謝松辰，文劍平，龐志廣，侯春光，李志霞，晉墩尚，彭躍蓮

（1 北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)部，北京市綠色催化與分離重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124；2 北京碧水源科技股份有限公司，北京 102206）

膜法水處理中的膜蒸餾技術(shù)（membrane distillation,MD）因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)受到廣泛的關(guān)注，在各類工業(yè)廢水處理方面有較好的應(yīng)用前景。尤其在處理高濃度鹽水時(shí)，以壓力驅(qū)動(dòng)為主的膜法脫鹽技術(shù)，如納濾、反滲透，因?yàn)辂}濃度高導(dǎo)致高滲透壓的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)深度濃縮。如頁(yè)巖氣廢水是一種典型的高濃鹽水，總?cè)芙夤腆w含量（TDS）高達(dá)360000mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)反滲透的鹽度極限（約70000mg/L）。膜蒸餾過(guò)程的優(yōu)勢(shì)在于：①受滲透壓差影響較?。虎诶碚撁擕}率能達(dá)到100%；③對(duì)膜力學(xué)性能要求低；④較壓力驅(qū)動(dòng)膜過(guò)程（納濾和反滲透）具有更低的操作壓力（常壓）；⑤與熱法脫鹽技術(shù)，如多級(jí)閃蒸和多效蒸發(fā)相比，操作溫度較低（40～80℃）；⑥可利用低品位熱源，如廢熱或者太陽(yáng)能，能耗低。膜蒸餾有多種形式，其中裝置最簡(jiǎn)單且研究最多的是直接接觸式膜蒸餾（DCMD），其次還有真空膜蒸餾、氣隙式膜蒸餾和氣掃式膜蒸餾。疏水膜的兩側(cè)分別流動(dòng)的是熱流體（待處理的鹽水）和冷流體（產(chǎn)品水，即純水），由于膜的疏水性，水不會(huì)發(fā)生跨膜傳質(zhì)。在直接接觸式膜蒸餾中，由于膜兩側(cè)的鹽水與純水存在溫差，所以存在水蒸氣分壓差。在此壓差的驅(qū)動(dòng)下，熱鹽水中的水在熱側(cè)膜面不斷氣化并以水蒸氣的形式通過(guò)多孔疏水膜，后在膜的冷側(cè)被純水冷凝回收；其他不揮發(fā)組分被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了鹽水的分離。然而，在實(shí)際廢水處理過(guò)程中脫鹽效果和膜通量會(huì)降低，如頁(yè)巖氣廢水中的表面活性劑會(huì)導(dǎo)致膜潤(rùn)濕，含油廢水中油類物質(zhì)會(huì)吸附在膜表面導(dǎo)致膜污染，印染廢水中不同電荷的染料與膜表面的靜電相互作用會(huì)導(dǎo)致膜污染。因此膜污染和膜潤(rùn)濕是制約膜蒸餾實(shí)際應(yīng)用的兩大阻礙。本文首先介紹膜蒸餾中的膜污染和膜潤(rùn)濕的分類及特點(diǎn)，然后簡(jiǎn)要介紹膜污染和膜潤(rùn)濕的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)手段，最后總結(jié)國(guó)內(nèi)外在解決膜潤(rùn)濕和膜污染方面的研究進(jìn)展，包括新型膜的制備、運(yùn)行中的輔助手段、膜的后處理方法。本文分析了現(xiàn)存問(wèn)題，并展望解決膜潤(rùn)濕和膜污染的研究方向。

1 膜蒸餾過(guò)程中的膜污染

膜污染會(huì)導(dǎo)致膜性能衰減，主要原因是污染物在膜表面的沉積和膜孔內(nèi)部的吸附。根據(jù)污染物的類型通?？梢苑譃闊o(wú)機(jī)污染、有機(jī)污染和微生物污染。但在處理實(shí)際廢水時(shí)，通常存在復(fù)合污染。

1.1 無(wú)機(jī)污染

膜蒸餾常用于脫鹽，如海水淡化、反滲透濃水的深度濃縮、頁(yè)巖氣廢水處理等。無(wú)機(jī)污染通常被稱為無(wú)機(jī)鹽結(jié)垢，可分為堿性結(jié)垢、非堿性結(jié)垢以及顆粒和膠體的結(jié)垢3 類[1]。在堿性結(jié)垢體系中，以碳酸鈣和氫氧化鎂為主，碳酸鈣的形成與溶液中的碳酸氫根離子的分解程度有關(guān)，堿性環(huán)境下會(huì)加速碳酸氫根離子的分解，與Ca2+結(jié)合形成堿性結(jié)垢，可通過(guò)降低溶液的pH 抑制碳酸鈣結(jié)垢。值得注意的是，碳酸鈣的溶解度隨著溫度升高而下降，即高料液溫度會(huì)強(qiáng)化這種無(wú)機(jī)污染。硫酸鈣是最常見(jiàn)的非堿性結(jié)垢，其溶解度受pH 的影響較小，因此處理硫酸鈣垢相比堿性結(jié)垢來(lái)說(shuō)更難，改變操作條件是緩解硫酸鈣結(jié)垢最常用的方式[2]。顆粒和膠體的污染包括黏土、淤泥、腐殖酸和二氧化硅等，可采用常見(jiàn)的過(guò)濾技術(shù)（如微濾）先去除料液中粒徑較大的顆粒。無(wú)機(jī)鹽結(jié)垢機(jī)理涉及晶體的成核和生長(zhǎng)，所以影響結(jié)垢的主要因素是過(guò)飽和程度、料液的溫度和pH、膜表面的粗糙度和化學(xué)性質(zhì)、操作條件等。如何抑制晶體成核或避免在膜面成核，從動(dòng)力學(xué)角度分析，主要是降低溶質(zhì)的飽和度（c-S），其中c表示無(wú)機(jī)鹽的濃度，S表示其溶解度。鼓泡式進(jìn)料是一種解決方式[3]，即通過(guò)在進(jìn)料液中引入氣泡從而在膜表面形成一層“氣墊”，無(wú)機(jī)鹽不能直接沉積在膜表面，氣泡的擾動(dòng)還能促進(jìn)鹽向主體溶液的反向擴(kuò)散，降低無(wú)機(jī)鹽在膜表面的濃度，最終避免無(wú)機(jī)鹽在膜表面非均相成核。此外，還可通過(guò)加入阻垢劑與溶液中的Ca2+、Mg2+形成螯合物，降低易結(jié)垢鹽的濃度，阻止晶體的成核生長(zhǎng)[4]。從熱力學(xué)角度出發(fā)，重點(diǎn)在于增加膜表面非均相成核的吉布斯自由能，高能量屏障能抑制晶體在膜表面的非均相成核。主要方法是提高膜表面疏水性，此外降低膜孔隙率也有效果，但會(huì)犧牲膜通量[5]。

1.2 有機(jī)污染

根據(jù)污染物特性可分為天然有機(jī)污染和人工合成有機(jī)污染兩大類，膜蒸餾研究中常見(jiàn)的天然有機(jī)污染以腐殖酸（HA）為主，人工合成有機(jī)污染以不同類型的表面活性劑為主。腐殖酸是一種兩性膠體物質(zhì)，其污染行為受溶液環(huán)境條件的影響[6]，如pH、溶液中的離子強(qiáng)度及離子價(jià)態(tài)等。Ca2+與HA易形成絡(luò)合物從而導(dǎo)致腐殖酸的凝膠沉積，低pH溶液環(huán)境會(huì)促使HA聚集并沉積在膜表面，造成膜通量顯著降低，這是因?yàn)樗嵝原h(huán)境會(huì)減弱腐殖酸分子之間的靜電排斥，促使HA 分子更易形成聚集體[7]。

表面活性劑是一種兩親性有機(jī)物，分子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為一端是極性基團(tuán)另一端是非極性，極性基團(tuán)的親水性與非極性部分的疏水性的比值決定著表面活性劑的親水疏水平衡值（HLB），HLB 越高代表其親水性越好，反之疏水性越好。HLB 的大小影響表面活性劑與疏水膜表面之間相互作用力的強(qiáng)弱，在非極性-非極性相互吸引的作用下，HLB較低的表面活性劑更易在膜面形成單分子層，發(fā)生膜污染。同時(shí)，大量的反離子會(huì)導(dǎo)致離子型表面活性劑發(fā)生聚集，在膜表面發(fā)生沉積造成嚴(yán)重的膜污染[8]。Han 等[9]研究了不同濃度的NaCl 與0.5mmol/L十二烷基硫酸鈉（SDS）對(duì)膜蒸餾性能的影響。對(duì)于陰離子表面活性劑，金屬離子（Na+）就是其反離子。隨著NaCl 的濃度增加，Na+會(huì)不斷降低SDS極性基團(tuán)之間的排斥力，促進(jìn)了SDS分子在膜表面的聚集，堵塞膜孔造成膜通量的損失。與此同時(shí)，在SDS 體系中加入NaCl 還會(huì)顯著降低溶液的表面張力，增加膜孔被潤(rùn)濕的風(fēng)險(xiǎn)。

在研究MD膜的有機(jī)污染時(shí)，許多研究者還關(guān)注含油廢水[10]。油是低表面能物質(zhì)，污染膜的機(jī)理與其和MD膜表面之間的疏水端-疏水端相互吸引力有關(guān)。一般的疏水膜極易黏附油，導(dǎo)致膜孔堵塞通量下降。通常是制備水下疏油膜來(lái)防止油類污染，即Janus 復(fù)合膜。唐敏等[11]先制備了Al2O3-PVDF 全疏膜，后在其表面噴涂含有聚乙烯醇和親水性Al2O3的鑄膜液，制備出水下超疏油型的Janus復(fù)合膜。當(dāng)處理含1000mg/L 原油和35g/L NaCl 的混合水溶液時(shí)，Janus 復(fù)合膜在45h 內(nèi)表現(xiàn)出穩(wěn)定的疏油和脫鹽性能。

1.3 微生物污染

微生物污染涉及微生物的沉積和生物膜的形成和生長(zhǎng)，是最頑固的膜污染類型之一，堵塞膜孔并降低膜的疏水性。膜蒸餾的進(jìn)料液通常是溫度高于40℃的濃鹽水，有研究指出，高溫和高鹽的環(huán)境能抑制微生物的生長(zhǎng)，但一些嗜熱微生物的存在也會(huì)引起顯著的膜污染[12]。最近，Nthunya 等[13]利用蘋果提取物作為還原劑，通過(guò)微波輔助和熱輔助成功合成出抗細(xì)菌的納米銀顆粒。將此銀納米顆粒負(fù)載到PVDF納米纖維膜上成功地抑制了嗜熱微生物的生長(zhǎng)，有望解決膜蒸餾中的生物污染問(wèn)題。目前，研究微生物污染主要是探究進(jìn)料溫度、流體力學(xué)條件和水質(zhì)的影響。Krivorot 等[14]在直接接觸式膜蒸餾中比較了錯(cuò)流和并流兩種流動(dòng)方式對(duì)中空纖維膜上生物污染程度的影響，運(yùn)行300h 后錯(cuò)流流動(dòng)時(shí)的膜通量損失約10%，而并流流動(dòng)時(shí)沒(méi)有通量損失，這是因?yàn)殄e(cuò)流時(shí)濃水的局部溫度較并流低，微生物繁殖更快。針對(duì)玄武湖的地表水，Liu 等[15]探究料液濃縮和恒濃進(jìn)料兩種操作模式對(duì)微生物污染的影響。當(dāng)進(jìn)料液逐漸增濃時(shí)，有機(jī)物不斷沉積在膜表面，為固定在膜面上的微生物提供了營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)微生物生長(zhǎng)。恒濃進(jìn)料時(shí)，鹽和有機(jī)物濃度較低，微生物污染和無(wú)機(jī)、有機(jī)污染均較輕，在15天運(yùn)行時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出穩(wěn)定的膜通量。

1.4 復(fù)合污染

由于實(shí)際廢水中污染物的多樣性，有機(jī)、無(wú)機(jī)和微生物污染可能共存，原有的污染行為將發(fā)生變化，這對(duì)膜的抗污染和抗?jié)櫇癫呗蕴岢隽烁叩囊?。Qin 等[16]探究了不同有機(jī)物（海藻酸鈉、腐殖酸和牛血清蛋白）與硅溶膠共存時(shí)的膜污染和膜潤(rùn)濕行為。海藻酸鈉在膜表面形成了凝膠層，黏附硅溶膠并阻礙其跨膜滲透，最終緩解了孔道潤(rùn)濕但加劇了膜污染。牛血清蛋白會(huì)吸附在硅膠表面，團(tuán)聚成大顆粒而堵塞膜孔，造成膜通量大幅度下降。腐殖酸和硅膠則可能會(huì)獨(dú)自在膜表面形成污染層，掃描電鏡（SEM）圖像顯示腐殖酸沉積在硅膠層之上，雙層沉積造成膜通量的大幅度下降，同時(shí)硅膠與膜面的緊密結(jié)合造成硅膠顆粒的滲透，膜孔潤(rùn)濕加劇。除此之外，Yan 等[17]進(jìn)一步研究了海藻酸鈉、牛血清蛋白和腐殖酸對(duì)于硫酸鈣結(jié)垢的影響，結(jié)果表明這些有機(jī)物的存在會(huì)在一定程度上緩解膜結(jié)垢現(xiàn)象，這是因?yàn)轸然虲a2+存在相互作用，有機(jī)物吸附在硫酸鈣成核生長(zhǎng)位點(diǎn)上，增加了晶體成核生長(zhǎng)的空間位阻。但隨著羧基數(shù)量的增加，可能會(huì)促進(jìn)結(jié)垢，如海藻酸鈉含大量的羧基，單個(gè)海藻酸鈉分子會(huì)吸附大量的Ca2+，起到鹽橋的作用，增加了結(jié)晶的成核位點(diǎn)，在膜表面更易發(fā)生硫酸鈣結(jié)垢。牛血清蛋白和腐殖酸含有較少的羧基，能緩解結(jié)垢現(xiàn)象，當(dāng)濃縮倍數(shù)為3 時(shí)，膜通量?jī)H衰減20%，而在海藻酸鈉體系，膜通量衰減了60%。

2 膜蒸餾過(guò)程中的膜潤(rùn)濕

膜潤(rùn)濕是一個(gè)膜孔中的氣液界面不斷從進(jìn)料側(cè)向滲透?jìng)?cè)推移的過(guò)程，如圖1所示，依據(jù)氣液界面的位置，可將膜潤(rùn)濕程度分為：①不潤(rùn)濕；②表面潤(rùn)濕；③部分潤(rùn)濕；④完全潤(rùn)濕[18]。不同的潤(rùn)濕程度體現(xiàn)出不同的膜性能變化，表面潤(rùn)濕通常以膜通量下降為主，而滲透液的電導(dǎo)率不發(fā)生明顯變化，因?yàn)楸粷?rùn)濕的表面不再是水的氣化面，即此時(shí)氣化面積減少，水的蒸發(fā)速率降低導(dǎo)致膜通量下降。但進(jìn)料側(cè)與滲透?jìng)?cè)之間充滿氣體，膜孔干燥，沒(méi)有形成水和鹽的通道，所以鹽還不能透過(guò)膜，滲透液的電導(dǎo)率沒(méi)有升高。部分潤(rùn)濕和完全潤(rùn)濕是以截鹽率下降為主要標(biāo)志，但膜通量在這兩種潤(rùn)濕狀態(tài)時(shí)的表現(xiàn)截然相反；部分潤(rùn)濕時(shí)，膜通量持續(xù)下降；完全潤(rùn)濕時(shí)則伴隨著膜通量的大幅度升高，此時(shí)透過(guò)膜的是液體，而不是蒸氣，也意味著膜蒸餾過(guò)程的失敗。部分潤(rùn)濕時(shí)，少量原來(lái)干燥的膜孔中充滿水，鹽隨水實(shí)現(xiàn)了跨膜傳質(zhì)，滲透液中鹽濃度升高。此時(shí)盡管膜孔中的氣隙長(zhǎng)度縮短，降低了傳質(zhì)阻力，但膜面潤(rùn)濕造成的低氣化速率對(duì)膜通量的影響更大。當(dāng)越來(lái)越多的膜孔中充滿水后，鹽的通道也越來(lái)越多，截鹽率越來(lái)越低。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)操作條件不變時(shí)，膜潤(rùn)濕是一個(gè)不可逆的過(guò)程，潤(rùn)濕程度越來(lái)越嚴(yán)重。

圖1 膜潤(rùn)濕過(guò)程示意圖

2.1 膜潤(rùn)濕評(píng)價(jià)參數(shù)

評(píng)估疏水膜表面疏液性的一個(gè)綜合指標(biāo)是最小液體進(jìn)入壓力（LEP），也是評(píng)價(jià)膜抗?jié)櫇衲芰Φ闹匾笜?biāo)，也稱為潤(rùn)濕壓力。LEP值的大小與膜的最大孔半徑（rmax）、孔道的彎曲因子（B）、潤(rùn)濕液體在膜表面的接觸角（θ）、液體的表面張力（γl）有關(guān)，見(jiàn)式(1)。

式中，Pf為進(jìn)料側(cè)的壓力；Pp為滲透?jìng)?cè)的壓力；ΔPinterface代表進(jìn)料側(cè)與滲透?jìng)?cè)之間的壓力差。

LEP反映最大膜孔的潤(rùn)濕阻力，通常要顯著大于實(shí)際的跨膜壓差ΔPinterface才能避免由于液體進(jìn)入膜孔而造成的潤(rùn)濕。但由于膜孔徑存在一定的分布，實(shí)際的潤(rùn)濕過(guò)程是多孔的同時(shí)潤(rùn)濕，所以該值只能定性地比較膜的抗?jié)櫇衲芰5]。其次，LEP 僅僅是液體在壓力下穿透膜的標(biāo)志，而造成膜潤(rùn)濕的原因多種多樣，并不能定量分析膜孔潤(rùn)濕發(fā)生的時(shí)間。當(dāng)處理不含表面活性劑的水溶液時(shí)，建議膜的純水LEP值不低于2.5bar（1bar=105Pa）[19]。無(wú)論制備全疏膜還是Janus 膜都希望有較高的LEP 值，即希望膜具有較強(qiáng)的抗?jié)櫇衲芰?，以及具有?yīng)用于真空膜蒸餾的潛力。

2.2 有機(jī)污染造成的膜潤(rùn)濕

有機(jī)物造成膜潤(rùn)濕的直接原因是降低膜的疏水性和溶液的表面張力。表面活性劑常見(jiàn)于各種廢水中，是造成疏水膜潤(rùn)濕的主要物質(zhì)。表面活性劑的非極性疏水端吸附在疏水膜的表面和孔道中，極性的親水端暴露在膜的表面，原本疏水的膜表面和孔壁覆蓋了一層親水物質(zhì)，即膜發(fā)生了親水化。當(dāng)表面活性劑達(dá)到吸附飽和后，游離的表面活性劑在分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散作用下進(jìn)入潤(rùn)濕的膜孔[圖1(c)]，影響了膜孔內(nèi)的氣液界面張力[20]。在氣液界面張力變化過(guò)程中，表面活性劑的濃度是主導(dǎo)因素，表面活性劑的濃度越大，溶液的表面張力越低。料液中僅含表面活性劑時(shí)，表面張力變化幅度較小。當(dāng)還含有少量電解質(zhì)時(shí)，會(huì)顯著降低溶液的表面張力，加速膜潤(rùn)濕，即料液中既有鹽又有表面活性劑時(shí)，膜潤(rùn)濕更容易發(fā)生[21]。

實(shí)際廢水中的有機(jī)物，如乙醇、二甲基乙酰胺（DMAc）和檸檬烯等，對(duì)疏水膜也有非常強(qiáng)的潤(rùn)濕作用，但潤(rùn)濕機(jī)理與表面活性劑不同。吳霞[22]研究乙醇的水溶液對(duì)聚偏氟乙烯（PVDF）膜的潤(rùn)濕作用，發(fā)現(xiàn)乙醇對(duì)膜的作用主要是溶脹。從溶解度參數(shù)角度看，PVDF、DMAc和檸檬烯的溶解度參數(shù)分別為12.2cal0.5/cm1.5、11.1cal0.5/cm1.5和8.5cal0.5/cm1.5（1cal=4.18J），而水的溶解度參數(shù)為23.4cal0.5/cm1.5。根據(jù)溶解度參數(shù)原則，相對(duì)于水，DMAc和檸檬烯的溶解度參數(shù)更接近于PVDF的，所以它們更容易溶于PVDF膜內(nèi)。這種溶脹作用導(dǎo)致潤(rùn)濕液體不斷取代膜孔中的氣穴空間，即膜潤(rùn)濕程度不斷加重。而且有機(jī)物溶于水會(huì)顯著降低溶液的表面張力，當(dāng)在水中添加10%的乙醇后，其表面張力會(huì)從72mN/m顯著降低至47mN/m，增加膜被潤(rùn)濕的風(fēng)險(xiǎn)[23]。

在處理含油廢水時(shí)，油類物質(zhì)大多會(huì)造成嚴(yán)重的膜污染，同時(shí)低表面張力的油類物質(zhì)會(huì)降低溶液的表面張力，造成膜潤(rùn)濕。Lu 等[24]將2～12mg/L 的煤油分別滴在PVDF 疏水膜表面，發(fā)現(xiàn)接觸角從115°降低至59°左右。PVDF 疏水膜在處理10mg/L煤油和3.5%NaCl溶液時(shí)，運(yùn)行3h左右滲透?jìng)?cè)的電導(dǎo)率顯著上升。實(shí)際的含油廢水料液通常是多種有機(jī)物共存，如頁(yè)巖氣廢水中含有表面活性劑、腐殖酸物質(zhì)和蛋白質(zhì)等。Du 等[25]利用PVDF-SiO2-FAS全疏膜、PVDF-PVA 親水復(fù)合膜和PVDF疏水膜測(cè)試頁(yè)巖氣廢水，結(jié)果表明多種污染物均會(huì)沉積或吸附在膜表面改變膜表面的化學(xué)成分，導(dǎo)致3種膜均出現(xiàn)不同程度的膜污染和膜潤(rùn)濕，其中全疏膜污染程度最低，并且可通過(guò)水的沖洗和干燥進(jìn)行恢復(fù)通量。

2.3 無(wú)機(jī)污染造成的膜潤(rùn)濕

高含量鹽的存在是工業(yè)廢水難處理的主要原因之一，同時(shí)也是導(dǎo)致膜潤(rùn)濕的一個(gè)重要因素。膜蒸餾過(guò)程中，料液中鹽濃度越高越容易在膜表面或者孔道中結(jié)垢或結(jié)晶，溫差極化和濃差極化也會(huì)加速鹽在膜孔內(nèi)部的結(jié)垢或結(jié)晶。Yun等[26]在直接接觸式膜蒸餾中測(cè)試濃鹽溶液下的疏水PVDF膜性能變化，發(fā)現(xiàn)隨著鹽含量的增加通量逐漸衰減，當(dāng)鹽含量超過(guò)25%時(shí)，膜通量從27.2kg/(m2·h)急劇下降至2.1kg/(m2·h)。Gryta 等[18]認(rèn)為膜孔內(nèi)部的鹽晶體會(huì)加速膜孔潤(rùn)濕，在膜蒸餾運(yùn)行過(guò)程中，晶體將逐漸向滲透?jìng)?cè)方向生長(zhǎng)，氣液界面也逐漸向滲透?jìng)?cè)推移。通過(guò)SEM-X 射線能譜分析（EDS）技術(shù)表征膜斷面的Ca 元素濃度分布后發(fā)現(xiàn)鈣鹽的沉積深度高于15μm。

2.4 微生物污染造成的膜潤(rùn)濕

微生物污染一方面會(huì)造成膜孔堵塞，傳質(zhì)和傳熱阻力增大從而影響膜通量，另一方面會(huì)降低膜表面的疏水性，加快膜潤(rùn)濕過(guò)程。針對(duì)生物廢水，Goh 等[27]對(duì)比膜蒸餾和膜蒸餾-生物反應(yīng)器（MDBR）耦合處理過(guò)程，通過(guò)生物反應(yīng)器過(guò)程可移除部分有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，抑制了微生物的生長(zhǎng)，從而延遲膜潤(rùn)濕現(xiàn)象的發(fā)生（21天）。僅經(jīng)過(guò)膜蒸餾處理過(guò)程，微生物在膜表面快速生長(zhǎng)改變了膜表面的化學(xué)組成，降低表面疏水性，原膜接觸角從126.3°顯著下降至32.9°，在運(yùn)行7天左右發(fā)生了膜潤(rùn)濕現(xiàn)象。除此之外，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，Bar-Zeev等[28]發(fā)現(xiàn)微生物會(huì)在篩網(wǎng)或內(nèi)壓式中空纖維膜進(jìn)料口處生長(zhǎng)，降低了流道截面積，進(jìn)料側(cè)與滲透?jìng)?cè)之間的壓降增大，膜潤(rùn)濕的風(fēng)險(xiǎn)增大。

2.5 其他因素造成的膜潤(rùn)濕

膜材料降解和破損以及膜孔內(nèi)部發(fā)生毛細(xì)管冷凝同樣也會(huì)造成膜潤(rùn)濕。在長(zhǎng)期高溫運(yùn)行過(guò)程中，膜材料會(huì)發(fā)生化學(xué)降解。Gryta 等[29]通過(guò)紅外光譜定性分析了運(yùn)行9 年的聚丙烯疏水膜，C＝O 吸收峰的顯著增強(qiáng)說(shuō)明聚丙烯發(fā)生了部分降解，膜表面的水接觸角也從90°降至61.4°。此外，Ge等[30]發(fā)現(xiàn)當(dāng)膜蒸餾設(shè)備停機(jī)時(shí)，熱側(cè)與冷側(cè)的溫差消失，在膜孔內(nèi)部的水蒸氣冷凝成水，導(dǎo)致膜孔潤(rùn)濕。如果原本在膜熱側(cè)的鹽水沒(méi)有排空，鹽會(huì)沿著潤(rùn)濕的膜孔進(jìn)入膜內(nèi)，甚至到達(dá)滲透?jìng)?cè)，形成鹽的通道。

膜污染是所有膜過(guò)程都要面對(duì)的問(wèn)題，但膜潤(rùn)濕是膜蒸餾和膜接觸器等采用疏水膜的膜過(guò)程所特有的。在膜蒸餾過(guò)程中，膜污染與膜潤(rùn)濕既有區(qū)別也有緊密的聯(lián)系。區(qū)別在于膜污染是指料液中污染物在膜孔內(nèi)或者表面的沉積或吸附，造成膜孔堵塞和通量下降。而膜潤(rùn)濕是在溶液表面張力的作用下，氣液界面不斷從膜面向孔內(nèi)推移的過(guò)程，引起膜通量變化和截鹽性能的下降。膜污染會(huì)導(dǎo)致膜潤(rùn)濕，難揮發(fā)性液體進(jìn)入膜孔而導(dǎo)致的潤(rùn)濕可看作是最嚴(yán)重的膜污染，具有不可逆性。如NaCl 在膜表面和膜孔內(nèi)的沉積起初可看作無(wú)機(jī)污染，傳質(zhì)通道縮小，膜通量下降。但由于NaCl晶體具有親水性，水會(huì)跟隨NaCl 晶體進(jìn)入膜孔，最終穿透膜，導(dǎo)致截留性能下降和通量升高。實(shí)際廢水中污染物成份復(fù)雜，膜污染和膜潤(rùn)濕經(jīng)常同時(shí)存在且互相促進(jìn)。所以同時(shí)抑制膜潤(rùn)濕和防止膜污染是要面對(duì)的問(wèn)題。

3 膜潤(rùn)濕和膜污染的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)手段

SEM-EDS 和傅里葉紅外光譜（FTIR）是外部監(jiān)測(cè)方法，能判斷膜污染是否已經(jīng)發(fā)生，但這些分析方法對(duì)膜有破壞性。Zou 等[31]利用聚四氟乙烯（PTFE）中空纖維膜對(duì)含3600mg/L CaSO4的水溶液進(jìn)行真空膜蒸餾測(cè)試，運(yùn)行25h 后膜通量下降了80%。SEM 監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)立方體的CaSO4晶體不均勻地覆蓋在膜表面，表明膜面已結(jié)垢，但潤(rùn)濕現(xiàn)象無(wú)法直接通過(guò)SEM 檢測(cè)。膜孔內(nèi)部潤(rùn)濕現(xiàn)象的發(fā)生，說(shuō)明鹽溶液已通過(guò)膜孔內(nèi)部至滲透測(cè)，在潤(rùn)濕過(guò)程必然會(huì)殘留一些鹽離子在內(nèi)部表面。Karanikola等[32]在研究緩解硫酸鈣結(jié)垢現(xiàn)象過(guò)程中，利用EDS定性分析表面污染物成分以及是否發(fā)生污染物滲孔現(xiàn)象。在膜斷面發(fā)現(xiàn)Na 元素，表面也存在大量的Na和Ca元素，說(shuō)明疏水膜發(fā)生了表面結(jié)垢現(xiàn)象以及膜孔內(nèi)部潤(rùn)濕現(xiàn)象。

FTIR 可分析膜改性前后的化學(xué)組成變化以及污染物。吸收峰位置代表特定化學(xué)鍵的伸縮或振動(dòng)，從而可以識(shí)別膜上的化學(xué)物質(zhì)。Benavente等[33]提出利用紅外光譜分析中的自動(dòng)逐點(diǎn)掃描成像技術(shù)分析膜表面的改性物質(zhì)和污染物，研究涂層和結(jié)垢層的非均勻性分布，有利于理解涂層和污染物之間的相互關(guān)系。Gryta等[34]用MD處理含有天然有機(jī)化合物的NaCl 溶液，通過(guò)紅外光譜分析膜表面，多了蛋白質(zhì)的3000～3700cm－1和1500～1800cm－1的特征峰，證明膜受到蛋白質(zhì)污染。由于監(jiān)測(cè)的是化學(xué)組分的特征峰，利用紅外光譜分析的膜污染多為有機(jī)污染。

當(dāng)膜孔潤(rùn)濕后，傳質(zhì)阻力增大，膜通量會(huì)降低，同時(shí)鹽會(huì)沿著潤(rùn)濕的膜孔擴(kuò)散至滲透?jìng)?cè)造成電導(dǎo)率的升高，所以通常將膜通量和截鹽率降低作為監(jiān)測(cè)膜潤(rùn)濕的指標(biāo)，但是這種指標(biāo)不能實(shí)時(shí)反映膜潤(rùn)濕的程度，有一定的滯后性。最近，Chen等[35]提出一種有效監(jiān)測(cè)膜潤(rùn)濕過(guò)程的方法，利用電化學(xué)阻抗譜（electrochemical impedance spectroscopy，EIS）探測(cè)跨膜響應(yīng)信號(hào)（阻抗），用阻抗的變化來(lái)反映膜潤(rùn)濕的程度，隨著膜孔潤(rùn)濕程度不斷增大，阻抗數(shù)值越來(lái)越低。該方法可以監(jiān)測(cè)膜的早期潤(rùn)濕，但此時(shí)滲透?jìng)?cè)的電導(dǎo)率還沒(méi)有變化。電化學(xué)阻抗譜也能成功監(jiān)測(cè)不同膜表面的污染物沉積，如反滲透、超濾、微濾以及納濾膜[36-38]。為了直接在膜上使用EIS 技術(shù)，膜必須導(dǎo)電。Ahmed 等[39]配制二氧化硅凝膠和添加劑（PVA 或者纖維素）的混合溶液并涂敷在碳膜表面，隨后通過(guò)煅燒和氟化制備出導(dǎo)電疏水膜，用于處理含0.2%硅溶膠和2%NaCl混合溶液。硅溶膠不斷聚集在膜表面，導(dǎo)致膜通量衰減。當(dāng)通量還沒(méi)有明顯變化時(shí)，EIS技術(shù)檢測(cè)到阻抗數(shù)值不斷減小，說(shuō)明膜污染已經(jīng)開(kāi)始了。但在膜蒸餾過(guò)程中，表面潤(rùn)濕、部分潤(rùn)濕和污染都可能表現(xiàn)出膜通量的衰減且截鹽率保持不變，它們都體現(xiàn)了膜的阻抗降低。所以如何在電化學(xué)阻抗譜中區(qū)別污染和潤(rùn)濕同樣很關(guān)鍵，未來(lái)可能需要結(jié)合其他光學(xué)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

為了更好地理解和描述膜蒸餾中的潤(rùn)濕現(xiàn)象，可將孔潤(rùn)濕表示為膜孔內(nèi)的氣液界面的移動(dòng)。如何準(zhǔn)確地表征潤(rùn)濕程度一直是難以解決的問(wèn)題。通常表征潤(rùn)濕性的指標(biāo)有接觸角和液體入口壓力值，但它們只能說(shuō)明局部范圍存在著被潤(rùn)濕的風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法提供氣液界面移動(dòng)的任何信息。最近，Jacob 等[40]提出光學(xué)原位動(dòng)態(tài)檢測(cè)的方法，通過(guò)測(cè)試膜的透光度來(lái)反映膜潤(rùn)濕程度，透光度主要與光的散射有關(guān)，光的散射取決于多種變量，如膜的孔隙率、孔徑、材料的物理化學(xué)性質(zhì)等，最主要的是膜材料和孔隙中空氣的折射率差異。如果膜內(nèi)的介質(zhì)（空氣）可以被折射率與膜材料相近的另一種介質(zhì)所取代，則整個(gè)膜看起來(lái)是半透明的。當(dāng)液體與材料之間完全匹配時(shí)，理想情況下是接近完全透明的。所以可以根據(jù)不同潤(rùn)濕程度，監(jiān)測(cè)出不同的透光度，實(shí)時(shí)反映膜潤(rùn)濕情況。

3.2 預(yù)測(cè)手段

使用擴(kuò)展的德亞蓋因-蘭多-弗韋-奧弗比克理論（XDLVO）計(jì)算污染物與膜面間的相互作用能，它與范德華作用能（LW）、靜電作用能（EL）、路易斯酸堿作用能（AB）的大小有關(guān)，式(2)可以計(jì)算污染物與膜表面之間的吸附能。

當(dāng)污染物/界面相互作用能（ΔGTOT）為負(fù)值時(shí)，污染物容易在膜面聚集并引起膜污染；當(dāng)ΔGTOT為正值時(shí)，不容易引起膜污染。該模型是基于熱力學(xué)角度描述料液中的污染物與膜表面的相互作用力，但由于污染行為是由熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素共同決定的，所以XDLVO 理論常常只能定性分析膜污染程度[41]。Lu 等[42]制備了PVA-PVDF 復(fù)合Janus 膜和SiO2-PFTS-PVDF 全疏膜，并分別計(jì)算了兩種復(fù)合膜與3 種污染物質(zhì)（腐殖酸、十二烷基苯磺酸鈉、煤油）間的界面作用能。與全疏膜的界面作用能都為負(fù)值，3種污染物均可能吸附在全疏膜表面，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，全疏膜表現(xiàn)出了更好的耐污染性。因?yàn)樵撃け砻婢哂休^小的滾動(dòng)角和適宜的孔隙率，污染物在流體的作用下輕易脫離表面。這項(xiàng)研究表明計(jì)算污染物/膜面的作用力只能預(yù)測(cè)膜污染的可能性，是否真的發(fā)生膜污染還與其他條件有關(guān)。

針對(duì)膜潤(rùn)濕的預(yù)測(cè)，主要是接觸角、LEP和數(shù)學(xué)模型。通常采用接觸角直觀反映膜是否膜潤(rùn)濕，但這種方式存在滯后性，也無(wú)法排除膜局部缺陷的影響。LEP 越大能間接預(yù)測(cè)膜的抗?jié)櫇衲芰υ綇?qiáng)，但當(dāng)潤(rùn)濕過(guò)程比較緩慢時(shí)，LEP 并不能很好地預(yù)測(cè)。Wang 等[20]建立了進(jìn)料液含表面活性劑時(shí)膜潤(rùn)濕的動(dòng)力學(xué)模型，并定量分析了陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉的濃度、膜通量和跨膜蒸氣壓差與潤(rùn)濕時(shí)間之間的關(guān)系，理論計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)之間存在良好的相關(guān)性。但是數(shù)學(xué)模型適用范圍存在一定的限制，針對(duì)不同進(jìn)料液模型的假設(shè)條件可能不一樣，并且模型過(guò)于理想化，如膜孔道簡(jiǎn)化為圓筒直通孔，與實(shí)際的膜孔有較大差距。整體來(lái)看，除了接觸角和LEP外，還沒(méi)有很好的手段來(lái)預(yù)測(cè)膜潤(rùn)濕。

4 抑制膜潤(rùn)濕和防止膜污染的方法

通過(guò)對(duì)膜污染和膜潤(rùn)濕的分類及其特點(diǎn)描述，可以發(fā)現(xiàn)防止有機(jī)污染和微生物污染主要在于降低污染物與膜表面的親和性。要防止無(wú)機(jī)污染，可從防止無(wú)機(jī)鹽在膜表面的非均相成核和降低晶體與表面之間的親和性入手。要減緩或根除膜潤(rùn)濕，關(guān)鍵在于減慢或阻止氣/液相界面從料液側(cè)向滲透?jìng)?cè)的移動(dòng)，如提高膜的透水壓力LEP?，F(xiàn)如今，研究者在這些方向做了大量探索性的工作，主要分為3 類：①制備新型的耐污染或抗?jié)櫇衲ぃ虎诟淖兡ふ麴s過(guò)程中的操作條件，甚至輔助其他技術(shù)；③對(duì)潤(rùn)濕膜進(jìn)行后處理，恢復(fù)其疏水性。

4.1 新型膜的制備

在膜蒸餾中，近幾年研究的新型膜主要包括全疏膜和Janus復(fù)合膜（在疏水膜上構(gòu)建親水層），采用Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型3種潤(rùn)濕模型設(shè)計(jì)耐污染或抗?jié)櫇衲さ谋砻?。通常?lái)說(shuō)，杜絕膜潤(rùn)濕就是要求膜能排斥各種液體，防止膜污染應(yīng)該使膜表面具有較高的能量屏障，防止污染物的吸附和沉積，即構(gòu)筑疏水疏油表面以及適宜的孔隙率。Young模型指出若要增強(qiáng)拒液效應(yīng)，就要降低膜的表面自由能[43]。Wenzel模型顯示膜表面粗糙化可以進(jìn)一步增強(qiáng)膜表面的拒液效應(yīng)[44]。Cassie-Baxter 模型指出，還應(yīng)盡量減小固液接觸面積[45]。所以，理想的膜蒸餾用膜表面是要在膜面構(gòu)造微納米結(jié)構(gòu)，并引入低表面能的物質(zhì)，防止懸浮物質(zhì)或污染物的黏附和液體的浸潤(rùn)，從而避免膜污染和膜潤(rùn)濕的發(fā)生。

4.1.1 全疏膜

因?yàn)榇幚砹弦旱乃|(zhì)越來(lái)越復(fù)雜，一般的疏水膜在運(yùn)行過(guò)程中極易被水中的低表面能液體潤(rùn)濕和污染[46]。提高抗?jié)櫇裥允前l(fā)展全疏膜的主要?jiǎng)恿?，無(wú)論是在膜表面構(gòu)造微納米結(jié)構(gòu)還是引入低表面能物質(zhì)，其目的均在于降低表面的自由能，維持膜表面的Cassie-Baxter 非潤(rùn)濕狀態(tài)。理想的Cassie-Baxter狀態(tài)下潤(rùn)濕液體與膜表面之間存在一層“氣墊”，因?yàn)橐后w與氣體的接觸角為180°，所以無(wú)論是極性液體還是非極性液體都將在流體的剪切作用下脫離“氣墊”表面。

制備全疏膜表面通常是在膜表面沉積納米粒子（如SiO2[47]、ZnO[48]、TiO2[49]）構(gòu)建微納米結(jié)構(gòu)并通過(guò)表面的氟化改性進(jìn)一步降低表面能。運(yùn)用這種策略構(gòu)造的全疏膜通常會(huì)犧牲基膜的部分孔隙，降低膜通量。如Lu等[50]在全疏膜改性過(guò)程中，SiO2納米粒子通過(guò)靜電吸附沉積在中空纖維膜外表面，造成基膜的表面孔隙率由20%下降至15%，膜通量由24.9kg/(m2·h)降低至14.6kg/(m2·h)。最近，Qing等[51]提出一種無(wú)納米粒子負(fù)載的改性方法，利用溶劑熱處理在PVDF 納米纖維膜表面生成微納米粗糙結(jié)構(gòu)。通過(guò)浸漬在表面形成多巴胺（PDA）層，利用PDA 中的酚羥基與全氟癸基三氯硅烷相結(jié)合，制備出全疏的PVDF納米纖維膜。純水和礦物油在全疏膜表面的接觸角分別達(dá)到160°和150°左右。雖然該方法能解決納米粒子負(fù)載造成基膜表面孔隙率降低的問(wèn)題，但是在溶劑熱處理過(guò)程中會(huì)造成基膜表面孔徑變小，這主要是因?yàn)榛た讖绞軆?nèi)應(yīng)力的變化而發(fā)生不可逆收縮。這些因素導(dǎo)致膜通量衰減了30%左右，改性過(guò)程較為復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化全疏膜的制備過(guò)程，Chen等[52]利用電紡絲工藝，輔助熱壓后處理，制備了PVDF納米纖維底膜。將該膜浸漬在AF2400溶液2min待溶劑揮發(fā)后，即完成全疏膜的制備。當(dāng)處理含0.6mmol/L NaCl 和0.4mmol/L SDS的鹽水時(shí)，該膜表現(xiàn)出超強(qiáng)的抗?jié)櫇裥阅?，?0h 的測(cè)試過(guò)程中，膜通量維持在27kg/(m2·h)，截鹽率在99%以上。

綜上所述，簡(jiǎn)單的制備工藝和穩(wěn)定的復(fù)合層是制備全疏膜需要考慮的重要因素。最近全疏膜的發(fā)展逐漸趨向于“光滑膜”的研究。在膜蒸餾中，“光滑膜”的概念首先是Karanikola等[32]以應(yīng)對(duì)無(wú)機(jī)鹽的結(jié)垢問(wèn)題（如CaSO4結(jié)垢）提出來(lái)的。對(duì)比3種不同的膜表面（親水表面、疏水表面、光滑表面），如圖2 所示，親水表面和疏水表面的水接觸角各為70°和120°左右，此時(shí)液體與表面之間是黏附狀態(tài)，晶體在膜表面的停留時(shí)間較長(zhǎng)，這有利于在膜表面的非均相成核。相比較而言，液體在光滑膜面上停留的時(shí)間短得多，鹽在膜面結(jié)晶的可能性大大降低。

圖2 表面潤(rùn)濕狀態(tài)對(duì)CaSO4晶體在MD膜上沉積的影響[32]

Xiao 等[53]將“光滑膜”的概念應(yīng)用于膜蒸餾中，利用微模板相分離技術(shù)制備出等距微柱排列的超疏水PVDF 膜（MP-PVDF），并用CF4等離子體處理，制備了PVDF 光滑膜（CF4-MP-PVDF）。該膜的靜態(tài)水接觸角從原膜的139°增加至174°，滾動(dòng)角則從大于90°顯著降低至3°。采用CF4-MPPVDF光滑膜對(duì)含有25%NaCl的溶液進(jìn)行濃縮，濃縮倍數(shù)可達(dá)到1.7 左右，通量維持在11.5kg/(m2·h)；采用MP-PVDF 超疏水膜，當(dāng)濃縮倍數(shù)為1.2 時(shí)，膜通量衰減至1kg/(m2·h)。說(shuō)明光滑膜表面具有較好的自清潔性能，能有效地避免NaCl 晶體黏附在膜表面。光滑膜表面作為一種抗結(jié)垢表面，主要是因?yàn)橐后w動(dòng)態(tài)漂浮在膜面上，氣/液界面沿著膜表面在流動(dòng)，幾乎沒(méi)有晶體能直接與膜面接觸，見(jiàn)圖3。當(dāng)然，這種機(jī)理是理想狀態(tài)，實(shí)際表面是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，Xiao等[53]嘗試通過(guò)光學(xué)相干層析成像（OCT）技術(shù)進(jìn)一步證明不同表面針對(duì)不同無(wú)機(jī)鹽的結(jié)垢行為。

圖3 CF4-MP-PVDF光滑膜表面的抗結(jié)垢機(jī)理[53]

為了表征光滑膜表面，Xiao等[54]基于納維葉-斯托克斯方程，在膜表面引入表面滑移長(zhǎng)度的概念?；崎L(zhǎng)度的大小與膜表面和液體之間的摩擦系數(shù)有關(guān)，摩擦系數(shù)越小，滑移長(zhǎng)度越大。正滑移長(zhǎng)度表明流體在表面的運(yùn)動(dòng)速率不為0。在流體剪切速率為50s-1的測(cè)試條件下，CF4-MP-PVDF 光滑膜表面的滑移長(zhǎng)度為62μm。剪切速率增加至150s-1時(shí)，滑移長(zhǎng)度也相應(yīng)增加至85μm。增加流體剪切速率對(duì)流體在光滑膜表面的滑移速率提升有明顯效果，膜表面體現(xiàn)出更好的抗結(jié)垢能力。

4.1.2 Janus膜

Janus 膜是在疏水基膜上引入一個(gè)親水表面，同時(shí)保證親水層中的親水性物質(zhì)不會(huì)滲透至疏水基底的膜孔中，親水層還要與基膜之間存在緊密的結(jié)合力。Janus 膜利用親水表面上的親水官能團(tuán)與水形成氫鍵，產(chǎn)生“水合層”來(lái)抵御油類物質(zhì)接近疏水膜，從而防止膜污染和膜潤(rùn)濕[55-56]。相比全疏膜，Janus 膜的優(yōu)勢(shì)在于更有效地防止油類物質(zhì)對(duì)膜表面的污染，從污染物與膜表面的作用力看，它比全疏膜更耐污染。

Janus膜的性能主要與表面的親水性和膜孔徑大小有關(guān)，大部分表面涂層技術(shù)在提高膜的耐污染性能時(shí)會(huì)導(dǎo)致膜通量的下降，即耐污染性和膜通量之間存在一個(gè)“開(kāi)-關(guān)”效應(yīng)。Lu等[42]在PVDF膜表面涂敷PVA 水凝膠層，成功制備了PVA-PVDF 復(fù)合膜。在3.5%NaCl進(jìn)料體系中進(jìn)行直接接觸式膜蒸餾實(shí)驗(yàn)（DCMD）實(shí)驗(yàn)，由于外表面孔隙率降低導(dǎo)致膜通量從原膜的30.1kg/(m2·h)下降至26.5kg/(m2·h)。最近，Han 等[57]提出將多壁碳納米管負(fù)載在疏水PVDF 膜表面，利用多壁碳納米管的高導(dǎo)熱性和親水性，提高膜蒸餾過(guò)程中的傳熱系數(shù)以及水蒸氣分子跨膜傳質(zhì)的推動(dòng)力，抵消因涂敷層造成的膜通量衰減。在跨膜溫差50℃下處理含5g/L NaCl 和1000mg/L 十六烷的混合溶液，改性膜的膜通量反而比基膜的高6.2%。除此之外，Zhang 等[58]在商業(yè)PTFE 基膜表面構(gòu)建一層多巴胺（PDA）親水層并負(fù)載Ag 納米粒子，制備出P/Ag/P-PTFE 復(fù)合膜。該復(fù)合膜在真空膜蒸餾下處理3.5% NaCl 溶液（70℃），膜通量維持在84.3kg/(m2·h)，相比基膜通量提高了324.7%。PDA 涂層內(nèi)部不僅含有50%左右的結(jié)合水保證較高的水蒸發(fā)速率，而且提供了超薄的微觀多孔結(jié)構(gòu)，可以有效快速地將水從進(jìn)料溶液補(bǔ)充至蒸發(fā)界面，從而促進(jìn)水的蒸發(fā)[58]。

研究Janus 復(fù)合膜的主要目的是提高膜的耐污染和抗?jié)櫇裥阅?。Huang 等[59]首次提出并制備了抗?jié)櫇窈湍臀廴镜腏anus 復(fù)合膜，并提出了4 種膜的抗?jié)櫇窈湍臀廴緳C(jī)理，如圖4所示。

圖4 疏水膜、全疏膜和兩種Janus復(fù)合膜抗?jié)櫇窈湍臀廴镜谋容^[59]

一般的PVDF-HFP 疏水膜[圖4(c)]抗?jié)櫇窈湍臀廴灸芰^差，在此膜表面基礎(chǔ)上構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)并引入低表面能物質(zhì)，制備出全疏膜[圖4(d)]。但與PVDF-HFP 疏水膜上構(gòu)建了親水表面的Janus(h)復(fù)合膜[圖4(a)]相比，全疏膜在抗油污染方面表現(xiàn)較差，主要和全疏膜表面的疏水-疏水相互吸引力有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，親水表面有較好的抗油污染性能，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，水中的水溶性或親水性物質(zhì)容易穿透親水層而與疏水基膜接觸，導(dǎo)致膜潤(rùn)濕，這是Janus(h)復(fù)合膜所要面對(duì)的問(wèn)題。Huang等[59]利用加壓的空氣驅(qū)動(dòng)噴槍在PVDF-HFP 疏水基膜上噴涂殼聚糖（CTS）、全氟辛酸（PFO）和親水二氧化硅納米粒子（SiNPs）的混合溶液，制備出具有抗污染層SiNPs-CTS/PFO 的Janus(h)復(fù)合膜[圖4(a)]。利用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）與PVDF-HFP的共混膜液通過(guò)電紡絲制備出帶有正電荷的CTAB/PVDF-HFP納米纖維膜，通過(guò)靜電吸附作用將氟化改性后的二氧化硅納米粒子負(fù)載在疏水膜表面，制備出全疏基膜[圖4(d)]。利用同樣步驟在全疏基膜表面引入SiNPs-CTS/PFO 親水抗污染層制備了Janus(o)復(fù)合膜[圖4(b)]。將4 種膜分別用于處理含0.1～0.4mmol/L SDS的3.5%NaCl溶液時(shí)，Janus(o)復(fù)合膜與全疏膜的通量均沒(méi)有下降，但疏水膜和Janus(h)復(fù)合膜分別在運(yùn)行1h 和2.5h 后截鹽性能顯著下降，通量急劇上升。當(dāng)處理含1%原油的3.5%NaCl溶液時(shí)，Janus(o)復(fù)合膜與Janus(h)復(fù)合膜有相近的抗污染特性。在運(yùn)行10h后，這兩種膜通量?jī)H衰減了20%左右。而疏水膜和全疏基膜在1h 內(nèi)通量衰減了90%左右。即在全疏基膜表面引入親水涂層可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)耐污染和抗?jié)櫇竦哪繕?biāo)。

為了簡(jiǎn)化制膜工藝，Li等[60]通過(guò)層層自組裝的涂敷方式，將經(jīng)氧等離子體處理過(guò)的商業(yè)聚四氟乙烯/聚丙烯（PTFE/PP） 平板膜浸泡在特氟龍AF1600溶液20s，待溶劑揮發(fā)制備全疏膜。在全疏膜表面的基礎(chǔ)上，將膜下表面與PDA 溶液接觸，制備出Janus 復(fù)合膜，制膜過(guò)程見(jiàn)圖5。在處理500mg/L HA 與3.5% NaCl 的混合溶液時(shí)，Janus 膜通量性能相比商業(yè)PTFE/PP 膜僅衰減了10%左右，而商業(yè)PTFE/PP膜衰減了將近50%。在抗?jié)櫇裥阅軠y(cè)試過(guò)程中，料液體系為0.4mmol/L SDS 與3.5%NaCl 時(shí)，Janus 復(fù)合膜在60h 的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)保持了長(zhǎng)期的穩(wěn)定性能，而全疏PTFE/PP膜在20h左右時(shí)出現(xiàn)了部分潤(rùn)濕現(xiàn)象。

4.1.3 親水致密膜

為了防止疏水物質(zhì)造成的膜潤(rùn)濕，許多研究者在致密膜表面引入親水層，在滲透汽化過(guò)程中處理濃鹽水表現(xiàn)出較好的效果，類似于真空膜蒸餾[61]。Halakoo 等[62]利用次氯酸鈉溶液對(duì)聚酰胺基膜表面進(jìn)行改性處理，通過(guò)靜電吸附將聚醚酰亞胺和氧化石墨烯層層自組裝在基膜之上形成親水層。在進(jìn)料為20% NaCl 溶液（35℃） 中，PEI-GO/PA 膜在220h 運(yùn)行時(shí)間內(nèi)膜通量維持在1.7kg/(m2·h)左右，截鹽率保持在99.99%。Sun等[63]為進(jìn)一步提高滲透汽化脫鹽時(shí)的水通量，在醋酸纖維素（CA）微濾膜表面引入層狀GO 與PEI，利用GO 與PEI 之間的交聯(lián)反應(yīng)形成致密親水層。制備的PEI-GO/CA 復(fù)合膜表現(xiàn)出優(yōu)異的膜性能，在處理10%的NaCl 溶液（85℃）時(shí)，膜通量可達(dá)到98kg/(m2·h)，并且截鹽率可維持在99.99%。膜通量的顯著提升與層狀GO 特性有關(guān)。PVA 是水溶性高分子，成膜性好，常用作親水涂層材料。但PVA 耐氯性較差，在化學(xué)清洗過(guò)程中膜結(jié)構(gòu)易被氯破壞。Zhao等[64]利用氟碳基化合物（FS-3100）作為交聯(lián)劑，提高PVA膜在不同pH 下的耐氯性，將FS-3100 與PVA 的混合溶液噴涂在疏水PVDF 膜上，成功制備了PVA-FS/PVDF復(fù)合膜。用0.2%次氯酸鈉溶液對(duì)污染后的膜進(jìn)行30min 浸泡處理，膜通量恢復(fù)率達(dá)到97%以上。主要原因是次氯酸根將吸附在膜面的HA氧化成小分子，消除了膜表面的污染物，在此過(guò)程中膜材料沒(méi)有受到次氯酸根的侵蝕。這些親水致密膜在真空膜蒸餾的條件下操作，水的跨膜傳質(zhì)可能是基于溶解-擴(kuò)散機(jī)理，屬于典型的致密膜傳質(zhì)機(jī)理，即屬于滲透汽化過(guò)程。而在真空膜蒸餾中，水蒸氣的跨膜傳質(zhì)是努森擴(kuò)散、分子擴(kuò)散和黏性流的綜合作用，屬于典型的多孔膜傳質(zhì)機(jī)理。但由于親水層具有較好的耐污染性，能回避膜蒸餾中存在的膜污染問(wèn)題。最近，Chen等[65]提出在DCMD過(guò)程中親水致密復(fù)合膜同樣具有抵擋膜潤(rùn)濕的能力，并在PVDF 疏水膜上將陽(yáng)離子聚電解質(zhì)（聚乙烯亞胺）和陰離子聚電解質(zhì)（對(duì)乙烯苯磺酸鈉）進(jìn)行層層自組裝，制備親水致密復(fù)合膜。通過(guò)組裝層數(shù)調(diào)控膜表面孔徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)料液中表面活性劑的篩分，同時(shí)多層組裝的厚度進(jìn)一步抑制了表面活性劑的跨膜擴(kuò)散。這項(xiàng)研究也為設(shè)計(jì)下一代Janus 復(fù)合膜提供一種策略，為實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)時(shí)間的抗?jié)櫇窈涂刮廴?，?yīng)以表面孔徑的調(diào)控為主，其次是降低親水復(fù)合層厚度或調(diào)控基膜孔隙率和孔徑。

4.2 膜蒸餾過(guò)程中的輔助手段

回收利用工業(yè)廢水難以用傳統(tǒng)的脫鹽技術(shù)進(jìn)行處理[66-68]，一直受到研究者的廣泛關(guān)注，如頁(yè)巖氣廢水、石油化工廢水、反滲透的濃縮液等。由于工業(yè)類廢水中鹽含量高（溶液的電導(dǎo)率30～80mS/cm）且含多種一價(jià)陽(yáng)離子（Na+和K+）或者二價(jià)陽(yáng)離子（Mg2+和Ca2+）以及有機(jī)污染物（腐殖酸、表面活性劑、油類等），膜蒸餾技術(shù)雖然具有受鹽濃度影響較小的特點(diǎn)，但廢水中鹽和有機(jī)物共存，極易導(dǎo)致膜污染和膜潤(rùn)濕。

在膜蒸餾過(guò)程中，影響膜潤(rùn)濕和膜污染的主要因素是進(jìn)料液中污染物的種類和濃度、污染物和膜表面的作用力大小以及操作條件。污染物種類和含量通常決定了膜潤(rùn)濕和膜污染的快慢，如進(jìn)料液中含腐殖酸時(shí)，一價(jià)或二價(jià)鹽的存在與膜污染程度密切相關(guān)[7]。進(jìn)料液中含高濃度的鹽或表面活性劑都將易發(fā)生顯著的膜污染和膜潤(rùn)濕。為了預(yù)防膜污染，減緩膜潤(rùn)濕過(guò)程，可以在膜蒸餾過(guò)程中利用一些輔助手段，如對(duì)進(jìn)料液進(jìn)行預(yù)處理，膜表面附近局部環(huán)境的調(diào)控和優(yōu)化膜蒸餾的操作條件。

4.2.1 進(jìn)料液預(yù)處理

針對(duì)實(shí)際廢水，可能存在著混合污染物（無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物、膠體和微粒以及微生物）。當(dāng)不同污染類型共存時(shí)，膜污染將會(huì)更加嚴(yán)重，可采用預(yù)處理措施去除部分污染物，這是一種解決膜污染和膜潤(rùn)濕的有效方法。常見(jiàn)的預(yù)處理措施有混凝/沉淀、膜過(guò)濾、煮沸（熱水軟化）、加除垢劑、調(diào)節(jié)pH等。Shi 等[69]在反滲透（RO）濃縮過(guò)的垃圾滲透液（ROCIL）中分別添加NaOH 和聚丙烯酰胺（PAM）對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。通過(guò)添加NaOH進(jìn)行化學(xué)沉淀脫除了99%以上的Ca2+和Mg2+，隨后加入5.0mg/L PAM 絮凝劑吸附無(wú)機(jī)微粒并促進(jìn)其沉淀，實(shí)現(xiàn)固液分離。Wang 等[70]利用聚氯化鋁絮凝劑有效減少了循環(huán)冷卻水中總有機(jī)碳和含磷物質(zhì)，與無(wú)預(yù)處理措施相比，通量提高了23%。

采用微濾和納濾技術(shù)去除進(jìn)料液中的微粒和大分子物質(zhì)也是非常有效的。El-Abbassi 等[71]對(duì)橄欖油廠的廢水采用絮凝/微濾預(yù)處理，使膜蒸餾的通量提高了25%，很大程度上減輕了膜污染。Karakulski 等[72]將納濾與膜蒸餾耦合處理礦井水，并在膜蒸餾進(jìn)料口增加篩網(wǎng)攔截硅膠顆粒，在1100h 的運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)水的電導(dǎo)率穩(wěn)定在1.5～2.5μS/cm，總有機(jī)碳（TOC）含量低于0.001%。

Gryta[73]對(duì)高硬度水進(jìn)行加熱處理，加熱只能分解部分碳酸氫根離子，并且在較高溫度下，碳酸根離子也會(huì)發(fā)生分解，進(jìn)一步降低碳酸根離子在溶液中的濃度，減少CaCO3在膜表面的沉積。對(duì)于堿性結(jié)垢如CaCO3和Mg(OH)2，控制進(jìn)料液的pH是一種簡(jiǎn)易的防結(jié)垢措施。He 等[74]在進(jìn)料溶液加入HCl（pH=4.1）酸堿中和生成CO2，降低碳酸根離子的濃度，從而緩解了CaCO3結(jié)垢現(xiàn)象。

Qu 等[4]探究3 種不同商業(yè)阻垢劑（SHMP、PTP-0100 和MDC220）對(duì)硫酸鈣結(jié)垢的影響，總體而言，阻垢劑能改變硫酸鈣垢的結(jié)構(gòu)，延緩膜通量的衰減。Cho 等[75]利用NaOH/Na2CO3化學(xué)軟化法將硬水軟化后再進(jìn)行膜蒸餾處理，預(yù)處理將溶液中的Ca2+和Mg2+分別降低至原來(lái)含量的2%和1%，濃縮倍數(shù)從預(yù)處理前的3.5提升至6.2。Li等[76]針對(duì)含油廢水（頁(yè)巖氣開(kāi)采廢水）采用油水分離和光催化降解有機(jī)物兩級(jí)預(yù)處理，見(jiàn)圖6。結(jié)果表明，兩級(jí)預(yù)處理能有效去除99.5%廢水中的油類物質(zhì)和半揮發(fā)性有機(jī)物（SVOC）。聯(lián)合兩級(jí)預(yù)處理操作與膜蒸餾過(guò)程，可以生產(chǎn)具有低TDS和低SVOC的水，并緩解膜過(guò)程中的有機(jī)污染和生物污染。

4.2.2 改變操作條件

影響膜蒸餾過(guò)程中的主要操作條件包括進(jìn)料側(cè)/滲透?jìng)?cè)的流速，進(jìn)料液/滲透液的溫度和滲透?jìng)?cè)的真空度（真空膜蒸餾）。高進(jìn)料液溫度是提高膜通量的主要措施，但進(jìn)料溫度較高時(shí)，CaSO4更易結(jié)垢，其原因是CaSO4在高于50℃的溶液中會(huì)表現(xiàn)出相反的溶解性[2]，溫度越高溶解能力越低，易析出晶體。一般是提高進(jìn)料液流速來(lái)預(yù)防CaSO4結(jié)垢[77]。然而，這種措施在短時(shí)間內(nèi)有效，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)由于膜面附近CaSO4濃度越來(lái)越高，依然會(huì)出現(xiàn)通量衰減。最近，Liu 等[78]提出脈沖進(jìn)料方式結(jié)合PVDF光滑膜探究了CaSO4結(jié)垢行為，如圖7。脈沖進(jìn)料能周期性地破壞層流狀態(tài)下光滑膜表面的靜態(tài)水層，一方面是促進(jìn)鹽向主體溶液的反向擴(kuò)散，降低膜表面附近的鈣離子和硫酸根離子濃度，使之遠(yuǎn)離飽和溶解度；另一方面是增強(qiáng)流體湍動(dòng)來(lái)防止CaSO4晶體在膜孔處的沉積或非均相成核。采用光滑膜可以減少污染物在膜表面的停留時(shí)間，在流體剪切力的作用下容易脫除膜面的污染物，兩者的綜合作用可以顯著防止膜面結(jié)垢。但這些推測(cè)還需要在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行驗(yàn)證，如用光學(xué)顯微鏡來(lái)證實(shí)脈沖進(jìn)料抗污染的機(jī)理。

圖6 實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的兩級(jí)預(yù)處理+DCMD集成系統(tǒng)處理含油廢水[76]

圖7 脈沖流裝置與DCMD系統(tǒng)的集成[78]

在膜蒸餾運(yùn)行過(guò)程中，有研究者通過(guò)調(diào)控外界條件來(lái)影響膜表面附近流體的力場(chǎng)分布，改變進(jìn)料液中離子的遷移速率或者晶體與膜表面之間的相互作用能。Anvari 等[79]提出給膜蒸餾裝置輔助射頻磁場(chǎng)來(lái)防止膜面的結(jié)垢，高頻射頻磁場(chǎng)能加快鈣離子和硫酸根離子在主體溶液中的碰撞，在溶液中形成較小的CaSO4晶體。其次，高頻磁場(chǎng)也會(huì)加速Na+和Cl-在溶液中的遷移，破壞CaSO4晶體之間的作用力，無(wú)法形成較大晶體。在流體剪切力的作用下，小晶體更易懸浮在主體溶液中而不是吸附在膜表面上，從而達(dá)到了防止無(wú)機(jī)鹽晶體在膜表面沉積的目的，即防止無(wú)機(jī)污染。有學(xué)者還探究了微波輻射技術(shù)在膜蒸餾過(guò)程中的阻垢效應(yīng)，如Ji等[80]研究了在微波輻射條件下NaCl 和CaCO3的成核生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微波會(huì)加速CaCO3結(jié)晶，沉積在膜表面，并以霰石晶型為主。而微波輻射會(huì)加速Na+和Cl-的自由擴(kuò)散，NaCl晶體主要存在于溶液，膜面沉積較少。

Rezaei 等[81]在進(jìn)料口通過(guò)空氣分布器給進(jìn)料液提供連續(xù)的空氣流，在PTFE 平板膜表面與進(jìn)料液間維持一層不斷更新的氣體，相當(dāng)于在超疏水膜表面充氣，避免表面活性劑與膜的直接接觸，從而防止膜潤(rùn)濕，見(jiàn)圖8。這是一種利用外界物理操作在膜表面維持穩(wěn)定氣層的方法。膜表面上不斷更新的氣體層能減小鹽或者表面活性劑等各種污染物的沉積和吸附，氣泡對(duì)進(jìn)料液的擾動(dòng)還能減弱溫差極化和濃差極化，強(qiáng)化膜蒸餾的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。

圖8 超疏膜結(jié)合表面充氣式技術(shù)的抗膜潤(rùn)濕機(jī)理[81]

4.3 膜的后處理

如上所述，通過(guò)構(gòu)造新型膜并結(jié)合新的進(jìn)料方式、磁場(chǎng)輔助等手段可以大幅度提高膜在運(yùn)行過(guò)程中的抗?jié)櫇窈湍臀廴灸芰?。但這些措施還不能完全避免膜污染和潤(rùn)濕，在長(zhǎng)時(shí)間膜蒸餾過(guò)程中，依然會(huì)存在部分潤(rùn)濕和污染，膜的物理化學(xué)性質(zhì)難以自動(dòng)恢復(fù)。所以，需要對(duì)膜進(jìn)行后處理，洗去污染物或者將膜中的潤(rùn)濕液體盡可能地去除。

膜清洗主要有物理清洗和化學(xué)清洗兩大類方法[82]。物理清洗大多是采用去離子水進(jìn)行簡(jiǎn)單清洗，這對(duì)無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶非常有效?；瘜W(xué)清洗主要是通過(guò)多步反應(yīng)來(lái)溶解或降解污染物質(zhì)，針對(duì)不同污染物使用不同的化學(xué)試劑，如無(wú)機(jī)污染物[CaCO3、Mg(OH)2]通常用酸性清洗劑，有機(jī)污染物（表面活性劑、油類物質(zhì)）用堿性清洗劑。Dow 等[83]采用3種清洗劑（NaOH、NaClO和去離子水）清洗在印染廢水中運(yùn)行了65天的PTFE膜，1.5%NaOH溶液的清洗效果最好，將膜通量由5kg/(m2·h)衰減至2kg/(m2·h)的膜，恢復(fù)至4kg/(m2·h)。而采用0.1%NaClO溶液進(jìn)行清洗的膜通量幾乎沒(méi)有恢復(fù)，可能是膜表面發(fā)生了嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，NaClO溶液清洗效果較差。膜清洗時(shí)通常是采用低壓清洗，避免污垢層進(jìn)入膜孔道，增加清洗的難度[84]。

膜清洗過(guò)后，膜的干燥也同樣重要，干燥溫度和時(shí)間可能會(huì)影響膜孔徑以及膜表面疏水性[85]。去除濕膜中的潤(rùn)濕液體主要是干燥或者氣體反沖洗。Warsinger 等[86]將PVDF 膜在不同濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、3.5%、20%）的NaCl 溶液中進(jìn)行浸漬處理，來(lái)模擬膜的潤(rùn)濕過(guò)程；用氣體反沖、干燥和干燥后再進(jìn)行氣體反沖分別處理濕膜，并測(cè)試膜的LEP來(lái)定性評(píng)價(jià)膜的恢復(fù)效果。結(jié)果表明經(jīng)過(guò)氣體反沖的膜的LEP恢復(fù)率可達(dá)到60%，干燥和干燥后再進(jìn)行氣體反沖洗操作恢復(fù)率各為11.5%和15.4%。這是由于在干燥過(guò)程中，隨著水的不斷揮發(fā)，高濃度的NaCl殘留在膜表面或者孔道，引起內(nèi)部結(jié)晶現(xiàn)象，導(dǎo)致膜孔抗?jié)櫇衲芰p弱[86]。單獨(dú)的氣體反沖洗能在很短的時(shí)間內(nèi)將濕膜中的鹽溶液反向吹出，是一種簡(jiǎn)單有效的疏水膜后處理方法。氣體反沖洗需要嚴(yán)格控制反沖壓力，避免破壞膜孔結(jié)構(gòu)，或者可開(kāi)發(fā)墊片來(lái)預(yù)防膜結(jié)構(gòu)的破壞，以應(yīng)用于高壓氣體反沖洗操作。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

本文簡(jiǎn)要介紹了膜蒸餾過(guò)程中存在的膜潤(rùn)濕和膜污染現(xiàn)象，分析它們的特點(diǎn)及形成原因，并簡(jiǎn)要介紹了膜潤(rùn)濕和膜污染的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)手段，重點(diǎn)總結(jié)了防止膜污染和抑制膜潤(rùn)濕的最新研究進(jìn)展。根據(jù)膜潤(rùn)濕和膜污染的形成機(jī)理，抑制膜潤(rùn)濕和防止膜污染的方法主要分為3類：①新型膜的制備；②膜蒸餾過(guò)程的輔助操作；③膜性能的后處理恢復(fù)。

新型膜的開(kāi)發(fā)是從源頭上避免膜潤(rùn)濕和膜污染，主要有全疏膜（包括光滑膜）、Janus膜和親水致密膜。其中全疏膜由于膜面有一層穩(wěn)定的“氣墊”而具有很強(qiáng)的抗?jié)櫇窈湍臀廴拘阅?，且膜面越光滑污染物越不易附著在膜面，抗?jié)櫇窈湍臀廴拘阅茉胶?。Janus 膜的親水表面對(duì)疏水物質(zhì)有排斥作用，在應(yīng)對(duì)油類物質(zhì)方面表現(xiàn)出優(yōu)異的耐污染性，將全疏膜與Janus 膜進(jìn)行結(jié)合可能具有更強(qiáng)的抗?jié)櫇窈湍臀廴拘阅堋ＳH水致密膜用于滲透汽化過(guò)程，從根本上避免了膜蒸餾中疏水膜的潤(rùn)濕，表現(xiàn)出穩(wěn)定的脫鹽性能，但因?yàn)橹旅苣髻|(zhì)阻力較大，降低致密皮層厚度并增大支撐層孔徑將有利于提高膜通量。

除了制備新型膜外，還可通過(guò)對(duì)進(jìn)料液預(yù)處理，降低料液中油類物質(zhì)等有機(jī)污染物以及無(wú)機(jī)鹽（Mg2+、Ca2+）的含量來(lái)減少膜污染。在膜蒸餾運(yùn)行過(guò)程中，可利用外部磁場(chǎng)、脈沖流進(jìn)料以及鼓氣式進(jìn)料來(lái)改善膜表面附近局部流體的流動(dòng)狀態(tài)，促進(jìn)污染物向流體主體的反向擴(kuò)散，抑制晶核長(zhǎng)大，從而緩解膜污染。對(duì)污染或者潤(rùn)濕的膜進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚恚謴?fù)性能也是膜應(yīng)用的必要措施，如通過(guò)物理或化學(xué)清洗清除膜污染，快速的氣體反沖排出膜中的潤(rùn)濕液體。

膜蒸餾技術(shù)作為一種新型的脫鹽技術(shù)，具有受滲透壓差影響較小、能利用廢熱和低級(jí)熱能等特點(diǎn)，而吸引著眾多研究者。相比成熟的反滲透脫鹽技術(shù)，由于反滲透膜的親水性而具有較好的抗污染性，且不存在膜潤(rùn)濕問(wèn)題，具有成熟的膜通量恢復(fù)措施。但膜潤(rùn)濕和膜污染會(huì)制約著MD膜的使用壽命，而且膜清洗和膜性能恢復(fù)等方面的研究尚未成熟，這些都阻礙了膜蒸餾技術(shù)的工業(yè)推廣應(yīng)用。一方面是進(jìn)料液組成千差萬(wàn)別，膜蒸餾過(guò)程中膜潤(rùn)濕和膜污染機(jī)理復(fù)雜，近幾年才開(kāi)始少量研究膜潤(rùn)濕和膜污染機(jī)理。另一方面，對(duì)膜潤(rùn)濕和膜污染過(guò)程的監(jiān)測(cè)以及預(yù)測(cè)手段還很有限，在對(duì)膜潤(rùn)濕和膜污染過(guò)程進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，量化分析潤(rùn)濕和污染指標(biāo)，開(kāi)發(fā)新的監(jiān)測(cè)設(shè)備以及預(yù)測(cè)手段，且應(yīng)用范圍更廣，不僅僅局限于平板膜。

充分理解膜污染和膜潤(rùn)濕的機(jī)理可能需要很長(zhǎng)一段時(shí)間。但總體方向是明確的，降低進(jìn)料液中污染物濃度或者污染物與膜表面之間的親和性，多種措施聯(lián)合能顯著緩解膜潤(rùn)濕和膜污染，推進(jìn)膜蒸餾的大規(guī)模應(yīng)用。