纳滤膜技术在废水深度处理中的膜污染及控制研究进展

常规拉曼光谱法适于对清洁膜表面特性进行分析，但是对膜表面的污染物质分析灵敏度较差，而表面增强拉曼光谱法可以快速、方便地对污染膜表面进行原位分析，因此Lamsal等采用表面增强拉曼光谱法对纳滤膜处理饮用水的膜污染进行了分析(Lamsaletal.，2012).

李建新等采用超声时域反射法在线监测纳滤膜的生物污染，利用超声信号的变化来指示膜污染的变化(李建新，2007).Bass等研究了一种基于ATR⁃FTIR技术获得膜表面覆盖层厚度的方法，根据已知膜表层的光学常数(折射率、消光系数)，便可估算出覆盖层的厚度，利用该方法可以计算膜表面污染层的厚度(BassandFrege，2015).

开发新型可靠的膜污染分析方法，尤其是多种物质共同作用的膜污染机制研究方法，是纳滤膜污染研究需要解决的难题之一.

3.3膜污染模型及预测

膜污染的数学模型可以分为3种：1是从膜的结构、特征出发描述污染现象的模型，如膜孔堵塞模型、沉积层阻力模型等;2是指数经验模型;3是计算机软件开发模型，如神经网络模型和计算流体力学模型等(陈安稳等，2012).常用膜污染模型如表4所示.

Picioreanu等(2009)利用计算流体力学(CFD)模型将流体动力学、溶质迁移以及膜表面生物膜形成进行模拟计算，结果表明膜表面生物量的累积严重影响了进水流道的压力降、液体流速分布及液体停留时间，该研究结果可进一步为膜系统的设计及运行提供指导;Zhao等(2013)利用密度泛函理论(Densityfunctiontheory，DFT)对纳滤去除全氟辛烷磺酸(Perfluorooctanesulfonate，PFOS)过程中的PFOS和Ca2+的络合情况进行了计算，可以为Ca2+存在情况下的膜污染研究提供借鉴;Song等(2013)在采用纳滤膜技术软化海水的研究过程中，根据溶液电解质理论，通过计算膜表面的过饱和指数(SI)，对膜表面的结垢趋势进行了成功预测;Joss等(2011)采用Phreeqc软件计算MBR⁃NF工艺处理城市污水过程中的SI值，从而对膜的无机污染形成进行探讨.

近年来，基于介观尺度的耗散粒子动力学(Dissipativeparticledynamics，DPD)模拟方法，作为联系宏、微观模拟的纽带，在研究软物质流动及形态结构的工作中起到了很大作用，该方法可以用来研究两亲分子在溶液中自发形成聚集体的条件和动力学过程，由此推测其可以应用于污染物的相互作用及膜污染的形成过程研究中(Fengetal.，2012)，但目前尚未见有此类方法用于纳滤膜污染研究的报道.开发纳滤膜处理废水过程中的计算机模拟技术，从而实现对不同废水纳滤膜污染的分析及预测，是今后研究纳滤膜污染问题的重点方向之一.

4纳滤膜技术在废水深度处理中的膜污染调控方法

纳滤膜污染调控主要包括进水预处理、膜污染清洗2个方面.

4.1进水预处理

如前所述，进水水质与膜污染有着密切关系.在纳滤膜处理废水过程中，采取有效的进水预处理方法可以减缓膜污染，延长膜的使用周期.文献中常用的进水预处理方法及效果如表5所示.

其中，超滤可以去除造成膜污染的胶体和分子量大于10kDa的高分子物质，在纳滤预处理中应用最多，但其本身也存在膜污染问题(GozalvezZafrillaetal.，2008);混凝虽然可有效去除进水中的胶体及有机物等，但由于混凝剂通常为铁系、铝系的聚合物，其残留会对纳滤膜造成污染，因此需要在有效去除有机物的前提下尽量降低混凝剂的投加量以减缓纳滤膜的污染过程(GozalvezZafrillaetal.，2008).臭氧预处理对膜污染既有积极作用又有消极作用.

一方面，在臭氧预处理中，与膜表面吸附力高的功能团被吸附力低的功能团取代，使污染膜较易清洗;另一方面，由于小分子有机物质容易造成膜孔堵塞，所以更易造成膜污染(Wangetal.，2010).

此外，多种预处理方法的联用是控制膜污染的有效方法，张泉等(2014)指出，混凝与超滤、生物活性炭联用能够提高有机物、氨氮的去除效果，并能降低膜阻力，延长纳滤膜有效运行周期.

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