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本文聚焦乳制品超滤（UF）和微滤（MF）过程中的污垢问题。详细探讨了污垢的特征、分析方法，提出有效清洗策略。强调理解污垢性质对优化清洗程序的重要性，为相关研究和工业实践提供全面参考，助力解决膜污染难题。
引言
膜分离技术在工业领域应用广泛，在乳制品行业中，超滤（UF）和微滤（MF）用于浓缩和分离蛋白质等牛奶成分。MF 膜孔径为 0.1 - 10 μm，操作压力 0.5 - 3 bar，能截留微米级物质；UF 膜孔径 0.01 - 0.1 μm，操作压力 1 - 10 bar，可截留蛋白质等大分子。UF 常用于奶酪生产和牛奶蛋白浓缩，MF 则用于降低细菌含量和基于大小分离蛋白质。
然而，膜污染是 UF 和 MF 面临的重大挑战。食品行业约 20% 的加工时间用于清洗，荷兰一家乳制品厂就地清洗（CIP）操作能耗占总能耗的 9.5%。频繁清洗还会缩短膜的使用寿命，通常 18 - 24 个月就需更换。典型 CIP 过程包括水预冲洗、碱洗、水冲洗、酸洗、最终水冲洗，有时还包括酶洗步骤。尽管对膜污染研究较多，但污垢的复杂动态特性仍难以完全掌握，尤其是在脱脂牛奶过滤过程中的污垢问题。目前关于乳制品流污垢的综述较少，本文旨在全面分析牛奶 UF 和 MF 过程中的膜污染问题，为制定更有效的清洗策略提供参考。
超滤和微滤中的污垢问题
污垢是指悬浮颗粒或溶解物质在膜表面或膜孔内的积累。这种积累会部分或完全堵塞膜孔，导致膜性能下降、使用寿命缩短，增加运营和资本成本。污垢的类型多样，取决于膜过程的性质、进料的化学性质以及进料与膜表面的相互作用。
污垢表征的分析方法
膜性质的变化可能由污垢、老化和清洗等多种因素引起。污垢会导致膜表面化学性质、电荷、官能团和粗糙度发生改变。去除污垢通常需要使用酸、碱或表面活性剂等清洗剂，但这些清洗剂在清洁膜的同时，也可能改变膜的性质。
有效清洗膜的策略
有效清洗对于恢复膜的渗透性至关重要，能提高通量和整体效率。通过物理或化学方法去除膜表面的污垢，可减少不可逆损伤的风险，延长膜的使用寿命。物理清洗方法包括反冲洗、空气喷射和超声振动。但对于牛奶 UF 过程中蛋白质吸附等类型的污垢，则需要化学清洗。
结论
膜污染是分离过程中的重大挑战，清洗过程耗时、耗水且成本高，约占操作时间的 30%。操作条件、溶液性质和膜特性都会影响污垢的形成。由于无法完全避免污垢，清洗对于维持膜的过滤能力和确保产品质量至关重要。了解污垢的组成有助于优化清洗程序，减少化学试剂的使用。
