李偉英， 許　晨， 張駿鵬， 馬　騰

(1. 同濟大學 環(huán)境科學與工程學院，上海 200092；2.同濟大學 長江水環(huán)境教育部重點實驗室，上海 200092；3. 上海三益佳柏資產管理有限公司，上海 200050)

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預處理工藝控制膜污染試驗及其機理分析

李偉英1,2， 許晨1， 張駿鵬1,2， 馬騰3

(1. 同濟大學 環(huán)境科學與工程學院，上海 200092；2.同濟大學 長江水環(huán)境教育部重點實驗室，上海 200092；3. 上海三益佳柏資產管理有限公司，上海 200050)

摘要：探討了3種不同預處理技術對延緩超濾膜污染的作用.試驗表明，前臭氧+在線混凝+超濾(工藝1)、前臭氧+超濾(工藝2)、前臭氧+預氯化+超濾(工藝3)3種工藝超濾膜過濾的臨界通量分別為86.5,59.8,68.1 L·(m2·h)-1.其中工藝1臨界通量最大，且其穩(wěn)定運行的時間最長(約190 h)，能夠在一定程度上控制膜污染，這主要是因為水中的有機污染物質通過“礬花”被吸附到膠體類顆粒物上，通過膜篩分截留，減緩了有機污染物質與膜表面的接觸與相互作用.控制、緩解膜污染方面，工藝3效果最好，其原因是在NaClO作用下有機物分子特征改變，一方面降低膜的通量負荷，改變其親疏水性，另一方面NaClO使得濾餅層的電負性增大，過濾截留物和溶解性有機物較易在水力沖洗中被沖掉，跨膜壓差得到很好恢復.通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，超濾膜表面附著一層濾餅層，濾餅層較疏松，而膜孔已被污染物堵塞；紅外光譜研究發(fā)現(xiàn)，超濾膜經過氧化預處理和化學清洗，膜表面的某些基團被氧化，膜表面特性被改變.

關鍵詞：超濾； 在線混凝； 氧化； 膜污染

超濾技術在飲用水處理中被廣泛應用，與納濾、反滲透等工藝相比,超濾工藝具有壓力要求低、成本低等特點[1].膜污染是超濾膜運行中普遍存在的現(xiàn)象，其影響因素很多，如膜自身特征(材料、親疏水性、構造)、膜操作條件(膜通量、運行壓力、沖洗頻率和方法等)以及待處理水水質特點等.膜污染不僅使得膜過濾通量減小，且需要對膜組件進行頻繁的水力與化學清洗，縮短了膜組件使用壽命，增加了運行成本.研究表明,造成膜污染的主要物質是有機污染物，膜污染的現(xiàn)象主要分為膜孔堵塞、膜孔窄化和濾餅層的形成[2].

混凝是常規(guī)工藝中用于去除水中有機污染物質的主要水處理單元，化學混凝不僅可以通過吸附電中和、壓縮雙電層、網捕卷掃等機理提高對膠體與有機物的去除效果，減輕后續(xù)膜工藝的污染負荷，還可通過促使膠體和溶解性有機物凝結成大于膜孔徑顆粒物覆蓋于膜表面，從而通過改變?yōu)V餅層結構，降低濾餅阻力，提高反沖洗效率來降低膜污染[3].強氧化劑如臭氧(O3)、雙氧水(H2O2)、UV/H2O2等能夠改變有機物分子結構，將大分子有機物氧化成小分子有機物甚至完全礦化.除此之外，氧化劑還具有殺菌作用，從而延緩膜生物污染[4-5].因此，預處理成為延緩膜污染，降低化學清洗頻率方法之一[6-8].目前，通常選用混凝、活性炭及其組合工藝作為膜過濾的預處理[9-11]，以提高膜對水中有機污染物去除效率，減緩膜污染.

Lai等[12]通過超濾膜小試試驗研究發(fā)現(xiàn)，鋁鹽混凝劑能夠有效減緩膜污染.Li等[13]采用小試裝置，對比吸附樹脂和活性炭預處理對超濾膜污染的控制，發(fā)現(xiàn)吸附樹脂能有效去除腐殖酸和牛血清蛋白，減輕膜污染.Qi等[14]通過小試試驗研究發(fā)現(xiàn)，利用粉末活性炭和明礬污泥進行預處理，在短期和長期均能夠有效減緩膜污染，提高膜通量.Kim等[15]研究了臭氧投加量和水力條件對于臭氧-超濾組合工藝處理天然水體，研究證明，采用較高錯流速率和較低的跨膜壓差時，膜通量升高的同時表現(xiàn)出了更低的膜污染.Wang等[16]研究發(fā)現(xiàn)，低投加量的臭氧預氧化可以改變出水有機物的尺寸分布，并對膜污染造成影響.

目前，超濾膜的預處理技術仍以混凝預處理和氧化預處理等技術為主流，且對預處理工藝控制膜污染的研究多集中于小試試驗，其結果應用于實際工藝還需要進一步驗證.本文通過對氧化預處理(臭氧氧化和氯氧化)、在線混凝(硫酸鋁及復配混凝劑)與超濾膜組合處理工藝的中試試驗研究，通過掃描電鏡、紅外光譜等方法，揭示膜污染特性與形成機理，提出以膜過濾為核心的最佳預處理工藝及其運行參數.

1材料與方法

1.1原水及各工藝水水質

中試試驗于我國南方某城市給水處理廠進行，水源水為太湖地表水，試驗期間原水及各處理工藝單元出水水質參數(5年平均值)如表1所示.

表1　原水及各工藝水水質

1.2膜組件及工藝流程

中試超濾膜試驗裝置見圖1.膜組件為改性聚氯乙烯(PVC)中空纖維超濾膜，膜絲內外徑分別為1.00和1.65 mm，數量為11 000根，有效膜面積為40 m2，設計產水量為2.4～6.4 m3·h-1，超濾膜特征參數如表2所示.中試裝置的水泵及閥門啟動、流量、壓力和溫度等數據采集、過濾及水力清洗周期控制等由PLC(programmable logic controller)控制自動完成，維護性化學清洗和徹底化學清洗需人工手動操作.

表2　超濾膜參數

1.3試驗方法

試驗采用3種工藝，工藝1為前臭氧+在線混凝+超濾，工藝2為前臭氧+超濾，工藝3為前臭氧+預氯化+超濾.

表3為3個超濾組合工藝的預處理方式及加氯方式對比.

2結果與討論

2.1不同預處理工藝超濾膜出水水質對比

工藝1、工藝2和工藝3的出水水質如圖2～5所示.

圖1　中試試驗裝置圖

工藝水溫/°C混凝/沉淀混凝劑膜通量/(L·(m2·h)-1)反洗間隔/h膜濾時間/min加氯方式加氯量/(mg·L-1)工藝16.5～18.5折板絮凝硫酸鋁62.50.530無工藝210.8～27.262.50.530無工藝321.2～29.262.50.530過濾加氯1

注: 原水取自太湖金墅水源地.

a 工藝1

b 工藝2

c 工藝3

a 工藝1

b 工藝2

c 工藝3

圖3不同工藝對的UV254的處理效果

Fig.3Removal of UV254by different processes

a 工藝1

b 工藝2

c 工藝3

a 工藝1

b 工藝2

c 工藝3

由圖2～5可知，組合工藝1對于渾濁度、UV254、DOC的去除率分別達到了99.0%，37.9%，28.1%；工藝2對于渾濁度、UV254、DOC的去除率分別為99.0%，25.2%，17.8 %；工藝3對渾濁度、UV254、DOC的去除率分別為99.0%，33.0%，23.1%.

3個組合工藝對于渾濁度的去除率都較高，均達到了98%以上，超濾出水渾濁度均在0.25 NTU以下，體現(xiàn)了超濾在去除顆粒物方面的優(yōu)越性.3種工藝對UV254的去除率分別為37.9%，25.2%，33.0%，其中超濾膜對UV254的去除率為8.8%，5.7%，7.8%.3種工藝對DOC的去除率分別為28.1%，17.8 %，23.1%，效果相差不大，且其中超濾對于DOC的去除均在9.0%左右.超濾膜對水中有機物去除機理包括體積排阻、吸附到膜表面上或濾餅、凝膠層中顆粒物上，或由于不可逆污染引起膜孔收縮而產生的篩分作用或疏水化作用，因此其對有機物的去除能力有限.UV254是衡量水中有機物指標的一項重要參數，通常用來表征水中含有雙鍵或苯環(huán)的一類疏水性且呈負電性的有機物.大量的研究表明，UV254與水體中的消毒副產物前體物濃度具有明顯的相關性，UV254指標的降低在某種程度上反映了消毒副產物前體物濃度的降低.溶解性有機碳(DOC)表征水中溶解性有機物含量的一個替代參數,它不僅是水中消毒副產物主要前驅物，而且DOC 中的可生物降解組分(BDOC)可為微生物生長提供養(yǎng)料.因此，若出廠水中DOC 含量過高，會增加管網生物穩(wěn)定性風險[17].

工藝1對于UV254和DOC的去除率較其他兩種工藝高.由于超濾膜膜孔徑較大，試驗用超濾膜截留分子量為50 000 Da，因此單純的超濾對有機物的去除效果有限，而采用在線混凝預處理，投加混凝劑一方面能降低水中膠體顆粒表面ξ 電位，影響水中溶解性有機物(如腐殖酸、蛋白質等)的親水性能，另一方面能增大有機物膠體的粒徑，形成的細小礬花尺寸遠大于超濾膜孔徑，使其易于被超濾膜分離去除，從而提高聯(lián)用工藝對有機物的去除效果[6].工藝3對UV254的去除效果較工藝2有了一定提高.原水UV254平均值為0.066 cm-1，經過直接超濾后UV254降為0.051 cm-1，平均去除率為25.2%，在進行膜前加氯后，經過超濾膜后UV254為0.046 cm-1，去除率提高到33.0%.原因可能是次氯酸鈉對UV254所表征一些如木質素、腐殖質和一些芳香族化合物(苯的衍生物)中的部分小分子有機物起到了一定氧化去除作用[5].超濾膜對DOC 的去除效果有限，其原因可能是水中的有機物以親水性低分子量為主，而試驗用PVC 合金膜截留分子量為50 000 Da，因此很難通過物理截留作用將其去除，且合金膜為親水性膜，親水類有機物不容易沉積在膜表面或吸附到膜孔內，因此超濾膜對其去除效果有限[18].

2.2不同預處理工藝下超濾膜的跨膜壓差對比

在水溫25 ℃的情況下運行超濾膜處理裝置，其過濾周期是30 min，采用正沖15 s，上反沖20 s，下反沖20 s，再正沖15 s的物理清洗方式.待跨膜壓差上升至0.08 MPa時停止設備的運行，進行化學清洗.

工藝1、工藝2以及工藝3的跨膜壓差(TMP)對比情況如圖6所示.結果表明：工藝1在運行190 h后，跨膜壓差由0.021 MPa上升至0.04 MPa；而工藝2在運行60 h后跨膜壓差就由0.033 MPa上升至0.078 MPa；工藝3在運行前期跨膜壓差有所上升，20 h后回落直至平穩(wěn),運行在0.037 MPa左右.3種工藝在運行過程中的膜污染情況差別較大，對比3種工藝發(fā)現(xiàn)，臭氧+在線混凝和臭氧+預氯化組合工藝的預處理能更有效地減緩膜污染，其中工藝3減緩超濾膜污染效果明顯，而工藝2對延緩膜污染的效果不佳.

圖6　不同組合工藝的跨膜壓差變化

2.3超濾膜清洗及通量恢復

選取工藝1中的一段運行狀況(324.5 h—328.0 h)作為對象，研究膜污染情況.

從圖7中可以看出，在30 min的過濾后，水力清洗可以使膜的性能恢復至前一周期的98%，可見水力清洗可以清除大部分的污染.這是因為混凝后水中出現(xiàn)礬花，經過超濾膜在其表面形成較疏松的濾餅層，經水力反沖洗可被較好去除，沖洗水的橫向剪切力減緩了有機污染物在膜表面的吸附與沉積，從而減小了跨膜壓差.

圖7　膜運行中的跨膜壓差情況

當工藝1運行的跨膜壓差達到0.08 MPa后，停止超濾膜運行(第一階段)，用次氯酸鈉浸泡30 min后用超純水沖洗超濾膜，待清洗完畢后記錄跨膜壓差；之后運行超濾膜(第二階段)，當跨膜壓差達到0.08 MPa后停止超濾膜運行，先用次氯酸鈉浸泡30 min，然后用檸檬酸浸泡30 min，之后超純水沖洗超濾膜，記錄跨膜壓差.

如圖8所示,工藝1在第一階段運行結束后用次氯酸鈉浸泡，跨膜壓差恢復率為84%；第二階段運行結束后先用次氯酸鈉浸泡，再用檸檬酸浸泡，跨膜壓差恢復率為91%，恢復效果較為明顯.第一階段經次氯酸鈉浸泡后，在90 h的時間內跨膜壓差由0.03 MPa上升至0.07 MPa，第二階段運行結束后先用次氯酸鈉浸泡，再用檸檬酸浸泡，在100 h的時間內跨膜壓差由0.033 MPa上升至0.055 MPa，說明先用次氯酸鈉浸泡，再用檸檬酸浸泡可以有效去除膜的不可逆污染.這是因為混凝水中含有金屬離子，它與有機物和膜表面基團形成晶體，導致污染物中含有較多的金屬離子污染，檸檬酸可以破壞晶體中的化學鍵和離子鍵，使離子溶于酸液之中，從而消除金屬污染.與之相反，次氯酸鈉易與鋁離子形成金屬鍵或者形成螯合物沉積在膜表面，反而不利于化學清洗[19].

圖8　工藝1化學清洗后運行狀況

2.4預處理工藝臨界通量分析

中試臨界通量的確定采用恒通量法：先將膜通量Q維持50 L·(m2·h)-1運行30 min，然后對膜組件進行一個循環(huán)水力清洗，依次維持膜通量為55.0，62.5，70.0，75.0，82.5，87.5，95.0，100.0 L·(m2·h)-1,分別運行30 min，每一工況結束后進行水力沖洗，記錄每一工況開始的跨膜壓差與結束時的跨膜壓差以及工況內每3 min的跨膜壓差值，然后將每一工況平均跨膜壓差對膜通量做圖，通過最小二乘法擬合，兩條直線的交點即為膜臨界通量.

試驗期間分別對工藝1、工藝2和工藝3的臨界通量進行測定，試驗結果如圖9所示.各工藝的臨界通量值分別為86.5，59.8，68.1 L·(m2·h)-1.

a 工藝1

b 工藝2

c 工藝3

臨界通量對膜污染有非常重要的意義.前臭氧+在線混凝+超濾組合工藝與前臭氧+預氯化+超濾組合工藝臨界通量較大,因此，超濾運行時，其膜通量小于臨界通量，膜污染不發(fā)生或者發(fā)展非常緩慢.由圖6可知，工藝1、工藝3運行較為穩(wěn)定且膜壓差上升緩慢，因此工藝1，3能有效延緩膜污染.而前臭氧+超濾臨界通量最小，結合圖6可知，運行時其膜通量大于臨界通量，跨膜壓差迅速上升，膜污染急劇發(fā)展.工藝2跨膜壓差在短時間內迅速上升，延緩膜污染效果最差.

此外，溶質顆粒尺寸對臨界通量有一定影響.Bacchin等[20]用0.2 μm PVDF微濾膜過濾乳膠顆粒，研究表明臨界通量隨著溶質顆粒尺寸的變化表現(xiàn)出先減后增的規(guī)律，究其原因為：小顆粒物質因具有較高的布朗擴散性能而具有較高的臨界通量；大顆粒物質沉淀在膜表面并不能形成致密的沉淀層，甚至在較高的通量下也不會引起膜污染，因而大顆粒物質具有較高的臨界通量；試驗選用超濾膜平均孔徑為0.01 μm，而試驗膜進水的顆粒尺寸遠遠大于0.01 μm，因而本實驗膜進水的顆粒物相對于膜孔徑而言，處在大顆粒范圍內，不易沉淀在膜表面形成濾餅層，而3種工藝的膜進水顆粒粒徑大小順序為工藝1>工藝3>工藝2，工藝1臨界通量最大，但工藝2和工藝3并不遵循這個規(guī)律，因為工藝3中次氯酸鈉將大分子有機物分解為小分子有機物，并使濾餅層的電負性增大[21]，由于靜電斥力使之與與膜的結合比較松散，因而造成工藝3臨界通量大于工藝2.

2.5膜表面掃描電鏡分析

剪取中試超濾膜的膜絲，一部分將其展開平鋪，另一部分截取橫斷面，在放大倍數5 000的條件下進行電鏡掃描，掃描結果如圖10所示.

a污染前膜表面b污染前膜橫斷面c污染后膜表面d污染后膜橫斷面

圖10污染前后超濾膜的SEM圖對比

Fig.10Comparison of SEM of membrane

with and without fouling

在放大倍率5 000倍的情況下觀察膜表面，可以看到污染前膜表面較平整，而污染后膜表面附著一層濾餅層，濾餅層厚度和形態(tài)均不規(guī)則，污染物呈鱗片狀，膜孔被堵塞，膜表面被污染層所覆蓋，污染層表面粗糙.但濾餅層較疏松，原因可能是在線混凝預處理使水中污染物形成大的礬花，在過濾時被膜截留，在水力清洗時容易將其去除.對比新膜和舊膜的橫截面圖可以看到，新膜的膜孔呈管狀，而舊膜已很難觀察到膜表面[22]，說明水中污染物以吸附、堵塞等方式對舊膜造成了污染.

2.6超濾膜傅里葉變換紅外光譜

中試污染后對超濾膜片和新膜做干燥處理，以空氣為背景做參比，用紅外光譜圖測其紅外吸收，結果如圖11所示.

圖11　污染前后超濾膜紅外光譜圖

從圖11中吸收峰的種類和強弱可以看出，PVC超濾膜由于截留分子量大，所能截留的有機物有限，并且經過長期的氧化預處理和化學清洗，膜表面的某些基團會被氧化，從而改變了膜的一些特性.

2.7組合工藝的膜污染機理分析

膜污染是膜工藝運行中不可避免的現(xiàn)象，也是膜在實際應用中瓶頸問題之一.影響膜污染的因素很多，如膜自身特征(材料、親疏水性、構造)、膜操作條件(膜通量、運行壓力、沖洗頻率和方法等)以及待處理水水質特點等.研究表明，膜通量與膜污染有密切關系，通常而言，較高的膜通量會增大污染物在膜表面的吸附、沉積速率，引起膜污染趨勢加快，進而增加運行成本[24].基于上述試驗研究成果，3種工藝的膜污染情況差別較大，其中工藝3減緩膜污染效果最好，其次為工藝1，工藝2的膜污染現(xiàn)象最嚴重，原因在于3種工藝的污染機理各不相同.

在每一過濾循環(huán)結束后，跨膜壓差均有一定程度的升高，通過跨膜壓差的變化范圍，可定性描述膜污染程度.試驗過程中每間隔30 min對膜組件進行水力沖洗一次，但依然不能使超濾膜通量獲得完全恢復，并且隨著膜過濾周期的持續(xù)進行，不可逆污染程度逐漸增加.由于引起膜污染的原因不僅包括大顆粒物形成的濾餅層，也包括細小顆粒物或者溶解類有機物質引起的膜孔的堵塞、收縮或形成凝膠層，上述現(xiàn)象原因是在膜過濾最初階段，水中顆粒膠體物質迅速在膜表面、膜孔內累積引起膜壓差的增加，單純的水力清洗只能清除掉部分污染物，隨著過濾進行，膠體顆粒物質與膜之間這種相互作用逐漸減弱，沉積顆粒之間的作用加強[25].

在線混凝預處理，投加混凝劑一方面能降低水中膠體顆粒表面ξ電位，影響水中溶解性有機物(如腐殖酸、蛋白質等)的親水性能，另一方面能增大有機物膠體的粒徑，形成的細小礬花尺寸遠大于超濾膜孔徑，使其易于被超濾膜分離去除，在提高聯(lián)用工藝對有機物去除效果的同時還延緩了膜污染.其次，混凝預處理小分子溶解性有機物聚集或吸附在金屬氫氧化物上形成絮體，這些絮體在膜表面被截留，不能進人膜孔內，從而減小了膜污染.另一方面，經過混凝預處理后顆粒尺寸增大，形成的濾餅層阻力減小，滲透通量增大;且橫向流的剪切作用隨混凝顆粒直徑增大而增大，從而減輕了有機物在膜表面的吸附沉積，增大了滲透通量[26].

而在氧化劑NaClO作用下有機物分子特征改變，一方面可以礦化部分DOC，降低膜的通量負荷，另一方面又可以將大分子量有機物氧化成小分子量有機物，降低有機物表面的電荷密度，改變其親疏水性[27].此外，NaClO使得濾餅層的電負性增大，由于靜電斥力使之與與膜的結合比較松散，過濾截留物和溶解性有機物較易在水力沖洗中被沖掉，因而跨膜壓差得到很好恢復.而膜的這些性能的的改變需要一定的接觸時間，由圖8可以看出，在30 h以后膜的這些性能得到改變，因此跨膜壓差開始下降并維持在0.035 MPa左右.

因此，從上文中超濾膜不同污染趨勢可以看出，混凝-超濾組合工藝和氧化-超濾組合工藝其去除機理是不同的.工藝1對有機物的去除主要是通過有機物吸附到膠體類顆粒物上被膜篩分截留，礬花的存在減弱其與膜面之間的相互作用，這可從上文工藝1條件下，超濾膜污染較輕得到間接證明(如圖2～6所示).工藝2條件下超濾膜對有機物的去除是通過有機物直接吸附到膜上實現(xiàn)的，這可從圖6中工藝2條件下超濾膜污染速率較快得到證明.超濾膜的有機負荷大，會導致膜污染速度加快，引起頻繁物理和化學清洗，從而降低產水率和膜使用壽命.工藝3雖然臨界通量較小，但長期運行情況較穩(wěn)定，運行前期膜壓差上升較快，但之后回落，經過190 h,過濾膜壓差仍能穩(wěn)定在0.037 MPa，說明預氧化工藝氧化劑的持續(xù)投加可以同時達到過濾和化學清洗的目的.因此，膜處理實踐中需要在產水水質與膜性能之間認真權衡，以根據具體水質及規(guī)范要求，確定最佳組合工藝.

3結論

(1)前臭氧+在線混凝+超濾(工藝1)、前臭氧+超濾(工藝2)、前臭氧+預氯化+超濾(工藝3)的出水渾濁度均在0.2 NTU以下.3種工藝對UV254的去除效率分別為37.9%，25.2%，33.0%，對DOC的去除效率分別為28.1%，17.8 %，23.1%.

(2)3種工藝的膜污染狀況為工藝3>工藝1>工藝2.工藝1、工藝2和工藝3的臨界通量分別為86.5，59.8，68.1 L·(m2·h)-1，在線混凝+超濾組合工藝臨界通量最大，它穩(wěn)定運行的時間最長.

(3)通過掃描電鏡觀察可以看到,超濾膜表面附著一層濾餅層，濾餅層較疏松，其原因可能是在線混凝預處理使水中污染物形成大的礬花，在過濾時被膜截留，而膜孔已被污染物堵塞；通過紅外光譜的研究可以發(fā)現(xiàn)，超濾膜由于截留分子量大，所截留的有機物有限，再經氧化預處理和化學清洗，膜表面的某些基團被氧化，膜表面特性被改變.

(4)工藝1采用的在線混凝預處理，能夠影響水中溶解性有機物親水性能和增大有機物膠體的粒徑使其易于被超濾膜分離去除；另一方面，經過混凝預處理后顆粒尺寸增大，形成的濾餅層阻力減小，滲透通量增大.工藝2條件下超濾膜對有機物的去除是通過有機物直接吸附到膜上實現(xiàn)的.工藝3在NaClO作用下有機物分子特征改變，一方面降低膜的通量負荷，改變其親疏水性，另一方面NaClO使得濾餅層的電負性增大，過濾截留物和溶解性有機物較易在水力沖洗中被沖掉，跨膜壓差得到很好恢復.

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Experiment and Mechanism Analysis of Pretreatment Process Control Membrane Fouling

LI Weiying1,2, XU Chen1, ZHANG Junpeng1,2, MA Teng3

(1. College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key Laboratory of Yangtze Aquatic Environment, Tongji University, Shanghai 200092, China; 3. Sunyat Jiabor Shopping Center Management, Shanghai 200050, China)

Abstract：The roles of three kinds of pretreatment technology (ozone+online coagulation+ultrafiltration (process 1), ozone+ultrafiltration (process 2), and ozone+prechlorination+ultrafiltration (process 3)) in delaying the ultrafiltration membrane fouling were explored in this paper. The results show that the critical flux of three processes are 86.5, 59.8 and 68.1 L·(m2·h)-1, respectively. Of the three processes, the critical flux of process 1 is the largest, with the longest stable operation time (about 190 h), and can control membrane fouling to a certain extent. This can be explained by the adsorption that organic pollutants are adsorbed by colloidal particles, which can reduce the contact and interaction between organic pollutants and membrane interface by the membrane sieving intercept. Process 3 is followed with the best performance in controlling and alleviating membrane fouling due to the change of organic molecular characteristics under the effect of NaClO: 1) membrane’s flux declined and hydrophilic-hydrophobic property changed; 2) the increasing electronegativity of cake layer promotes the water-backwash to remove the remaining matters and dissolves the organic matter, which results in a good trans-membrane pressure recovery. By scanning with the electron microscopy (SEM), it is found that the soft filter cake layer is adhered on the surface of the ultrafiltration membrane and membrane hole is blocked by pollutants. The infrared spectroscopy study finds that the membrane surface properties are changed as some groups on membrane are oxidized by oxidation pretreatment and chemical cleaning.

Key words：ultrafiltration; online coagulation; oxidation; membrane fouling

收稿日期：2015-06-01

基金項目：國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07403-001)

中圖分類號：X703

文獻標志碼：A

第一作者： 李偉英(1968—)，女，教授，博士生導師，工學博士，主要研究方向為水處理理論與膜處理技術.E-mail：liweiying@#edu.cn