朱铁钢1 宋雯静2
1.旭环美水处理（苏州）有限公司 江苏省 苏州市 215000
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摘要：超滤技术是一种以物理筛分以及微渗透为原理，利用膜两侧压差去除水中的杂质，从而实现大小物质分离的膜分离技术。具有处理效果好、分离效率高、微生物安全性高、压力要求低、节能环保和易于自动化控制等众多优点。本文对水处理中超滤膜污染及其应对方式研究进展进行探讨。
关键词：超滤膜;膜污染;污染原因
1缓解膜污染主要方法
1.1膜前预处理及组合工艺联用
通过混凝、过滤和氧化等方法对进入超滤膜之前的待处理水进行预处理，将超滤技术与其他水处理技术联用可以有效降低水中污染物的含量或者改变污染物的形态，不仅能够提升出水水质，还能减轻膜污染，延长膜的使用寿命。XU等分别采用混凝和芬顿2种预处理工艺，然后再用超滤工艺处理二次出水，同时与直接超滤进行了对比，发现直接超滤时膜污染最为严重，而2种预处理均能有效的缓解膜污染[1]。SHEN等以聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵为混凝剂在超滤前进行混凝预处理，发现可以形成大粒径、分形维数小的絮凝体，这些絮凝体会沉积在膜表面形成疏松的滤饼层，可以有效缓解天然有机物造成的膜污染[2]。采用外循环连续过滤-超滤组合工艺对松花江水进行处理，结果表明组合工艺比直接超滤对CODMn、UV254和氨氮的去除率都有不同程度的提高，且膜污染速率远低于直接超滤。由此可见，膜前预处理及组合工艺的使用对膜污染的缓解有很大的帮助。总的来说，膜前预处理及组合工艺的合理运用往往都能取得良好的效果，不但可以缓解膜污染，而且还可以得到更好的出水水质。
1.2膜清洗
超滤膜在使用过一段时间后会受到不同程度的污染，导致水处理效果变差、出水效率降低，为了使膜得到充分的利用，需要对受污染的膜进行清洗，尽量使膜的性能得到恢复。常用的清洗方法有物理清洗、化学清洗和生物清洗。物理清洗的方法包括水力冲洗、空气冲刷等。朱佳等探究了反冲洗对处理重金属废水的平板陶瓷膜和聚偏氟乙烯（PVDF）膜的影响，对膜污染有一定的缓解作用[3]。化学清洗则是用酸、碱、氧化剂和表面活性剂等对膜孔和膜表面的污染物进行清洗，从而将污染物去除，常用的化学清洗剂包括HCl、NaOH、NaClO、草酸和柠檬酸等。HE等使用新型H2O2-MnO2系统对PVDF和PES膜进行清洗，发现用质量分数0.5%的H2O2清洗5min就能恢复95%的膜通量并几乎去除所有不可逆污染，使用电子自旋共振（ESR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行微观分析，发现H2O2-MnO2系统之所以有如此好的清洗效果，是因为生成自由基和丰富的氧气，发生了物理化学清洗。使用草酸清洗了应用在海水淡化工艺中的膜，发现清洗后渗透率得到了很好的恢复，且可以有效去除膜丝表面的污染。由此可知对受到污染的膜进行清洗可以有效的缓解膜污染，恢复膜的性能并延长膜的使用寿命。膜清洗总的来说可以看作是一种污染后的补救措施，物理清洗难以去除不可逆污染，化学清洗又会对膜造成一定程度的损耗，因此需要根据实际污染物来决定具体的反冲洗方式[4] 。
1.3改性膜的应用
超滤膜的材料分为有机和无机2种，无机陶瓷膜具有化学稳定性好、机械强度高和抗污染性能好等优点，但是其造价高、弹性小等缺点，因而当下使用的超滤膜以有机材料居多，如常用的PVDF和PES超滤膜。膜的材料不同，其性能自然也有所区别。PVDF膜具有稳定的化学性能但抗污染能力较弱且使用寿命短。PES膜具有良好的耐热性和耐老化性，但是其疏水性强，抗污染能力差。膜的性能对于水处理效果、膜污染控制和膜清洗等都有很大的影响，因此近年来关于新型材料和改性膜的探究越来越多。NAWAF等使用浸泡法和流动法，利用壳聚糖溶液对2种超滤膜进行了改性效果的研究，发现由于亲水性壳聚糖颗粒附着在膜表面，2种膜的亲水性都得到了显著提高，同时2种改性膜均表现出增强的抗污性能[5]。PARK等利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对高聚物纳米管进行了功能化处理，并将其引入PES膜中，不仅使膜的亲水性和机械强度有效增加，而且使膜的抗污染性能得到了大幅度提升[6]。SONG等利用非溶剂诱导相分离技术，通过甲基丙烯酸磺原位交联聚合制备了两性离子聚偏氟乙烯防污膜，与原膜相比，分离性能有了很大的提升，同时不可逆污染的比例降低，清洗后膜通量恢复显著增加，膜的抗污染性能同样得到增强[7]。国内外学者所进行的膜改性研究还有很多，总的来看，超滤膜经过改性之后，可以有效的提高自身的抗污染能力，对于克服膜污染问题，促进超滤技术的发展具有很大帮助。当前用于进行膜改性研究的添加材料众多，虽然大部分可以起到缓解膜污染的效果，但是目前为止尚未找出性能极其稳定、且成本适合的添加材料。
1.4膜污染缓解新方法
除上述几种目前所采用的主要方法外，对于缓解膜污染新方法的探究也越来越多，紫外线、超声波、电场和磁场等均用来探究对膜污染的缓解作用，进料方式和膜组件在运行过程中的状态也都会对膜污染产生影响。
紫外线具有良好的杀菌效果，可以高效灭活水中的微生物，从而缓解微生物造成的膜污染。超声波可以在水中产生扰动，让被截留在膜表面的污染物脱落，减少滤饼层的厚度和浓差极化现象的发生。谢宛岑等探究了磁场对膜分离性能的影响，磁场的磁化作用不仅能够提高膜通量，还可以使膜组件在运行时膜通量下变慢，膜清洗的效果也有所提高[8]。王明明构建了阴阳极不同的外加电场探究其对膜污染的影响，发现在电场力和静电斥力的作用下可以有效缓解膜污染[9]。国内学者还对方波函数进料对膜污染的影响进行了探究，发现方波函数的进料方式与稳定流相比，膜通量的下降速率降低，也同样缓解了膜污染。提出了旋转超滤膜模块的策略来控制滤饼层的厚度，模块的旋转可以使絮凝体变得疏松，同时有效的降低了膜表面滤饼层的厚度，膜污染也得到了较好的缓解。通过业内学者的不断探究，已经有越来越多的新方法用于尝试缓解膜污染，进料方式、膜组件运行状态和运行条件对膜污染产生的影响也在不断的进行探究。
2小结
笔者认为要想更好的解决膜污染问题，需要更多的从源头上进行思考，不断进行工艺创新，将全新水处理技术与超滤技术相结合，从而实现互补；同时针对超滤技术运行条件以及运行参数优化对于膜污染的影响；高性能膜的研制对于控制膜污染也很有帮助，除了对现有膜进行改良外，根据改良的原理进行不同物质的融合进而进行新型膜材料的开发是值得深入思考的，如果能提高膜的抗菌性和抗污染性，就可以大大降低膜污染程度；如果能提高膜的耐酸碱性，则可以减轻化学清洗对膜本身的损耗，对于膜污染的控制、降低运行成本等具有重大意义。超滤技术想要在水处理领域得到更广泛的应用，起到更重要的作用，无论是超滤技术还是膜污染控制方法，都必须结合实际情况，向着低能耗、低药耗、低损耗的方向发展，这就要求在运行方式和工艺设计上做出更合适的选择，还要向着简便化、自动化、绿色化的方向发展，这些发展方向相辅相成，整个超滤工艺越简便越利于自动化的实现，也就更利于找到最合适的运行条件、最佳投药量等，进而降低能源和药剂的浪费，绿色化的运行也得以实现。
结束语
总而言之，随着对超滤技术的不断研究和水处理技术的不断发展，超滤膜的污染问题必将得到更好解决，超滤技术也必将在今后的水处理当中发挥重要作用。
参考文献：
[1] XU Y M, LI Y M, HOU Y. Reducing ultrafiltration membrane foulingduring recycled paper mill wastewater treatment using pretreatmenttechnologies: a comparison between coagulation and Fenton[J].Journal of Chemical Technology & Biotechnology,2019,94(3):804-811.
[2] SHEN X, GAO B Y, GUO K Y, et al. PAC-PDMDAAC pretreatment
of typical natural organic matter mixtures: Ultrafiltration membranefouling control and mechanisms[J]. The Science of the TotalEnvironment,2019,694(1):133816.1-133816.11.
[3] 朱佳,刘研萍,姜晓锋,等.超滤膜处理重金属废水的膜污染控制
中试[J].环境工程,2018,36(10):64-69.
[4]HE X, LI B, WANG P P, et al. Novel H 2 O 2 -MnO 2 system for efficientphysico-chemical cleaning of fouled ultrafiltration membranes bysimultaneous generation of reactive free radicals and oxygen[J].Water Research,2019,167(15):115111.
[5]DARWISH N B, ABDULGADER H A, ALROMAIH H, et al.Effect ofultrafiltration membranes modifications by chitosan onhumic acid fouling[J].Journal of Water Process Engineering,2019,27:32-36.
[6] PARK S Y,YANG E, PARK H, et al. Fabrication of functionalized
halloysite nanotube blended ultrafiltration membranes for high
flux and fouling resistance[J].Environmental Engineering Research,
2020,25(5):771-778.
[7] SONG H M, LI C Wang, Y X, et al. Simple and effective preparation
of zwitterionic anti-fouling poly(vinylidene fluoride) ultrafiltration
membrane by in situ cross-linking polymerization technology[J].
ChemistrySelect,2020,5(26):7984-7989.
[8] 谢宛岑,王庆国.磁场对膜分离性能的影响研究进展[J].水处理技术,2018,44(3):1-4.
[9] 王明明. 弱电场作用下陶瓷膜MBR运行效果及膜污染控制研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2018.
作者简介:朱铁钢（1989-），男，本科，E-mail:260193423@qq.com