净水处理中膜技术应用研究进展
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摘 要：根据近年来在净水处理中的膜技术的应用研究成果，从膜污染机理情况、处理工艺不够和抗污染膜材料等方面对于膜技术应用情况进行研究。这篇文章总结了预处理工序和洗净技术的限制因素，介绍了新改良的膜材料开发课题。希望可以提供进一步的研究参考，提高净水处理膜技术的应用价值。最后展望了膜技术的开发动向。
关键词：净水处理；膜技术；研究
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.012
1 膜污染机理尚不明确
膜污染不仅影响一定程度的产水量和排水质量，还对于膜成分的耐用年数有一定的影响，在一定程度上还会提高成本，引起了研究人员的关注。从过程分析，原水的污染物质，使膜的流动减少，增大压力差。根据不同原因进行分析，膜污染是由浓度分极、膜孔吸附、闭塞及表面滤饼层的形成所致。但是，膜污染的机制还不明确。从不同类型的污染物类型对膜污染的差异进行比较分析，提供调查膜防范机制的参考。
1.1 颗粒物/胶体污染的可调控性
一些研究表明，当粒子、胶体尺寸接近膜孔尺寸时，污染物质结晶化、沉淀、吸附到膜孔内，会出现膜孔闭塞度不同的结果，这个阶段是初期污染阶段。更大的粒子、胶质附着在膜表面的话，滤饼层被污染。松散滤饼层可以通过油压去除，一般认为是可逆污染。发展到一定程度后，滤饼层会凝固、压缩，不能通过水压清洗去除，这种污染可以早期控制，有机物与之形成协同污染，其不可逆性就会大大加深。从污染物引起的膜污染控制的观点出发，我们注意膜防护的在线监视，判定膜污染度，使用在可逆阶段尽可能控制的模型。
1.2 有机污染的复杂性
表面水的溶解有机物被分成很多种，原水中的 NOM、人类排入的合成有机物和消毒副产物根据生物学的处理中的有机物的分解形成的可溶性微生物产物、生物处理过程中有机物降解形成的溶解性生物物质。NOM是水处理膜污染的全部主要原因，其中约85 %～95 %是腐植。亲水性、疏水性虽然不是评价膜污染的一般基准，但是对于整个膜表面的化学物质量和强度是决定性的。因此，在研究膜污染的过程中，必须注意腐植的开发源、影响机构、控制方法这几方面。研究了有机化合物的疏水性、分子量及相互作用。小尺寸的有机分子污染对于膜的影响比较小。另外，对膜污染的有机物的影响也在变化。应用三维荧光光谱进行扫描，蛋白质较高的荧光点使膜受到更深的污染，并且具有蛋白质有机物更高的水体污染更深。近年来，NOM 和无机颗粒引起的协同污染也引起了研究者的关注。两种粒子状物质的质量浓度和膜污染速率正相关。所以，加强溶媒污染物质膜相互作用的研究是非常必要的。
1.3 生物污染的严重性
原水中的微生物会慢慢累积到膜的表面，经过长时间的代谢、生长很难去除，就出现了生物膜，使得膜污染的风险加大。膜表面开始是单细胞或者细胞团，不断地繁殖成为生物膜饼。生物膜的厚度和覆盖率达到一定之后，会对于膜通量造成影响。生物膜的代谢会产生无机污染，难以彻底地进行清洗，最终对于膜会造成腐蚀，减少膜的寿命。重视对生物膜上微生物种类、特性的了解是必不可少的，有利于更好地进行微生物及其代谢产物引起的膜污染机理的研究。
2 处理工艺不成熟
为了控制膜污染问题，除了要掌握各种膜污染机理外，还需要研究多种组合工艺和膜清洗技术。一方面，凝集、活性炭吸附、臭氧预备氧化、生物过滤及其组合工艺一般作为预处理使用，另一方面，采用物理或化学方式对进行清洗两种方法都可以减轻膜的污损。
2.1 注重预处理工艺的适配性
凝胶过滤过程中2.1的低浓度凝集剂中的ha与有机胶体的共存对Al（OH）3（am）-HS胶体颗粒的形成有益，ha的去除速度增加了7%～15%。但是，oc的去除率却减少了3%～20%，使得膜污染恶化了。在吸附-超滤工艺中，活性炭的种类、用量、有机物的特性、原水的水质、竞争吸附等因素对污染物质的消除效率产生影响，但也存在膜污染的危险性。一些学者还使用活性炭在水中去除有机物质和脱氯。同时，为细菌增殖提供良好的基质，产生副产品污染，臭氧（O3）过滤过程中，有效地减少可逆膜污染。从以上的结果来看，为了确保膜结合过程的高效操作，投加物的特性和对膜污染的影响机制应受到关注。分析了“预臭氧+平流沉淀池、炭砂滤池+浸没式超滤膜”的组合，发现膜更换成本高。因此，充分考虑原水中的污染物质对膜污染的贡献率，通过组合过程的比较和选择，决定可执行的水质净化过程。
2.2 提升清洗技术的适应性
膜清洗技术是处理膜污染的重要手段。在机理中看，使用洗涤过程有双重作用。基本膜清洗工艺与常规膜清洗工艺相同。在清洗过程中，清洗温度、时间、酸碱度和化学清洗速度都是相同的。采用与膜材料和膜组件不同的情况下，同种清洗方式下也得到不同的效果。如今，选择清洗方式，控制运行参数都具有很多的选择，但是，既能够对于膜污染环节有帮助，也可以使得膜的特性得到回复，成为了制膜技术发展的重要因素。实际工程中，应该不断地进行实验，使得对于膜优化的清洗条件能够得到更加接近的模拟效果，使得清洗效果能够达到更大的提高。
3 抗污染膜材料有待开发
多数研究表明，膜材料的性质影响膜隔离的生成和发展，并促进或限制膜技术的使用。因此，选择适合于净水处理的膜材料是非常重要的。但是，現有膜材料的防污性能一般较差，促进新防污膜材料的开发。目前，防污膜材料的研究主要集中在以下两个方面。
3.1 关注全新膜材料的制备及应用价值
人们对全新的膜材料的调制和应用价值的关注越来越高，全新的膜材料主要是纳米纤维膜担持高分子复合膜、无机膜、有机-无机混合膜等。壳聚糖纳米纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料能够解决自身机械强度低的问题，以及电纺纳米纤维密集积累的问题。还研究了铬含水处理中的壳聚糖的应用。壳聚糖的沉积密度超过2g/m2，壳聚糖纤维层和基板便于层状化，壳聚糖纤维层容易发生皲裂。基于此，发现了基板的选择限制膜材料的性能，而且该新型膜材料对重金属离子具有良好的吸附效果，应关注其应用于饮用水处理。通过开发低成本高性能膜材料、制造有机-无机混合膜、膜的多样性和应用适应性、克服膜污染、改进膜调制技术，提高无机膜的性能，使其在实用的水处理项目中广泛使用。对于有机无机杂化膜的实际应用需要更紧密地结合有机及无机成分的方法、有机矩阵中的无机成分凝集的降低方法、以及复合膜的耐用年数的改善等都要进行考虑。同时，为了解决杂化粒子与聚合物之间的兼容性，改善杂化膜的分离性能和稳定性，将金属有机骨骼材料导入了这个领域。但是，目前关于mofs混合复合膜的研究限定于改善单一特性，如膨润电阻、甲醇电阻以及较少的应用研究。因此，今后的研究需要加强多功能有机无机混合复合膜的作用
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机理以及应用方面的研究。
3.2 完善改性膜材料的方法和性能
通过改性使得膜材料的污染得到一定的改善，是一种新的可行性的方法。相关人员对膜材料可改性的研究也在进行，有以下几个需要解决的问题。涂抹吸附的不稳定性，以及只能够对于进表面孔通道进行改变，而且化学改性使得自身的稳定性、热特性等受到影响。一些研究人员认为，膜材料改性研究在满足自身的物化性质的稳定的情况下还应该综合的考虑操作条件、介质类型等。研究表明，适量的GO对于膜的透水性能有很大的帮助，但是过量会使得膜的性能降低。可以看出，石墨烯的团聚使得共混法的发展受到影响。 在表面改性方面，一些人认为少数单层改性的效果是优于基于物理吸附等分子间相互作用力的，但是还缺少进一步的确认。该膜的抗污染机理没有得到进一步的确定，清洗方法不够明确对于膜的进一步应用有很大的影响。
4 结语
作为“21世纪的水处理技术”而广为人知的膜技术在净水方面有着广泛的应用前景。但是，大规模的应用程序还有一些时间。目前，膜处理工艺适用于小型净水厂。根据调查，当处理水的量小于20000m 3/d时，膜处理的成本比以往的处理过程低。在水处理中，膜技术的普及和应用不仅依赖于水处理产业的努力，也依赖于膜制造业的积极参与。这些膜是耐污染的，可以很容易的清洗。新膜的连续开发促进净水处理中的膜处理的更广泛的应用。
参考文献：
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