膜技术应用于饮用水处理的试验研究 8页

1.2饮用水处理工艺1.2.1传统饮用水工艺及问题随着我国社会与经济的发展，我国供水行业所面临的突出问题是水质问题，一方面水源普遍受到污染，另一方面水质需求标准不断提高。而我国城市自来水水质明显低于国外发达国家。原因一方面是由于我国现有水源均有不同程度的污染，而另一方面是由于我国大多数水厂仍然采用的是常规饮用水处理工艺:混凝一沉淀一过滤一消毒。这种常规处理工艺主要去除对象是原水中的浊度、色度、悬浮物、胶体杂质和细菌。通过投加混凝剂，使水中的胶体和细小悬浮物相互聚合，形成较大颗粒絮体，再通过沉淀进行分离。过滤则进一步截留沉淀后水中残留的杂质，降低水的浊度。在饮用水处理工艺中，过滤工艺是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。并且，采用消毒来火活水中的致病微生物。水的消毒方法很多，包括氯及含氯化合物消毒、臭氧消毒、紫外消毒等，其中氯消毒最为经济，使用方便，效果显著，应用也最为广泛。目前我国绝大多数给水厂仍然主要采用传统水处理工艺。水源水中的有机物含量日益增多，组分复杂多变，水库、湖泊由于富营养化导致藻类滋生严重，加重了水源处理的困难，这都给传统的饮用水处理提出了严峻的挑战。而2007年7月1口起实施的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求。自20世纪70年代初美国环保局在饮用水中检测出致突变的三氯甲烷以来，水中有机物对健康的危害引起人们越来越多的关注水质标准日益严格化。如何获得安全可靠的饮用水已成为给水领域的研究热点。这些研究主要集中在三个方面:减少水中人工合成有机物的含量、控制消毒副产物的生成及提高饮用水的生物稳定性。这三方面的研究均可归于去除水中的各种有机物。水源水中的污染物主要是天然有机物(NaturalOrganicMatter,NOM，是动植物在自然循环和代谢过程中腐烂分解所产生的物质，其主要成分是腐殖质，表面含有多种官能团，能够与钙、镁、锰等大分子金属离子络合，从而影响水处理中混凝效果。腐殖质的主要官能团包括羟基、酚羟基、醇羟基、梭基和间苯二酚等。腐殖质是水处理工艺中最为难处理的部分，按其在酸、碱中的溶解性差异可分为:腐殖酸（HA)、富里酸(FA)和腐黑物，在一般的混凝条件下很难得到有效地去除。腐殖酸的存在，一方面会使水中金属离子和微量元素含量下降，矿化度降低，从而破坏了某些人体必需元素如Ca,Mg,Mn,V,Mo等的吸附和平衡;另一方面，可以影响金属离子的毒性和生物有效性腐殖质本身对人体并没有毒害作用，但它属于难降解有机物，且具有较高的卤代活性，是最常见的三卤甲烷(THMs)前体物质，易在水厂加氯过程中形成消毒副产物DBPs和三卤甲烷类致癌物质。这些化合物对人体有害，有致癌作用，去除水中的有机物可以有效减小THMs的生成量，消除其对人体健康的影响。总体来说，治理微污染水源特别是去除水中有毒有害物质成为饮用水处理中急待解决的问题。传统水处理工艺面临水源水质的持续恶化，有时无法满足饮用水标准要求。1.2.2饮用水处理工艺发展面对传统工艺的以上问题，多种行之有效的新型水处理工艺已被开发出来，以提高饮用水水质。包括强化常规处理、预处理和深度处理等技术都是近几年水处理技术的主要发展趋势。2.2.1强化常规工艺强化常规处理包括强化混凝、强化沉淀与气浮和强化过滤等。强化混凝主要是基于混凝剂投加量的提高或混凝过程pH条件的控制，包括最大化去除颗粒物和浊度，最大化去除水体有机物和DBPs前体物，减小混凝剂的残余量，减少污泥产量，最小化生产成本等。强化沉淀的措施主要是优化斜板间距、优化沉淀区流态、优化排泥，采用斜管代替斜板的斜管沉淀、拦截式沉淀等;而强化气浮则主要是优化气浮的接触区和分离区、优化进水和出水、优化各区流态、气浮与预氧化结合技术、实现高速气浮与多功能气浮等。\n强化过滤技术可以通过对滤池滤速的控制，采用新型或多层的滤料，增加预处理以及投加助滤剂等方式实现，而其中最为关键的是滤料的选择。而现有的研究也只要是围绕这个主题展开的，从早期的石英砂和无烟煤，到陶粒、瓷砂、泡沫塑料和纤维滤料等。目前，国内外的研制的新型滤料主要是通过改变滤料表面特性、改善过滤性能来提高其截留能力，达到改善水质的目的。改性滤料即是在载体滤料的表面通过化学反应涂上一层改性剂(通常为金属氧化物)，从而改变滤料颗粒表面物理化学性质，以提高滤料对某些特殊物质的吸附能力和增强滤料的截污能力。2.2.2预处理技术目前我国常用的预处理技术主要有吸附法、化学氧化法和生物氧化法。吸附预处理技术是指利用物质的吸附性能或交换作用来去除水中污染物的方法。目前用于水处理的吸附剂有活性炭、硅藻土、二氧化硅、活性氧化铝、沸石、多孔合成树脂、活性炭纤维等。粉末活性炭(PAC)是其中应用最为广泛的方法，是将PAC和混凝剂一起投加于原水中以吸附有机物，参与混凝沉淀过程后残留于污泥中，但由于其费用较高且活性炭的吸附能力得不到充分的发挥，故一般应用于原水季节性水质恶化或水质变化时。化学氧化预处理是一种传统处理方法，指向微污染水源水中投加化学氧化剂，以氧化分解水中的有机物和控制消毒副产物，同时还能有效去除水中大量存在的藻类。常用的化学氧化剂有:臭氧、高锰酸钾、过氧化氢、二氧化氯和紫外线辐射等。化学氧化预处理技术可能会使氯化后的出水致突变性增加，且运行费用高目前研究的主要热点是各氧化剂之间的协同作用，使饮用水源中的各种有机物得到彻底的去除。生物预处理是指在常规处理工艺之前，借助于微生物群体的新陈代谢活动，去除原水中可生物降解的有机物及可能在加氯后致突变物质的前驱物和氨氮，亚硝酸盐等污染物，再通过改进的传统工艺处理，使处理后的水质改善。常用方法有生物滤池、生物转盘、生物流化床，生物接触氧化池和生物活性炭滤池。2.2.3深度处理饮用水深度处理是指在常规处理的基础上，采取进一步的措施将常规工艺不能有效去除的微量有机污染物或消毒副产物的前体物加以去除，提高和保证饮用水水质的安全。这些技术主要包括:高级氧化技术、活性炭吸附技术、生物活性炭、臭氧一生物活性炭技术和膜技术等。其中，膜技术已经在水处理领域中得到了普遍的认可，其中微滤（MF)和超滤（AF)技术的应用最为广泛。2.3滤池反洗水回收的研究进展随着城市建设和环境保护事业的不断发展，给水厂所排出的生产废水即滤池反洗水对环境的污染越来越引起人们的关注。而不断增长的水资源压力使得滤池反洗水回收，提高饮用水处理中的产水率迫在眉睫。目前我国给水厂拥有滤池反洗水处理与回收再利用设施的还不足50%，从可持续发展和降低给水厂运行成本的角度，将这部分水回收对于城市节水具有积极意义。滤池反洗水中含有大量有机物、藻类、部分重金属，尤其是含有高浓度的病原微生物。因此，回收滤池反洗水后可能对给水厂出水水质产生的影响一直是研究的热点。Hochstrat等人的调查表明滤池反洗水回收利用中的关键问题就是回收水对人类健康的影响。现有的给水厂滤池反洗水的回收方式可分为直接回收和处理后回收。直接回收一般为将滤池反冲洗废水收集到回收池，然后由泵抽至配水井中与原水混合，这种方法在给水水厂的应用逐渐减少。处理后回收指将滤池反冲洗水的上清液经过某些工艺处理后，水质满足原水的常规化学指标和生物指标后再回收。在回收前对反冲洗废水进行预处理，美国《回收滤池反冲洗废水技术指导手册》里推荐主要有六种工艺可供参考:（I)沉淀;（2)微砂辅助沉淀;(3)气浮;(4)颗粒床过滤;（5)膜过滤;(6)消毒。而由于超滤膜对隐袍子虫、贾第虫、细菌和病毒的\n有效截留，而逐步开始研究并将其应用于处理反冲洗废水中。现有的研究表明采用超滤膜回收砂滤反洗水得到了安全保障并且出水水质能够达到饮用水卫生标准。Willemse等人报道在荷兰1997年建成了一套超滤装置回收处理水厂的反冲洗水，采用全流死端过滤的方式运行一年，最大处理能力为120m3/h，系统回收率达到93%，能耗低于0.15kWh/m3，出水水质满足饮用水水质标准，其中膜出水浊度均低于0.05NTU。Balaban等人应用中试规模的MF膜系统处理未经沉淀的滤池反洗水，采用通量为150-200L/m2-h，出水水质满足欧盟饮用水标准。M.E.Walsh的研究结果表明滤池出水混合10%的中试OF膜处理过的滤池反洗水后，对其出水中细菌总数、总三卤甲烷和氯乙酸浓度没有影响，说明采用OF膜滤池反洗水能够控制有效地其消毒副产物和生物稳定性。Li等人采用陶瓷膜处理砂滤池反冲洗水，膜出水水质良好，产水率达到98%oRessmann采用中试规模的浸没式OF膜系统分别处理了经沉淀处理和不沉淀处理的两种滤池反洗水，采用通量为40L/h.m2，回收率均达到90%。试验结果表明是否在OF膜装置前增设沉淀池，对膜出水水质和通量没有显著的影响。在两种运行方式下，膜出水水质指标均到饮用水水质标准，特别是铝、砷、钙、铁和锰等金属离子被完全去除，出水经连续消毒后，无安全隐患。1.3膜技术在饮用水中的应用膜技术自开始应用于水处理领域以来，由于其对于颗粒物、细菌和微生物的有效截留而得到广泛关注。在饮用水处理中常用的膜可以分为四类:即微滤膜（MF}、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)。微滤和超滤为低压膜，其主要区别就是孔径大小不同，前者孔径大于0.1um，主要去除悬浮分颗粒、细菌和部分病毒，后者孔径范围在0.01-0.1um之间，主要应用于大分子或细小胶体以及病毒、细菌的截留。纳滤膜可以有效地截留多价离子，但是对单价离子的截留性很差。RO膜几乎可以截留所有水中的溶质。而其中超滤（UF)和微滤（MF）技术由于操作压力低、出水水质稳定在给水处理中的应用不断发展，已具有取代传统饮用水处理的潜力，已成为应用最为广泛的膜技术。微滤和超滤膜去除水中污染物的过程是通过膜孔的直接筛除作用，对污染物的去除有极好的稳定性o1988年，世界上第一座膜分离水厂在美国的科罗拉多州的Keystone建成运行，处理水量为105m3/d，采用0.2um孔径的中空纤维微滤膜随着膜技术的成熟以及膜价格的逐年降低，膜技术在饮用水处理中得到了广泛的应用，被称之为“二十一世纪的水处理技术”。1.3.1预处理与低压膜联合工艺的应用膜技术是物理分离，在处理地表水的过程中，NOM是最为常见的有机污染物质，单独应用微滤膜和超滤膜对溶解性有机物的去除率不高，并且会造成严重的膜污染，对于高浊度水也难以适应，研究者更多的是将微滤和超滤膜与其他预处理措施联合应用，以达到相应的处理要求，提高对NOM的去除效果，改善饮用水的水质。为此往往将一些物化处理工艺与膜技术组合，以保证膜处理效果的稳定性，降低膜维护次数，延长膜的使用寿命。预处理、膜组件的选择和流程的安排，这三个相互影响因素的优化组合决定着膜处理装置运行的成败。目前，常用的预处理措施有:混凝/絮凝、吸附和氧化等，在本文具体论述这几种预处理方式与膜技术联合应用方面的研究进展。3.1.1混凝预处理混凝可以有效的去除水中的颗粒物、胶体和溶解性有机物，与低压膜技术联用后，能够提高其出水水质。何文杰等人采用混凝和浸没式OF膜处理滦河水，在增加混凝预处理工艺后，CODMn的去除率提高了13.6%，并且对于浊度和细菌等都有非常好的去除效果。pikkarainen等人采用四种混凝剂聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸铁和三氯化铁与MF膜联用处理SUVA(特征紫外吸光度，SUVA=UV2s4/DOCx100)>4.8的地表水，原水中UV254的去除率均达到99%，对DOC的去除率在78-88%之间，其中三氯化铁作为混凝剂时，DOC的去除率最高，\n并且在运行过程中所形成的滤饼层阻力最小。低压膜在应用于饮用水处理中的关键问题是膜污染。膜污染导致通量下降和跨膜压差上升，增加维护和清洗次数，造成制水成本增加。膜污染的主要因素是天然原水中的有机物。混凝预处理可以改善膜污染，提高膜过滤通量，主要是依靠以下三种方式:(1)降低进水中的污染物，将水中造成膜污染的细小胶体颗粒通过混凝包裹在较大的矾花中被膜截留，防止其沉积或吸附在膜孔内部;(2)改善沉积在膜表面的滤饼层过滤性能，有文献报道混凝可以降低膜表面滤饼层的阻力，在应用混凝一微滤工艺处理地表水中发现，随着絮凝时间的加长，不规则絮体逐渐减小，特别是颗粒尺寸小于5um的胶体颗粒，这样形成的滤饼层较为松软，孔隙率高，滤饼层阻力较低，从而起到了提高膜通量的作用。Xia等人用混凝-OF工艺处理宾县水库原水，由于增加混凝预处理改善了滤饼层的压缩性能，从而提高了反洗工艺效率。有文献研究了硫酸铝、聚合水合氯化铝和聚合氯化铝二种铝盐作为混凝剂对于微滤膜污染的影响，在对腐殖酸相同去除率的条件下，聚合水合氯化铝和聚合氯化铝所形成的滤饼层阻力是硫酸铝的2-3倍，膜污染也较为严重。(3)改善水中颗粒物和胶体的迁移性能，混凝可以通过吸附架桥等作用将水中的胶体等物质絮凝成较大尺寸的颗粒物，从而被膜截留而不堵塞在膜孔内部，另外，颗粒物的粒径越大越不容易沉积在膜表面，即使沉积也容易被反洗等物理清洗措施所洗脱。Lee在试验中发现，混凝能够降低MF膜污染的原因是增加了大于10um颗粒物。混凝作为膜的预处理措施时，可以在膜分离前增加沉淀工艺，这样可以使在混凝过程中脱稳的胶体以及吸附在矾花表面的有机物通过沉淀与原水分离，降低膜进水中有机物含量，所以原水经混凝一沉淀工艺处理后可以延缓膜污染。张艳等人利用中试规模的混凝一沉淀一浸没式OF膜工艺处理东江水，膜通量平均维持在43.5-62.8L/m2-h，出水水质稳定。另外，这种工艺另一种优点是当遇到特殊情况使水质恶化时，可采取投加粉末活性炭或工程菌等应急措施解决OF膜对有机物和氨氮去除能力有限的问题。另一种方式为在线混凝，即混凝后原水全部进入膜系统，这种方法可以减小整个膜系统的占地面积，但是会将脱稳的有机污染物和混凝剂的水解产物均累积在膜表面，导致膜污染的加剧，并且膜进水水质及膜材料对膜污染的影响较为显著。Wang研究了pH值对在线混凝-OF工艺膜污染的影响控制腐植酸和自来水配制的试验原水DOC为5mg/L，以硫酸铝为混凝剂，试验结果表明pH值为7时膜污染阻力要小于pH值为5时。Tran在处理高浓度溶解性有机物原水时，投加一定剂量的铝盐可以延缓PVDF微滤膜的膜污染，却加剧了PP微滤膜膜污染。1.3.1.2吸附预处理吸附主要是利用吸附剂对原水进行必要的前处理，如去除水中大部分的浊度、各种类型的有机化合物和色度，这些污染物的去除为后续的膜过滤提供了必要的保障。在吸附一膜联用技术中，活性炭是最常用的吸附剂，按颗粒尺寸可以分为颗粒活性碳(GAC)、粉末活性炭(PAC)和颗粒尺寸更小的超级活性炭(S-PAC)。土琳等人采用GAC-OF组合工艺处理饮用水，膜出水中浊度、CODMnUV254和大肠杆菌，尤其是对腐殖酸和富敏酸以及相应的消毒副产物都有较高和稳定的去除效果。朴芬淑用MF与PAC办同处理微污染源水，具有较好的处理效果，浊度平去除率93%,色度去除率86%,CODMn去除率70%,UV254去除率61%。土晓莲等人采用在PAC-OF工艺处理自来水，投加PAC后可以提高OF膜对CODMnUV254的去除能力。随着投炭量的增加，去除率逐渐提高，在同一投炭量时，随系统运行时间的延长，膜出水中有机物的含量经历一个初期下降到长时间稳定的过程。Matsui发现S-PAC对于NOM和UV254的吸附能力远远高于普通的PAC，在相同的NOM去除效果时，投加量仅为PAC的1/10，在应用于MF的预处理后可以降低75%的投药量。目前国内外学者关于投加活性炭作为预处理对膜污染的影响还存在不同观点。\nPirbazariMassoud等采用PAC-MF工艺处理含有天然和合成有机物原水时，投加PAC有效提高膜过滤通量。Matsui在混凝和陶瓷微滤膜的组合工艺中分别投加了S-PAC和PAC后均能够减缓膜污染。但也有研究表明，PAC对提高膜通量的效果甚微。朴芬淑利用MF与PAC办同处理微污染饮用水源水时发现，初期膜污染相对较快，污染达到一定程度后，膜阻力增长速度减缓，有一个稳定期。于海琴的研究表明，投加PAC进行预处理后OF的膜通量下降趋势有所减缓，但并不能显著地减缓膜污染并获得高通量。在Cheng的研究中PAC作为超滤膜的预处理并没有减缓膜污染，甚至使膜通量下降。可见，活性炭是否能够延缓膜污染与原水水质密切相关，需要根据不同的原水进行分析。1.3.1.3预氧化预氧化是指在水处理前段投加氧化剂强化其处理效果的预处理措施，其目的是去除水中的有机污染物、阻止微生物生长、除藻和除铁锰等，从而保障饮用水的安全性。常用的氧化剂有臭氧、次氯酸钠和高锰酸钾等。(1)臭氧臭氧是应用最为广泛的预氧化技术，对于水中色度和嗅味均有较好的去除作用，特别是臭氧可以在水中发生链式反应，生成氢氧自由基(-OH)将大分子有机物氧化成为小分子有机物，但是其与NOM反应可能会成消毒副产物溴酸盐。Mozia采用臭氧-OF工艺可以去除原水中96%的TOC和100%的UV254，但OF膜无法有效去除臭氧产生的消毒副产物。Karnik研究了臭氧一陶瓷膜对于NOM和消毒副产物的去除效果，系统对于DOC,TTHMs和HAAS的去除率分别达到50%,80%和65%，并且缓解了膜污染。Hashino在研究中采用臭氧预处理后，提高了MF膜的出水水质和膜通量，在臭氧浓度为3mg/L时，膜通量达到210L/m2-h，是没有投加臭氧时的3-4倍。（2)次氯酸钠预氯化是低压膜常用的预处理措施，能够有效杀藻，提高低压膜对有机物的去除效果，但是氯和NOM反应所形成的DBP是其应用中的主要问题。田宝义等人在混凝-OF中试系统处理高藻期滦河水时期采用预氯化措施，提高了有机物和藻类的去除效果，还改善超滤膜的运行通量，经预氯化后的膜出水的消毒副产物和微囊藻毒素浓度均低于《生活饮用水卫生标准》的限值。预氯化可以有效的控制微生物的生长，从而控制膜表面的微生物污染，但是对于膜表面的无机物污染的影响有两种不同的观点:有研究者认为次氯酸钠可以将Al,Fe和Mn等无机离子氧化成氢氧化物并沉积在膜表面堵塞膜孔，从而导致严重的膜污染；而在其他的一些文献中报道，由于次氯酸钠的氧化作用形成的金属氧化颗粒在膜表面的累积并不会造成膜污染，反而会改善膜通量，主要是由于这些氧化颗粒可以吸附NOM。(3)高锰酸钾高锰酸钾是一种强氧化剂，可以有效的去除原水中的有机物、控制消毒副产物前体物，但是作为低压膜的预处理应用较少。胡红梅等人采用预氧化和MF联用工艺处理微污染原水,TOC和UV254的去除率分别为22%和35%，出水CODMn均小于3mg/L。Best在0.5mg/L的高锰酸钾和铝盐与浸没式OF联合去除原水中铁和锰，效果显著。孙丽华等人利用中试规模的混凝/砂滤/超滤组合工艺处理松花江水，增加高锰酸钾预氧化后提高了原水中有机物的去除效率，并且改善膜渗透性能。1.3.2膜污染3.2.1膜污染及其影响因素膜污染是指反应器内混合液中的悬浮颗粒、胶体粒子或溶解性大分子有机物在膜表面和膜孔内部吸附和沉积，造成膜孔径减小或堵塞，导致膜通量下降的现象。在利用低压膜技术制备饮用水的过程中，膜污染是主要的影响因素，也是近年来研究的热点。随着膜污染的逐\n渐加剧，系统膜通量逐渐降低，产水率也逐渐降低。引起膜污染主要有两个原因1:浓差极化的影响，主要是膜表面局部溶质浓度增加引起边界层流体阻力增加(或局部渗透压增加)，从而导致传质推动力下降而引起膜污染，这种膜污染是可逆的，通过降低料液浓度或改善膜表面附近料液侧的流体力学条件而缓解，使膜的分离特性得以部分恢复;另一方面是膜表面吸附溶质形成的膜污染，包括膜孔被溶质堵塞引起膜过滤阻力增加、溶质在膜孔内部吸附和膜表面所形成凝胶层所增加传质阻力，而这三种影响往往是不可逆的。关于膜污染机理没有统一的理论，但文献中一致认为原水中的粒子与膜材料的相互作用是影响膜污染的最主要因素。总的来讲，膜污染过程是从内部到外部的。在过滤初期，原水与膜刚接触时，较小的粒子大量渗入膜孔中，部分相对质量较小的有机物吸附在膜孔内部造成膜孔堵塞，而表观尺寸较大的有机物和悬浮颗粒物则被截留在膜表面，开始形成疏松多孔的滤饼层，这可以改善膜的过滤性能(截留部分小于膜孔径的有机物和悬浮物)，并且滤饼层阻力在之后过程中成为整个膜阻力中最主要的组成部分。经过连续的膜分离运行，一部分滤饼层被水力清洗所剥离，但是与膜表面粘附较为紧密的滤饼层仍残留在膜表面，经过长时间的运行后难以被水力清洗的滤饼层逐渐累积、厚度不断增加，滤饼层内部的小粒子比例不断的增加，导致滤饼层孔隙率减少并逐渐被压实，并最终形成凝胶层，从而造成较为严重的膜污染。许多因素影响膜污染，包括天然水体中有机物的种类、无机离子和膜本身的性质等。NOM是在低压膜过滤中可逆和不可逆污染的主要污染物质。有文献报道憎水性腐殖质主要是由相对分子量较大的有机物组成，是NOM的主要成分(约占50%以上的DOC)。腐殖质被公认为是低压膜处理天然水源时的主要膜污染因素，并且主要造成的是不可逆污染。Yuan等人在研究腐植酸对0.16um的亲水性MF膜污染的影响中发现，膜前期污染与腐植酸有关，并且膜污染的机理主要由于腐植酸在膜表面的沉积和膜孔内部的吸附作用。Schafer也在研究中得到相同的结论，腐植酸是主要的膜污染物质，造成78%的膜通量下降，而富里酸仅为15%。Turcaud等人利用OF膜处理Seine河水时，膜通量的下降也主要是由腐植酸在膜表面的沉积造成的。另外，有机物的分子量大小与膜污染也密切相关。Lee认为OF和MF的膜污染主要是多糖和蛋白质等大分子有机物造成的，而多糖和醛的衍生物较容易吸附在憎水性的OF膜表面。Kerry等人也在试验中发现，相对分子质量越大的有机物，引起的通量下降也越大。而Mo等人的研究却认为MW<0.6kDa的有机物是造成膜污染的主要物质，该区间内的DOC占到洗脱液中DOC的比例在50%以上。NOM的亲疏水性对有机物和膜之间的相互作用有很大的影响。Fan将原水中的有机物分离为亲水性、疏水性、弱疏水性和中性，再分别进行膜过滤试验，得到的四种有机物污染膜影响的大小顺序依次为:中性>疏水性>弱疏水性>亲水性。Carroll和LinhuaFan分别进行了过滤试验，结果表明造成通量下降的主要是有机物组分是中性亲水性有机物。也有学者认为原水中含有较多的亲水性有机物会造成严重的膜污染。Jarusutthirak认为膜污染主要是由低芳香度和较大分子量的亲水性有机物通过吸附机理所造成的。而董秉直在用OF膜处理河水时得到了不同的结论，在超滤膜直接过滤原水时，是由于截留了较多的疏水性有机物而造成通量的下降。悬浮的颗粒物和无机离子也会造成膜的无机污染，这主要与原水成分有关。天然水体中的钙、镁、硅、铁等高价阳离子会与腐殖酸发生鳌合作用，使其官能团受到掩蔽而容易接近并吸附在膜表面或膜孔内部。有文献报道称随着原水中的钙浓度增加，膜污染也越严重，主要是由十钙离子在有机物和膜表面之间起架桥作用，使膜表面所形成的滤饼层的孔隙率下降，从而致使膜通量下降。\n上述分析表明，膜污染的主要成因，需要根据不同的水源而做具体分析。1.3.2.2膜污染控制方法目前较为有效的膜污染控制措施主要是预处理、膜表面改性和优化操作条件。预处理是尽可能地将有机物去除，主要采用混凝和活性炭吸附两种措施，在1.3.1小节已有详细的介绍。膜表面改性是指在膜组件投入运行前应进行亲水性处理，引入阴离子基团，增强空间斥力，以强化其抗污染能力。膜系统操作条件的优化是指在膜系统运行过程中，在考虑经济性的前提下，选择合适的过滤通量、操作压力、错流速率和曝气量。膜系统的运行情况与膜通量有直接的关系。一些研究者认为在膜组件在临界通量以下运行时，可避免显著膜污染的产生。Howell认为在小于或等于临界通量的条件下运行，可以降低膜污染速率。膜污染与膜面附近液料的流体力学条件有关，如压力式膜组件可提高进水的错流速率，浸没式膜组件可以提高其曝气量，两者均是起到增加膜表面的流体剪切力的作用，改善膜表面附着的污染物向混合液的反向扩散，降低其在滤饼层的沉淀速率，从而起到延缓膜污染，保持较高的膜通量的作用。其效果与错流速率和曝气量的大小以及混合液的颗粒尺寸有关。Thomas等研究发现，当错流速率大于3m/s时，反而增大了膜污染阻力，当反应器内的水力剪切力增大时，会导致膜表面沉积颗粒的粒径减小，小粒径颗粒的增多使滤饼的结构更加致密，从而导致膜污染更为严重。Bouhabila的研究发现曝气可以增大水力对膜表面滤饼层的冲刷作用，但只有在较高的过滤通量条件下才有效。3.2.3膜清洗由于膜污染始终伴随着低压膜的过滤过程，因此当膜过滤进行一段时间后，为了膜系统能够正常进行，必须及时对其进行清洗，以去除污染物，恢复膜的过滤性能。膜清洗常用的方法有物理清洗和化学清洗。不同的清洗方法去除的污染物不同，物理清洗是利用高速水流或水和空气的混合流体冲洗膜表面，对膜表面的滤饼层有较好的去除作用，主要是去除膜表面的可逆污染。化学清洗借助某些化学药剂去除膜表面的不可逆污染。(1)物理清洗物理清洗包括水力清洗、气体脉冲清洗、超声波清洗和脉冲电场等。其中应用最为广泛的是水力冲洗，包括正压冲洗、负压反冲洗等，正压冲洗是通过高速的水流，增大膜表面的剪切力，去除膜表面的凝胶层。反压清洗即通过在膜的透过液一侧施加压力，使透过液反向透过膜。该法一方面可以冲掉堵塞在膜孔内的污染物，另一方面对料液侧膜表面的附着层也有着一定的冲洗作用。康华在中试试验中采用曝气和水联合作用，是污染物的粘滞力下降，较大程度的清除膜污染。也有文献相继报道了一些比较新颖的物理清洗方法，如脉冲电场膜清洗和超声波膜清洗技术。脉动电场膜清洗的原理主要是利用了电泳和电渗现象去除膜表面的荷电颗粒，对荷电膜的效果最为明显。超声波膜清洗是指用超声波引起膜面的高频振动、超声空化、声流以及热效应等。国内外的研究均表明，超声波能够提高或恢复膜的通量。但是只采用低功率超声波对污染较为严重的超滤膜进行清洗，膜通量恢复并不完全，而在化学清洗的过程中增加超声波清洗，可以强化化学清洗的效果。（2)化学清洗化学清洗主要有两种方式:在线化学清洗(EFM和CEB)和离线化学清洗（CIP)。EFM和CEB工艺中清洗药剂浓度和浸泡时间均低于CIP工艺。在化学清洗时，需要考虑膜材质的耐药性、污染物种类等，然后根据不同的条件选定清洗剂的种类、浓度和操作顺序。常用的清洗剂有碱洗液(NaOH),酸洗液(HCl,H2S04、草酸和柠檬酸等)、氧化剂(H202,NaOCl等)和表面活性剂等。不同清洗剂去除的污染物也有区别。NaOH\n可以溶解较弱的酸性有机物，它能够打开NOM的分子链，使清洗液中溶质容易扩散至膜表面[94]酸洗液主要去除膜表面的无机离子，应用较为广泛的是无机酸（HCl和H2S04）能够迅速使溶液pH值降至1,溶解膜表面的无机沉淀，溶出结合在凝胶层中的无机金属离子。而有机物酸(草酸和柠檬酸)可以有效的将膜表面金属和有机物形成络合物溶解扩散至洗液中氧化剂可以将NOM氧化为小分子的有机物，特别是以有机物为主要膜污染物时，NaOCI与NaOH联合使用的效果要优于单独使用NaOCI时。在实际的工程中，经常采用两种或三种清洗液对膜进行化学清洗，这就涉及到操作顺序的问题。大量的研究表明在化学清洗的过程中先碱洗后酸洗对膜通量的恢复效果要优于先酸洗后碱洗。这是因为，如果先酸洗的话，Ca2+、Mn2+等离子的沉淀物会重新溶解为离子状态，而离子状态的Ca2+,Mn2+在之后的碱洗过程中会重新生成沉淀物而覆盖在膜表面，大大降低了膜的化学清洗效果。