透通量也隨之增大，原因在于陰、陽(yáng)離子的傳輸滿足唐南平衡原理，程巍等[29]研究發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)液中的離子除了經(jīng)典的溶解-擴(kuò)散機(jī)理外，還會(huì)以其他的方式進(jìn)行傳遞，隨著原料液離子濃度的增大，會(huì)降低膜對(duì)離子的選擇性，進(jìn)而增加了反向溶質(zhì)通量。

圖2 原料液電導(dǎo)率對(duì)比通量的影響Fig.2 Effect of the conductivity of the feed solution on comparative flux

圖3 原料液電導(dǎo)率對(duì)反向溶質(zhì)通量和BSA截留率的影響Fig.3 Effects of the conductivity of the feed solution on reverse solute flux and BSA rejection rate

2.1.2 原料液中BSA濃度 按2.1.1的研究結(jié)果，將原料液BSA中添加20 mmol/L NaCl用于FO濃縮。由圖4可知，隨著原料液中BSA濃度的增大，比通量將逐漸降低，這是由于有機(jī)物濃度越高，越容易造成蛋白質(zhì)在膜孔堵塞和表面吸附污染。BSA濃度為200 mg/L，比通量雖然很大但同時(shí)通量衰減速率也很快，這是由于試驗(yàn)初期，膜表面大量聚集無(wú)機(jī)鹽和BSA，蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度逐漸增大到其凝膠化濃度并形成結(jié)垢層，通量迅速下降。當(dāng)濃度達(dá)到1000 mg/L時(shí)，比通量接近0，說(shuō)明膜污染極其嚴(yán)重。如圖5，F(xiàn)O膜對(duì)BSA的截留率基本不受其濃度的影響，始終接近100%。隨BSA的濃度的增加，反向溶質(zhì)通量呈先增大再降低的趨勢(shì)，當(dāng)BSA濃度為200 mg/L時(shí)，由于原料液的水通過(guò)膜擴(kuò)散至驅(qū)動(dòng)液側(cè)，在較高水力作用下，使得膜孔多數(shù)被用來(lái)汲取水分子，則阻礙了鹽離子的反向滲透。隨著濃度的遞增至400 mg/L時(shí)，水力作用減弱，故反向溶質(zhì)通量增大。當(dāng)BSA濃度繼續(xù)增大到1000 mg/L，反向溶質(zhì)通量反而降低，這是由于大量的BSA聚集在膜表面及孔道內(nèi)部，阻礙了鹽離子的反向擴(kuò)散，故反向溶質(zhì)通量降低。

圖4 原料液中BSA濃度對(duì)比通量的影響Fig.4 Effect of the concentration of BSA in feed solution on comparative flux

圖5 原料液中BSA濃度對(duì)反向溶質(zhì)通量和BSA截留率的影響Fig.5 Effects of the concentration of BSA in feed solution on reverse solute flux and BSA rejection rate

2.2 操作條件對(duì)膜通量及截留性能的影響

2.2.1 膜方位的影響 膜方位（FO模式與PRO模式）對(duì)FO過(guò)程的影響如圖6～圖8。從圖6可知，當(dāng)原料液為去離子水時(shí)，PRO模式水通量（53.83 L/m2·h）高于FO模式水通量（48.67 L/m2·h），與劉彩虹的研究結(jié)論一致[12]。將原料液換成污染物BSA后，水通量較純水通量低，但FO模式水通量（13.82 L/m2·h）優(yōu)于PRO模式水通量（5.08 L/m2·h），因PRO模式原料液中污染物易于進(jìn)入多孔支撐層中并發(fā)生嚴(yán)重聚積，堵塞膜孔，增大了傳質(zhì)阻力[9,30]，常將此現(xiàn)象歸因于內(nèi)濃差極化效應(yīng)[31]。FO模式污染物在膜活性層表面積累，溶液錯(cuò)流產(chǎn)生平行膜表面剪切力能夠去除一部分污染物，因此膜污染相對(duì)較輕；PRO模式溶液錯(cuò)流產(chǎn)生的剪切力主要在多孔支撐層以外區(qū)域起作用，支撐層內(nèi)污染物幾乎不受剪切力的影響，因此污染相對(duì)較重[28]。經(jīng)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析，當(dāng)處理BSA溶液時(shí)，膜方位對(duì)水通量影響顯著（P=0.036<0.05）且FO模式較優(yōu)，與Zhou等[32]的試驗(yàn)結(jié)果類似。當(dāng)處理BSA污染物時(shí)，由圖7可知，F(xiàn)O模式反向溶質(zhì)通量較低，兩種模式下都有較高的BSA截留率，從圖8可知，F(xiàn)O模式比通量較PRO模式高，濃差極化現(xiàn)象低，膜不易被污染。綜上，膜的抗BSA污染試驗(yàn)中應(yīng)選FO模式。

圖6 膜方位對(duì)水通量的影響Fig.6 Effect of membrane orientation on water flux

圖7 膜方位對(duì)反向溶質(zhì)通量和BSA截留率的影響Fig.7 Effect of membrane orientation on reverse solute flux and BSA rejection rate

圖8 膜方位對(duì)比通量的影響Fig.8 Effect of membrane orientation on comparative flux

2.2.2 驅(qū)動(dòng)液的影響

2.2.2.1 驅(qū)動(dòng)液種類 由圖9可知，使用不同種類的驅(qū)動(dòng)液時(shí)，膜通量始終是原料液BSA小于去離子水。這是由于BSA對(duì)FO膜產(chǎn)生了污染。比較而言，Na2SO4對(duì)應(yīng)的水通量較低，Tan等[33]研究了14種無(wú)機(jī)驅(qū)動(dòng)劑，研究結(jié)果也顯示Na2SO4的驅(qū)動(dòng)能力低于MgCl2和NaCl。由圖10可知，四種驅(qū)動(dòng)液的平均比通量由高到低順序?yàn)镹a2SO4、NaCl、C6H5Na3O7和CaCl2，這是由于驅(qū)動(dòng)液對(duì)水的汲取能力不同，而汲取能力越大，越容易將BSA吸附在膜表面形成蓬松的薄層濾餅，導(dǎo)致膜污染加劇，通量下降較快，比通量降低。由圖11可知，汲取液為CaCl2時(shí)反向溶質(zhì)通量明顯低于其他三種鹽類，這說(shuō)明Ca2+的水力半徑較大，其反向擴(kuò)散受到抑制[34]。使用驅(qū)動(dòng)液種類不同時(shí)，BSA截留效果差異明顯，驅(qū)動(dòng)液為C6H5Na3O7時(shí)，截留效果不佳，而使用Na2SO4時(shí)，BSA截留率也僅為70%，NaCl和CaCl2的截留效果非常高，當(dāng)驅(qū)動(dòng)液正離子為Na+時(shí)，隨著無(wú)機(jī)鹽所含獨(dú)立離子個(gè)數(shù)增加，截留率逐漸下降。而驅(qū)動(dòng)液為氯化物時(shí)，陽(yáng)離子（Na+、Ca2+）對(duì)截留率基本無(wú)影響，對(duì)BSA的截留率較高。使用NaCl時(shí)的平均比通量高于CaCl2，且膜污染小，因此選用NaCl為驅(qū)動(dòng)液。

圖9 驅(qū)動(dòng)液種類對(duì)水通量的影響Fig.9 Effect of draw solution type on water flux

圖10 驅(qū)動(dòng)液種類對(duì)比通量的影響Fig.10 Effect of draw solution type on comparative flux

圖11 驅(qū)動(dòng)液種類對(duì)反向溶質(zhì)通量和BSA截留率的影響Fig.11 Effect of draw solution type on reverse solute flux and BSA rejection rate

2.2.2.2 驅(qū)動(dòng)液濃度 由圖12可知，隨著NaCl濃度增加，BSA試驗(yàn)中水通量先增大后減少，在1 mol/L時(shí)水通量較高為17.81 L/m2·h。原因在于低濃度時(shí)驅(qū)動(dòng)能力弱，不足以提供更高的動(dòng)力，使得水通量低；濃度過(guò)高時(shí)，污染物易在膜表面形成疏松的濾餅層，導(dǎo)致膜污染，水通量下降。如圖13所示，比通量在1.5 mol/L濃度下較高，說(shuō)明NaCl濃度在1.5 mol/L時(shí)，膜被BSA污染的程度低，可知，在FO過(guò)程中，水通量過(guò)高時(shí)，膜污染較為嚴(yán)重，比通量降低。Shan等[35]通過(guò)濃度梯度法，得到關(guān)于FO驅(qū)動(dòng)液的臨界濃度，當(dāng)驅(qū)動(dòng)液濃度低于臨界濃度時(shí)，水通量基本維持穩(wěn)定，膜污染較輕；當(dāng)驅(qū)動(dòng)液濃度高于臨界濃度時(shí)，水通量下降速度較快，膜污染較嚴(yán)重。圖14表明BSA的截留率（大于99%）和反向溶質(zhì)通量受驅(qū)動(dòng)液濃度影響較小。綜上，將NaCl濃度選為1.5 mol/L。

圖12 NaCl濃度對(duì)水通量的影響Fig.12 Effect of NaCl concentration on water flux

圖13 NaCl濃度對(duì)比通量的影響Fig.13 Effect of NaCl concentration on comparative flux

圖14 NaCl濃度對(duì)反向溶質(zhì)通量和BSA截留率的影響Fig.14 Effects of NaCl concentration on reverse solute flux and BSA rejection rate

2.2.3 流速的影響 由圖15可知，錯(cuò)流速度不同時(shí)，F(xiàn)O膜比通量下降程度不同。流速過(guò)低時(shí)，污染物在膜表面堆積，水通量低，合適流速可減少膜污染[36]，增加膜表面的水流剪切力，降低污染物在膜表面的沉積，同時(shí)由于水流沖刷使致密活性層表面的污染層變薄，減輕濃差極化現(xiàn)象，使膜污染程度減小，流速在2.89 m/s時(shí)比通量較優(yōu)。由圖16～圖17可知，當(dāng)流速過(guò)高時(shí)，污染物加速與膜表面緊密接觸的機(jī)會(huì)，部分膜孔被堵塞，也降低水通量。膜孔被堵塞同時(shí)BSA的截留率也隨之增大，流速更大時(shí)，BSA分子會(huì)利用水流剪切力，穿過(guò)膜孔進(jìn)入驅(qū)動(dòng)液側(cè)，進(jìn)而降低膜對(duì)BSA的截留。隨著流速的增大，反向溶質(zhì)通量先增大后降低。綜上確定流速為2.89 m/s。

圖15 流速對(duì)比通量的影響Fig.15 Effect of flow rate on comparative flux

圖16 流速對(duì)反向溶質(zhì)通量和BSA截留率的影響Fig.16 Effects of flow rate on reverse solute flux and BSA rejection rate

圖17 流速對(duì)水通量的影響Fig.17 Effect of flow rate on water flux

2.3 FO膜清洗

清洗后FO膜的通量恢復(fù)率如圖18所示。

圖18 不同清洗條件下的通量恢復(fù)率Fig.18 Flux recovery rate under different cleaning conditions

由圖18可知，物理清洗方法中錯(cuò)流清洗優(yōu)于滲透回流清洗，且錯(cuò)流清洗時(shí)間越長(zhǎng)，通量恢復(fù)率逐漸增大，清洗30 min可使通量恢復(fù)約70%。但滲透回流清洗效果隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐漸下降，可能由于驅(qū)動(dòng)液側(cè)飽和CaCl2溶液粘滯在膜表面，時(shí)間越長(zhǎng)附著在膜面的CaCl2越多且不易去除，在進(jìn)行通量恢復(fù)試驗(yàn)時(shí)，有效滲透壓差降低，使得通量恢復(fù)率降低，Liu等[37]通過(guò)對(duì)放射性廢水污染的膜清洗，得出錯(cuò)流清洗通量恢復(fù)至69%，可見，對(duì)于污染較為嚴(yán)重的膜，簡(jiǎn)單錯(cuò)流清洗顯然達(dá)不到最佳效果。而化學(xué)清洗效果較為明顯，僅僅4 min就能將膜通量恢復(fù)至約98%，超過(guò)4 min后，由于膜面的蛋白質(zhì)溶解在NaOH中，過(guò)量的堿液將膜結(jié)構(gòu)破壞致使通量恢復(fù)率增加?？姇车萚38]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)類、膠體類物質(zhì)易吸附在膜表面或堵塞膜孔，pH10的NaOH清洗效果最佳。另外，較高的pH溶液中，由于羥基的出現(xiàn)，污染物官能團(tuán)可以去質(zhì)子化，負(fù)電性變得更強(qiáng)，這樣會(huì)增加污染物之間排斥力，進(jìn)而提高了清洗效果[39]。因此，經(jīng)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)確定0.05% NaOH浸泡4 min較為合適。

將FO膜片進(jìn)行反復(fù)使用和清洗，由圖19可知，隨著FO的運(yùn)行，比通量逐漸降低，經(jīng)過(guò)0.05% NaOH清洗以后，膜初始比通量均有所提高，膜初始通量性能基本恢復(fù)。由圖20可知，隨著清洗次數(shù)的增加，反向溶質(zhì)通量逐漸增大，第2次清洗后反向溶質(zhì)通量（0.33 mol/m2·h）顯著高于原膜（0.14 mol/m2·h）（P<0.05）和第1次清洗后反向溶質(zhì)通量（0.19 mol/m2·h），本研究的反向溶質(zhì)通量值介于吳思邈等[40]利用FO技術(shù)濃縮蘋果汁時(shí)用的5 mol/L NaCl（1.49 mol/m2·h）和2 mol/L檸檬酸三鈉（0.10 mol/m2·h）之間，且在此過(guò)程中膜的截留性能較為穩(wěn)定。

圖19 FO膜長(zhǎng)期使用對(duì)比通量的影響（分割線為一次清洗）Fig.19 Effect of long-term use of FO membrane on comparative flux（the dividing line was one cleaning）

圖20 FO膜長(zhǎng)期使用對(duì)反向溶質(zhì)通量和BSA截留率的影響Fig.20 Effects of long-term use of FO membrane on reverse solute flux and BSA rejection rate

3 結(jié)論

本文研究了正滲透過(guò)程中原料液的離子強(qiáng)度及BSA濃度、膜方位等參數(shù)不同時(shí)FO膜的污染規(guī)律。原料液BSA中含有鹽離子時(shí)FO膜的初始通量較低，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)FO膜的通量高于純BSA溶液的通量，反向溶質(zhì)的擴(kuò)散量在0.71 mol/m2·h以下，當(dāng)原料電導(dǎo)率值低于5.5 ms/cm時(shí)，可不對(duì)其脫鹽直接進(jìn)行FO處理。且原料液中BSA的濃度越低，膜污染程度越輕。膜方位、驅(qū)動(dòng)液種類和流速對(duì)水通量及反向溶質(zhì)通量的影響較為顯著，當(dāng)處理含鹽離子（1 mmol/L NaHCO3+1 mmol/L CaCl2+ 20 mmol/L NaCl）的BSA溶液最佳操作條件是以1.5 mol/L NaCl為驅(qū)動(dòng)液并控制料液流速為2.89 m/s及FO模式下運(yùn)行，此時(shí)FO膜通量達(dá)11.23±2.13 L/m2·h，BSA截留率97.83%、反向溶質(zhì)擴(kuò)散通量Js為0.14 mol/m2·h。對(duì)于蛋白質(zhì)類污染物的最佳清洗方式為0.05%NaOH浸泡4 min，多次使用及重復(fù)清洗后恢復(fù)率仍達(dá)98%以上，表明該膜具有良好的耐清洗性能。