水处理过程中膜污染问题及其预处理技术研究进展

聂煜东，李金，张贤明

（1重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆400067；2重庆理工大学化学化工学院,重庆401320）

近年来，随着社会经济的发展，工业、生活用水需求及对应污水排放量快速增加，水资源短缺、水污染的问题日益成为我国乃至全球的关键性环境问题之一。据联合国统计，全球有超过7.48亿人由于水资源缺乏或水源污染问题，而无法获得清洁饮用水来源，甚至每年有340多万人因水卫生问题死亡[1]。因此，采用各类给水处理技术对水源进行处理，对于饮用水安全的保障十分必要。

水源水体中往往存在无机悬浮颗粒物、有机微污染物、重金属、有害微生物、藻类和各类天然有机物（NOM）等，其大部分能被混凝、沉淀等常规水处理技术去除，但对水体中微生物、微污染物及天然有机物等去除效果较差，导致水质不能达标，后续水处理过程成本增加。膜技术由于具有占地面积小、分离效率高、处理水质好、操作自动化等特点，近年来发展迅速，特别是包括微滤和超滤在内的低压膜技术，已成为水处理领域研究中的热点[2]。膜技术对微生物、有机物等去除效果较好，在给水处理技术中引入膜技术将能极大地缓解后续水处理压力。Sinclair 等[3]对微滤膜除微生物的效果进行了研究，结果表明重力驱动下阳离子改性的微滤膜能够去除99.9%的病毒颗粒。彭婷等[4]研究了超滤膜对微生物和有机物的去除效果，结果显示聚氯乙烯（PVC）超滤膜处理腐殖酸水样时，三级处理后化学需氧量（COD）、溶解性有机碳（DOC）去除率分别为60.94%、54.4%，细菌的截留率达到99.6%。然而，在使用过程中，随着膜污染的不断累积，膜对有机物、微生物等去除能力的逐步下降，将在很大程度上影响水质安全。同时，由于膜污染问题的存在，使得膜技术维护成本居高不下，阻碍了其进一步推广。膜污染是由膜表面及内部物质的积累和沉积引起，能造成膜孔径变小或堵塞，并进一步引起膜渗透通量下降及跨膜压力（TMP）增加，最终会显著降低水处理性能。因此，减缓膜污染不仅可提升膜技术的处理效率，还将进一步降低膜清洗等操作频率，从而节约成本。目前针对膜污染的减缓措施有混凝、吸附、氧化、介质过滤等预处理[5]、反冲洗[6]、膜改性[7]、优化分离工艺[8]、清洗[9]、微电场[10-11]、间歇膜操作[12]、硅藻土预涂层过滤[13]、振动膜组件[14]等处理工艺，其中预处理由于成本低、运行操作方便、控污能力强等优势而得到广泛应用。

膜过滤技术在净水处理中具有广泛的应用前景，了解其作用原理并明确各种膜技术过程中存在的问题有助于本领域的后续研究。膜污染是现阶段阻碍膜技术发展的最主要因素，因此解决膜污染这一问题具有重大意义。本文对膜过滤技术应用于水处理中的最大障碍膜污染问题及其预处理方法进行了综述，以期给致力于减缓膜污染的相关研究者提供理论指导。

1 膜污染的成因机理及处理措施

1.1 膜污染的主要影响因素

1.1.1 膜的物化性质

膜的物化性质主要体现在膜表面性质（如电负性、表面粗糙度、亲水性、表面张力等方面）、膜孔径及膜材料的化学组成上。一般情况下膜是带电的，污染物因此能被静电吸引至膜表面形成膜污染。Yuan 等[15]为了研究膜性质设计并合成了两种新型酰氯单体，并得出该新型酰氯膜具有良好的防污性能，且其表面粗糙度是改善膜污染性能的主要因素。有研究表明[16]超滤膜亲水性的提高能显著性提高膜的防污性能。Huang 等[17]制备了新型两性离子聚酰亚胺膜，与聚酰亚胺膜相比，该膜具有更高的孔隙率和湿润性，且膜表面从疏水性转变为了高度亲水性，水渗透性得到显著改善。Hou等[18]证明了在膜污染控制方面，大孔径膜的跨膜临界压力阈值低于小孔径膜。Tran等[19]研究表明增加膜表面能使其接近水表面张力的成分，也可以改善膜的防污性能。

1.1.2 水质条件

过膜水样的水质条件如离子强度、污染物类别、温度、pH、污染物浓度等影响着膜污染程度。王毅凡[20]通过QCM-D 平台监测不同Ca2+离子强度的两种多糖在聚偏二氟乙烯（PVDF）膜界面的微观吸附行为和吸附层结构特征，结果表明随着Ca2+离子强度的增加，葡聚糖（仅含羟基）引起的膜污染变得越来越严重。超滤膜的透水性随温度升高而增大，郜玉楠等[21]针对东北某水源地汛期后水质进行检测研究，证明了水温与膜污染之间存在一定关系。另外，有研究表明在相同pH 条件下强酸的酸化作用带来的膜污染问题比弱酸酸化作用带来的膜污染问题更为严重[22]。Wang等[23]表明由于水体中可溶性和胶体污垢剂中低分子量和中分子量（MW）组分的增加，极大地提高了膜孔堵塞率，造成膜污染。

1.1.3 过膜条件

膜分离技术的操作条件如过滤方式、操作压力以及膜表面的流速均影响着膜污染情况，其中膜表面的流速大小直接影响着膜的透水性。Metzger等[24]探究了4 种不同的过滤方式（松弛、反冲洗、混合和连续）产生相同通量（时间平均通量）对膜生物反应器膜污染的影响，发现膜污染很大程度取决于所施加的瞬时通量，而不是过滤方式本身。郝书云等[25]考察了PVC中空纤维膜在死端过滤、平行流过滤、垂直流过滤这3种过滤方式下处理不同溶液时的通量衰减规律，结果表明，错流过滤能提高流速并有效地减轻膜污染，增加膜的平衡通量。Ghaffour 等[26]证明了在低压和低交叉流速运行条件下能显著地减少了滤饼层，从而在不显著增加能耗的情况下，有助于减少膜污染。

总之，明确各种因素对膜污染的影响对于水处理技术后续膜法技术选择具有重要意义。

1.2 膜污染的形成机理

膜污染指的是溶液中的微生物、微粒、胶体或溶质大分子物质与膜发生物化、生物或机械作用，吸附或沉积在膜面或膜孔内，造成膜孔径变小或堵塞，进而导致膜透过性能、膜分离特性大幅度降低的现象[27]。膜污染的形成是一个比较复杂的过程,膜是否污染及污染程度取决于膜与污染物之间的相互作用。1936年，Hermans和Bredée[28]用滤饼过滤、中间堵塞、标准堵塞和完全堵塞这4种模型描述了膜污染机理，并在这4种孔隙堵塞模型的独立物理机制的假设下推导出了恒压堵塞过滤定律，而Gonsalves[29]对其推导中的所假设的物理机制提出了质疑，认为同样的规律也可以在介质中孔隙堵塞的不同物理机制的假设下推导出来，随后Grace[30]对这些定律进行了系统化研究。Hermia[31]在1982年又提出了中间阻塞定律的物理模型，其广泛应用于描述膜过滤过程中通量的下降（即结垢）。但Heidari等[32]采用经典的Hermia模型和组合孔隙堵塞模型对结垢机理进行了预测，所得实验数据与Hermia 模型不一致，这表明过滤过程中的膜污染并不单独遵循经典模型。

膜污染机理涉及到污染物与膜之间的物化、生物及机械作用，作用关系错综复杂，膜污染的机理至今尚未得到一个权威的解释，对膜污染的性质及程度也没有普遍的预测规律。通常，根据膜孔径（dproe）和污染物粒径（dpollutants）的相对大小，不同膜污染产生的机理可主要概括为以下3点[33]：①极化层中溶质的积累及逐渐不可逆的变化（滤饼层的形成dproe≥dpollutants）；②膜表面的吸附/沉积（膜孔堵塞dproe≤dpollutants）；③膜 内 的 吸 附/沉 积（膜吸附dproe≈dpollutants）。

膜污染机理见图1 所示[34]。其中，滤饼层形成普遍被认为是膜污染的最主要机理。而在实验中，则常通过对拟合污染模型确定主要的膜污染机理[35]。

1.3 膜污染的分类

在实际运行过程中，按照膜类型、膜污染可逆性、膜污染位置、污染物种类可将膜污染划分为不同类型。见表1所示，膜污染类型可根据膜类型分为微滤膜污染、超滤膜污染、纳滤膜污染、反渗透膜污染4类[36]。根据可逆性又可将膜污染分为可逆膜污染、不可逆膜污染[39]。基于污染产生的位置则可分为膜表面覆盖污染、膜内部堵塞污染[39]。按照膜污染种类又可分为颗粒物污染、有机污染、无机污染及微生物污染[41]。

精准区分各种类型的膜污染，有助于开发出针对性的处理措施，对于减缓膜污染有着重要意义。

1.4 减缓膜污染的主要措施及优劣势

膜技术用于水处理工艺的最大障碍就是膜污染，它的存在不仅会导致膜通量下降及跨膜压差的上升，增加膜处理过程中的能量消耗，还会导致频繁冲洗甚至换膜，提高了水处理成本，在节能减排以及经济高效的社会趋势下，膜污染严重地限制了膜技术在水处理领域的推广利用。因此，对膜污染进行有效防控进而减缓膜污染，有助于减少膜化学清洗频率、延长膜使用寿命，从而降低膜分离技术的运行成本。减缓膜污染对于推广膜分离技术十分重要，因此其逐渐成为了膜技术领域的研究热点。

图1 膜污染机理示意图

膜污染防治的关键在于完全抑制或最大程度减轻各种污染物在膜表面的沉积[43]。目前，常用的膜污染减缓措施有预处理、反冲洗、膜改性、优化分离工艺、清洗等。在反冲洗过程中，跨膜压力（TMP）是反向的，产生的渗透液则被用来冲洗掉积累的污垢，有效的反冲洗可减少化学清洗的频率，并延长膜使用寿命，但反冲洗对滤膜的性能要求较高，而且不必要的反冲洗既浪费渗透时间，也浪费过滤时间，降低了过滤系统的整体能力，这限制了其在饮用水处理领域的应用[44]。膜改性具有清洁、廉价、节能等优点，是解决膜污染的有效方法之一，由于膜技术中使用的膜材质大多是疏水性的，而亲水表面能够减少蛋白质的吸附并有效地提高膜的抗污染性能，因此，需要对膜表面进行亲疏水改性。气相诱导分离法[45]、热诱导相分离法[46]、添加表面吸附剂[47]等方法均被证明能很好地制备亲水性膜材料。导电膜、催化膜等改性膜分别是由导电聚合物或粒子与传统聚合物混合以及向膜加入催化剂制备而成，导电膜直接作为电极进行电化学反应实现污染物的降低或去除，催化膜则是通过非均相类芬顿反应来降解污染物，两类膜均可通过催化的方式去除水中有机污染物，缓解膜污染[48-49]。然而，导电聚合物难以加工成型，且制成膜的通量及导电性往往不够理想[50]，催化膜则存在能耗高、成本高、催化剂容易失活等问题。此外，接枝聚合是最有前途的膜表面改性方法之一，可通过等离子体或紫外线辐射处理来实现，但长时间紫外线照射会对表面造成损伤，而等离子体处理是真空处理，成本高，且自由基主要产生在外表面，目前所有的接枝法都不能很容易地修饰孔的内壁，不适用于工业应用[51]。另外，膜表面改性可能会影响膜材料原本属性（降低膜孔径及机械强度等），同时膜改性的持久性也是亟待解决问题之一[52]。优化分离工艺是采用进一步的处理工艺来提高膜技术对污垢物质的去除率。Yang 等[8]以碳纳米管（CNT）为膜材料，通过桥接多孔碳（PC），成功开发了一种中空纤维膜与电芬顿功能相结合的新工艺，结果表明PC-CNT中空不纤维膜经同步过滤和电芬顿处理后具有良好的稳定性，在膜过滤系统中具有提高出水水质和治理膜污染的巨大潜力，但是组合新工艺的复杂性及经济性却制约了优化分离工艺的进一步应用；清洗工艺用于正渗透膜污染控制，膜在长时间的运行作用下会受到不同程度的污染，合理的清洗工艺能够有效去除膜污染，迅速恢复膜通量，延长膜寿命。然而，物理清洗难以去除不可逆膜污染，化学清洗则会降低膜运行的稳定性，且当投加化学药剂浓度过大时，不仅会损伤超滤膜，排放出的清洗废液还会造成二次污染[53]。膜污染预处理作为控制膜污染的一项重要措施，可以改变原料液的物理、化学、生物性质，最大限度地降低原料液对膜组件的污染程度，且成本低廉、运行操作方便、不会破坏膜材料，是目前膜技术中应用最为广泛的膜污染防治方法。

表1 膜污染类型

2 膜污染预处理技术

为了减缓膜污染，水中污染物应当在到达膜之前被去除，即预处理。预处理技术是提升膜处理技术效能、缓解膜污染的有效方法，通过膜前预处理可以有效地去除水体中的污染物，从而降低膜污染的形成速率，使出水水质更佳、过膜压力上升更慢。当前，膜前预处理[54]领域相关研究受到广泛关注，主要研究方向包括混凝、吸附、氧化、化学沉淀、电化学、生物预处理及其组合工艺等，其优缺点汇总见表2。

根据孔径膜过滤技术可分为四类，即微滤（MF）、 超 滤（UF）、 纳 滤（NF） 及 反 渗 透（RO）[36]。这四类膜过滤技术均可通过表2 中所述不同手段进行预处理，但其匹配度各有侧重。其中，UF 常与混凝、氧化、吸附等预处理技术相结合，以提高整体性能[61]；吸附预处理与MF 较为匹配，获得了一定关注[55-57]；化学沉淀预处理在所有预处理中被认为最适合NF[59,63]；由于RO 对预处理要求较高，单一的预处理技术往往不能满足需求，因此研究人员更倾向于通过组合不同工艺来进行膜前预处理[67-69]。

2.1 混凝预处理

混凝是目前水处理中常规的净水方法，由于混凝运行成本低且工艺简单、去除水中颗粒物及有机物能力强，通常将膜过滤技术与混凝技术相结合，这已成为控制膜污染最常用的预处理方法之一。混凝通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥以及网捕卷扫作用，使水体中的污染物聚集成较大的颗粒，从而有利后续污染物的脱稳沉淀和过滤去除[89]，进而有效地减缓膜前颗粒物及有机物的积累，降低膜污染对水质净化的影响。混凝效率直接决定着后续膜过滤工艺的运行状况、出水质量与工艺成本。因此，提高混凝效率对于减缓膜污染、提升出水水质有重要意义。

表2 不同膜前预处理技术的对比

混凝预处理是当前水处理工艺中应用最广的膜污染预处理技术，吸引了大量研究者关注。研究表明，当前的一些新型混凝预处理技术，不仅能有效去除水中颗粒物，增大絮体物粒径[70-71]，还能去除地表水中的有机污染物[90]，从而提高膜渗透通量，减缓膜污染；进一步，助凝剂的加入能够强化混凝预处理，提高混凝剂性能，并明显降低混凝-超滤（C-UF）过程中产生的膜污染情况[91]。混凝预处理改善膜污染程度与混凝剂种类及其投加量有关，Su等[92]研究了ZrOCl2的混凝行为及其对膜污染的影响，并与传统混凝剂Al2(SO4)3和聚合氯化铝（PAC）进行了比较，结果表明ZrOCl2混凝剂对膜污染的控制效果优于Al2(SO4)3、PAC；Hankins 等[93]表明，不完全混凝会对超滤膜性能造成不利影响，过量投加混凝剂反而会加剧膜污染，难以用常规方法进行清洗。值得重视的是，混凝技术具有选择性，主要使带负电的疏水高分子有机物及胶体形成絮体，而对亲水性有机物能力有限，因此残留的亲水性有机物仍会吸附在膜表面和膜孔内，对膜造成或多或少的污染[72]，并且经混凝后可能会产生化学污泥，形成二次污染，增加处理成本[73]。

2.2 吸附预处理

吸附预处理是利用具有高分散性或大孔隙率且有较大比表面积的吸附剂吸附水体中溶解性有机物，再通过滤膜截留吸附剂颗粒，从而去除水中有机物，达到缓解膜污染作用的方法。

吸附是降低滤膜有机污染的主要措施之一。目前，常用于膜污染预处理的吸附材料有粉末活性炭（powdered activated carbon，PAC）[94]、树脂[77]、热化氧化铝颗粒（heated aluminum oxide particles，HAOPs）[95]、氧化铁纳米颗粒[96]、二氧化硅颗粒和聚砜胶体[97]等，其中PAC 因其具有发达的空隙结构、良好的吸附性能，是吸附剂的典型代表之一。PAC对难以用混凝和超滤操作去除的低分子有机污染物的去除率高，Li 等[74]研究了腐殖酸分子量（MW）对膜污染的影响，结果表明低分子量有机物能被有效吸附清除，不会进入膜孔造成膜污染。PAC预处理同样被证实对消毒副产物具有良好去除效果[98]。此外，亚微米粉末活性炭（SSPAC）具有较高的生物大分子选择性吸附能力，将其预涂于膜表面上几乎可以完全防止微生物胞外有机物造成的跨膜压力（TMP）升高[57]。但是，由于膜的疏水性及原水特性的不同，也有大量实验得出PAC 会加重膜污染，或对膜通量没有影响[75,99-100]。总之，PAC作为膜技术预处理仍然值得深入研究。吸附剂虽能强化有机物的去除，减缓超滤膜的污染速率，但吸附预处理需要设置单独的吸附处理单元，存在占地面积大、基建投资费用高等问题[76]。

2.3 氧化预处理

膜前氧化是采用臭氧、H2O2/UV、高锰酸盐、液氯等氧化剂对有机污染物进行矿化降解，或改变有机物结构和性质（如电荷密度、亲疏水性、分子量大小等），从而减缓膜污染形成[77]的预处理方法。目前，臭氧是研究最多的氧化剂，具有超强的氧化能力，它不仅可以氧化大多数有机和无机物，还能有效地去除水体中的颜色及悬浮固体和微生物，被广泛用于冷却系统、混凝过程和其他水处理过程中[78]。然而，臭氧化可能会产生消毒副产品，需要额外的设施[101]，并且关于臭氧在膜污染方面的应用，一些学者有着不同的结论。Wang 等[102]探讨了臭氧预处理对亲水性再生纤维素（RC）和疏水性聚醚砜（PES）超滤膜二次废水中有机物造成膜污染的影响，结果表明臭氧预氧化可以有效地减缓膜污染，且在臭氧剂量增大的情况下，亲水RC 膜比疏水PES膜具有更好地降低膜污染的效果。而Zhu等[103]研究结果表明，当臭氧与陶瓷膜联用处理含有大量有机物和细菌的二次出水时，臭氧使水中的微生物氧化致死而释放大量胞内有机物，导致膜污染情况更严重。另外，有研究表明原位臭氧化在消除高分子量有机物方面效果有限，同时，臭氧化过程中产生了一定量的溴酸盐和致癌消毒副产物N-二甲基亚硝胺（NDMA）[104]。而对于其他氧化剂，Qu 等[105]以实验室培养的铜绿微囊藻为实验对象，研究了高锰酸盐[高锰酸钾（KMnO4）和二氧化锰（MnO2）]预氧化对微囊藻细胞超滤膜污染的影响。结果表明，与KMnO4氧化相比，由于细胞的聚集增强和释放的胞外有机物（EOM）的吸附，原位形成的MnO2颗粒在缓解微囊藻细胞的通量下降和不可逆污染方面表现出更强的能力，但高锰酸盐将增加污水中残余锰浓度升高的风险[101]。H2O2/UV 氧化预处理，也可以减缓膜污染引起的通量下降，提高膜的清洁度[106]。此外，过硫酸盐预氧化及光催化氧化、电催化氧化等近年来较为热门的高级氧化技术，也逐渐被用于膜前预处理以减轻膜污染[107-109]。然而，由于膜技术中使用的有机膜抗氧化性比较弱，残留的氧化剂可能会破坏膜材料，因此氧化预处理更利于与抗氧化性强的无机陶瓷膜联用[79]。

2.4 化学沉淀预处理

化学沉淀法是一种通过投加化学药剂，使水中可能造成膜污染的溶解态物质转化为难溶物质而析出的预处理方法。Amaral等[59]将化学沉淀法作为微滤-纳滤（MF-NF）预处理工艺用于处理稳定的垃圾渗滤液，该工艺被证明能够有效去除废液中的有机物和无机物，且结果表明沉淀作为微滤的预处理能保证低膜污染。Cao 等[62]使用Ruth滤饼过滤理论分析了Ca2+在藻酸盐溶液中形成悬浮液的过滤过程中的通量下降，结果表明Ca2+的加入降低了膜污染。另外，研究者利用混合沉淀-纳滤法对工业磷酸废水进行磷的回收和重金属的去除，得到了良好的净化和回收效率[64]。可以看出化学沉淀预处理可以有效地缓解膜污染，且该方法具有投入成本低、操作简便等优点，但其仍存在处理效率不高、经过处理之后的溶液可能会对环境造成二次污染等问题[80]。

2.5 电化学预处理

电化学法指水中的难降解有机污染物在电极上发生直接电化学反应，或间接电化学反应从而实现污染物的降低或去除[81]的方法。电化学法工艺灵活，可作为预处理，也可与其他处理技术相结合，如电絮凝、电沉积、电氧化、电消毒、电芬顿、电浮选、电吸附等；具有较强的可控性及反应灵活性，且不需要引入其他物质，电极反应物质主要是电子，能有效防止二次污染的发生。因此，电化学法是一种环境友好型预处理方法[82]。

由于大量膜污染物（活性污泥颗粒、胞外聚合物质和可溶性微生物产物等）带负电，利用施加外部电场则可增加污染物与膜之间的静电斥力，防止膜污染物在膜上的沉积或吸附，从而减缓膜污染[110]。Jiang 等[111]证明了电场的引入不仅能提高苯酚降解速率还能减少膜表面的生物膜形成属（假单胞菌等），提高膜的防污性能。Ma等[112]将电化学与膜分离相结合，采用交叉流过滤系统运行的电活化膜研究膜污染情况，结果表明，在电化学辅助下，电活性PES膜的防污性能有所提高。此外，低电场也能有效地缓解各种污垢（牛血清蛋白BSA、海藻酸钠SA、酵母和乳化油）的混合对膜的污染。另外，有研究表明外加电场的引入对横截超滤过程中合成果汁的澄清同样有促进作用[113]。但是，由于阴极放置在膜的周围或附近，导致膜不能有效利用电斥力，这降低了电催化效率，从而影响了膜的防污性能，且阳极在直流电场中易腐蚀，导致工艺能耗过大、成本上升，阻碍了该技术在更大商业规模上的实践[83-85]。

2.6 生物预处理

生物预处理是通过膜前培养微生物，利用微生物的新陈代谢活动（生物降解、吸附、氧化、生物絮凝等）及生物填料间的拦截、吸附作用去除原水中氨氮、异臭、有机微污染物等，提高出水水质，降低进水有机物负荷的预处理方法。该方法不仅能代替预氯化工艺，大幅度降低消毒副产物三卤甲烷（THMs）的生成，还能提高原水中“三致”前体物质的去除率[86]，且相比于其他预处理技术，更绿色低碳，是一种低成本、可持续预处理技术[88]，但不适宜于工业废水处理。

生物膜法是饮用水生物预处理中最常见的方法，附着生长在填料表面的好氧生物膜能够吸收水中的有机物、氮磷等营养物质，给好氧菌提供良好的生长繁殖条件用其进行新陈代谢，从而达到净化水质、缓解膜污染的作用[114]。而生物膜法主要形式为生物滤池，是一种很有前途的无化学物替代混凝预处理方法，特别适合小型或远程系统[115]，但填料间水流缓慢，水力冲刷小，且填料价格较贵，再加上填料的支承结构费用，投入成本较高[116]。Pramanik 等[117]采用纳滤（NF）中试工艺结合生物接触氧化法和超滤（UF）处理高硬度水源，结果表明，该工艺对常规及特征污染物均有良好的去除效果，且在过滤高硬度水时，纳滤膜表面无明显污垢增加[65]。曝气生物滤池、砂滤技术被证明能有效去除或分解原水中的高分子量有机物，在降低有机和生物过滤电位成分、提高湖泊水超滤通量方面具有很大潜力。另外，曝气生物滤池生物膜在较低有机物浓度下保持较多的生物量，已逐渐成为对微污染水源进行生物预处理的有效手段之一，但由于微污染水源中贝类等水生植物及大量藻类的繁殖，氨氮和有机物浓度呈季节性大幅度变化，容易堵塞滤头和曝气头等，因而需选择对污染物浓度变化适应性强的工艺[87]。

2.7 组合工艺

单一预处理有时难以达到控制膜污染的效果，为了进一步提高膜技术处理效率，最大限度发挥各个预处理方法的优点，更好地缓解膜污染，常常将一些预处理进行组合。

预氧化能够作为强化混凝的方法，有研究表明高锰酸钾-混凝-超滤混合工艺比直接混凝膜过滤时的强吸附阻力降低了0.15×1010m-1，组合工艺有助于减少不可恢复污染，增加膜通量，延长膜使用寿命[63]。为了减轻结垢，研究者将脉冲紫外线辐射与混凝技术相结合，并证明了该技术在控制膜污染中具有潜在的优越性[118]。Yu 等[119]证明了在反冲洗过程中（混凝预处理后）向膜槽中间歇添加H2O2，能够抑制膜槽中细菌生长，并降低与之相关的可溶性微生物产物浓度，使疏水性PVDF膜孔对有机物的吸附减少成功地阻止了膜继续污染。Deng等[60]研究者开发了一种新型P-SMF 工艺（以聚合氯化铝的预絮凝及海绵块为生物质载体的膜过滤）用于处理饮用水，结果表明与常规MF（CMF）和P-MF进行混凝后的膜过滤相比，P-SMF 能更好地去除水体中UV254和溶解有机碳，能更有效地缓解膜污染。另外，集成电凝纳滤工艺（EC-NF）也被证明有效[66]。但Chiang等[120]采用臭氧预氧化与强化混凝相结合的方法去除太湖水中的污染物时发现无论是否经过预臭氧化处理的混凝，对NOM 亲水性部分的去除影响均不明显，且有研究表明高投加量的臭氧会抑制有机物与混凝剂间的吸附作用力，从而影响絮体形成[121]，这意味着预处理组合工艺在实际操作中仍可能对膜污染产生不良影响，因此，当采用组合工艺时应确保各个预处理之间不会产生不利影响。

3 结语与展望

膜前预处理领域作为控制膜污染的一项重要措施存在着巨大的研究空间，且值得深入思考：混凝预处理对亲水性有机物处理能力有限，对膜仍会造成或多或少的污染；吸附预处理需要设置单独的吸附处理单元，运行成本高；氧化预处理中残留的氧化剂会破坏膜材料且加重水中有机物的亲水性；化学沉淀预处理可能会对环境造成二次污染；电化学预处理的电催化效率及电极材料的耗费问题；生物预处理过程中较高的填料费用及堵塞滤头；组合工艺中各个预处理间的不确定性等问题。因此，强化和开发膜前预处理技术、降低运行成本、提高出水水质，是缓解膜污染的重要研究方向，将会成为未来水处理技术的热点问题。