膜法水处理过程中膜污染、膜清洗及衍生的膜材料老化问题越来越受到人们的重视。膜污染导致膜分离性能退化，而频繁的化学清洗影响超滤膜材料的固有结构及特性进而导致膜老化现象发生。膜污染及膜材料老化是超滤工艺大规模应用的主要限制因素，已成为当前超滤技术研究的热点问题。
　　首先，本文以聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜材料为研究对象，结合材料表征手段和膜压缩性能测试，讨论了次氯酸钠化学清洗对膜材料表面化学组成、物化特性及结构变化的影响。实验以水体中天然有机物(NOM)模拟物为研究对象，考察了膜材料老化对膜污染行为和分离性能的影响。实验结果表明，在膜老化进程中，致膜老化机理不同，依次为亲水性添加剂(致孔剂)的降解析出、大分子链交联、脱氟化氢/氧化效应，其表面/结构特性随之变化。一定清洗强度下的老化膜机械性能严重退化，表现为当跨膜压差超过0.1MPa时其固有阻力显著增大。超滤过程老化膜的不可逆通量衰减由不可逆污染和机械性能下降导致的有效过滤层不可逆压缩共同构成，进而提出超滤过程“动态阻力机制”。另一方面，结合xDLVO理论和激光共聚焦显微镜(CLSM)可视化分析，揭示了老化膜污染行为、污染层结构及混合污染物竞争吸附行为。实验结果表明，老化膜的抗污染能力因其与污染物间能垒的变化而改变，膜老化对腐殖酸污染影响最小，蛋白污染严重恶化。蛋白和海藻酸钠同时存在会发生竞争吸附，协同污染现象。
　　其次，本文还利用功能性多巴胺对老化超滤膜进行结构性能修复研究。结果表明老化膜介尺度孔径决定其修复机制，聚多巴胺可以修复具有较大孔径的PVDF膜由老化导致形成的大孔洞及退化的内外表面特性，而对小孔径聚砜(PSF)老化膜孔尺寸及内壁没有修复作用，相反会导致孔隙率下降。另一方面，相比于单纯的膜外表面改性修复，膜孔结构及内壁特性改善更能减缓膜污染。
　　最后，本文还采用光谱学分析技术、电化学阻抗技术实现水-污染物-膜界面在过滤过程中的实时行为和动力学特性分析。一方面，采用光纤探头式反射紫外光谱仪原位实时监测超滤过程界面污染物浓度变化，实现了对蛋白和腐殖酸污染的定性定量分析。另一方面，结合电阻抗谱图(EIS)技术同步探究超滤过程界面离子迁移积累行为，结果表明由于水合排斥和盐析效应，超滤过程溶液离子强度对于蛋白污染的影响从缓解到加剧。