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摘 要：超滤膜作为膜分离技术的核心越来越受到人们的重视，本文总结了近几年单独超滤膜工艺及其组合工艺在污水处理中的应用情况，从膜材料种类及改性、膜组件的放置方式、各种工艺之间相互组合处理效果3个方面详细论述了国内外关于超滤膜工艺在污水处理中应用研究，总结了当前国内外超滤膜研究现状及方向，并对该研究领域今后的研究重点进行了展望。
关键词：超滤膜 组合工艺 污水处理 处理效果
中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）07（b）-0046-04
Application of Ultrafiltration Membrane and Its Combination Process in Wastewater Treatment
MEI Caihua1 ZHANG Yin1 ZHANG Yongxue1 DING Ning1 LIANG Fang2
（1. College of Civil and Architecture Engineering， Chuzhou University， Chuzhou， Anhui Province， 239000 China; 2. Guangxi Transportation Science and Technology Group Co.，Ltd.， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530007 China）
Abstract： As the core of membrane separation technology， ultrafiltration membrane has attracted more and more attention.This paper summarizes the research on the application of ultrafiltration membrane and its combination process in wastewater treatment in recent years， discusses the research status of the application of ultrafiltration membrane and its combination process in wastewater treatment in China and abroad from three aspects： the types and modification of membrane materials， the placement of membrane modules， the treatment effect， and prospects the future research focus in this field.
Key Words： Ultrafiltration membrane;Combined process;Sewage disposal;Treatment effect
超滤膜过滤技术由于具有操作简单、出水水质好、占地面积小等优点，近年来在水处理领域得到广泛应用[1-3]。随着膜性能的改善和膜寿命的延长，超滤膜在污水领域的应用也越来越多[4-5]。目前，超滤膜在污水领域的应用方式主要包括单独超滤膜及其组合工艺。
1 单独超滤膜工艺
单独超滤膜工艺的研究方向目前主要集中在两个方面：一是膜的改性，如膜表面引入亲水性基团或是对膜进行预处理[6-7];二是改变膜表面的水利条件，如改变膜的放置方式或是对水体曝气等[8-9]。
1.1 膜材料种类和改性
目前，超滤膜材料主要分为有机材料和无机材料两种，主要膜材料种类及优缺点如表1所示。
无机膜材料较难成型，在实际应用中较难推广应用，在膜材料的应用和研究上主要以有机膜材料较为常见。而有机超滤膜的改性一直是业界不断研究的话题，黄小川[10]通过原位植入法对聚砜超滤膜表面进行改性，得到的改性超滤膜可使微生物粘附减少93%。Abdi等[11]则通过水合氧化铁颗粒在紫外线条件下对聚醚砜超滤膜进行改性，获得了超亲水性膜，发现该膜对于油水乳液分离具有优异的性能。
1.2 膜组件放置方式
改变膜表面的水利条件，将对膜过滤效果产生直接影响，笔者总结了超滤膜在污水处理领域改变膜组件的放置方式对出水水质所产生的影响。
1.2.1 分置式超滤膜
分置式是指膜组件与原水容器分开设置，混合液在原水容器内经加压泵增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为较为清洁的水，大分子物质等则被膜截留。
黄霞等[12]用分置式超滤工艺过滤粪水，研究分置式超滤工艺对粪水中氮、磷、病毒和细菌的滤除能力，发现分置式超滤膜对于水中悬浮物（ss）、大肠杆菌等拥有超高的滤除能力。刘桂中[13]应用了分置式超滤膜系统处理含油废水、印制印染废水、造纸废水等发现，分置式超滤膜系统处理后的污水比常規处理后的污水更符合国家排放规定，并且分置式超滤膜使用成本更低，可循环使用。
1.2.2 浸没式超滤膜
浸没式超滤膜是将膜组件放置在膜池中，通过负压抽吸或虹吸自流方式过滤水。
张玺[14]以冶金废水为对象，采用浸没式超滤膜过滤，经过超滤膜过滤后的出水相比较原来出水浊度降低70%，COD小于30mg/L，过滤效能明显。林显增等[15]将浸没式超滤膜用于处理江水，对COMmn的去除率影响显著。Wenchao Yin[16]采用浸没式超滤系统处理经预氧化污水的研究中发现，浸没式超滤系统可降低39.2%的总有机碳，并在化学清洗时浸没式超滤系统对化学药剂的接触面更大，更利于超滤膜的维护与清洗。 浸没式超滤膜较分置式超滤膜清洗效果更方便，还可实现气反洗，延长了膜寿命。但是单独使用超滤膜过滤原水，会导致跨膜压差快速上升，膜污染严重，在工程应用上更多的是将超滤膜工艺和其他工艺组合应用。
2 超滤膜组合工艺
2.1 常见超滤膜组合工艺
单独超滤膜工艺滤除能力较强，但滤膜使用寿命较低，总成本较高。超滤膜可与多种水处理方式相结合，当前主流的组合工艺主要有超滤膜-混凝组合工艺、超滤膜-吸附组合工艺、超滤膜-氧化组合工艺、超滤膜与其他膜组合工艺[17-19]，其工艺原理和适用条件参见表2。
2.2 超滤膜组合工艺去除效果
2.2.1 超滤-混凝组合工艺
申露威[20]以水中总有机碳（TOC）为研究目标，研究了超滤-混凝为主体的组合工艺对TOC去除效果，与其他组合工艺相比，单独超滤膜工艺总去除率最低，组合工艺中以混凝沉淀-臭氧生物活性炭-超滤膜工艺去除能力最好。Shengji Xia等[21]则在地表污水处理过滤的实验中发现了当使用混凝剂时超滤膜表面会获得正流电流（SC）值，不仅可以降低污水处理中超滤膜的工作压力，还可以提高超滤膜的工作性能。
2.2.2 超滤-吸附组合工艺
彭婷[22]等使用活性炭结合PAC超滤膜处理污水，出水效果相较于单独使用PAC膜除浊率有所提高，而对于出水COD和DOC则分别提高了27%和35%。常在功[23]等研究了粉末活性炭对于超滤膜污染的影响，实验结果表明使用粉末活性炭减少了膜孔堵塞和膜孔内吸附污染，还有效缓解了超滤膜使用初期膜通量快速下降的问题。
在超滤膜组合工艺中，活性炭吸附是目前采用最多的吸附方式，超滤膜结合吸附工艺可在一定程度上提高过滤效率，延缓超滤膜污染速度，改善膜反洗的效果，从而大大提高超滤膜使用寿命。
2.2.3 超滤-氧化组合工艺
罗明汉[24]等采用超滤膜结合高级氧化技术对工业园区的混合污水有机物去除，在连续8周的运行下水中的悬浮物、COD、氨氮、总磷和色度等相比较单独超滤膜有一定降低，对总大肠菌的去除率达100%。赵欣[25]等在氧化-超滤膜污水处理中增加了臭氧氧化技术，臭氧化后小分子质量有机物对于AOC除效果贡献度明显提高，所占比例达到74%，大分子质量和中等分子质量有机物所占比例也有明显降低。
超滤技术因为其独特性对于溶解性有机物的滤除效果并不明显，但结合氧化技术之后，超滤处理污水有机物能力大大提高。
2.2.4 超滤与其他膜组合工艺
王宁若[26]等在城市污水的處理研究中发现，超滤–纳滤双膜组合工艺处理城市污水时出水效果良好，纳滤的加入，弥补了超滤对水中的无机离子，氮，磷的去除缺陷。党敏[27]等使用双膜工艺处理南四湖水的中试试验时发现，结合纳滤之后，系统对无机盐、单价离子的去除效果达90%以上。李倩[28]等使用超滤–反渗透双膜法处理冶金废水，出水含盐量较高问题，在使用双膜之后，平均除盐率可达到96.9%。
3 结论与展望
超滤膜作为膜分离技术的核心越来越受到人们的重视，有机超滤膜制膜简单，但使用寿命不长，使用成本较大。结合其他水处理工艺的组合工艺可大大提高膜寿命，而组合工艺中，合适的混凝剂可大大提高超滤膜的使用效率，降低使用成本，混凝或可成为超滤膜污水应用的常用预处理手段。超滤膜技术在污水处理方面的潜力巨大，未来可着重研究膜污染的预防与治理。
（1）目前限制超滤膜广泛应用的仍然是使用成本，可以通过选择合适的制膜工艺与材料，提高超滤膜的抗污能力和使用寿命，降低成本。
（2）目前超滤膜的研究偏重于超滤膜改性研究，超滤膜在污水领域的研究可以侧重于成品商业膜污染机理的研究，进行膜污染控制。
参考文献
[1] 魏旭东.基于超滤膜技术的一体化产水系统在给水工程中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2021（2）：131-132.
[2] 高困.环境工程水处理中超滤膜技术的应用[J].河南科技，2020，39（35）：71-73.
[3] MANSOR EMAN S， Ali Eman A， SHABAN A.M..Tight ultrafiltration polyethersulfone membrane for cheese whey wastewater treatment[J].Chemical Engineering Journal，2021，4（7）：127-175.
[4] 陈翔，侯晓庆，郭奏恺，等.超滤膜系统在高碑店再生水厂升级改造中的应用[J].中国给水排水，2018，34（10）：77-81.
[5] 佘肖伟.双膜法处理沿海城市污水处理厂出水的中试实验研究[D].广州：广州大学，2017.
[6] 杨弋星，吴文标，张敏.超滤膜制膜材料研究进展和发展趋势[J].粮食与油脂，2005（5）：16-19.
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[9] ANNE-GRETE B. Blankenberg， KETIL HAARSTAD，Anne-Kristine S?vik. Nitrogen retention in constructed wetland filters treating diffuse agriculture pollution[J].Desalination，2007，226（1）：114-120. [10] 黄小川，王小，杨宏伟，等.原位植入TiO_2纳米颗粒改性聚砜超滤膜及其抗生物污染性能研究[J].环境科学学报，2017，37（5）：1711-1721.
[11] ABDI SARA. Fabrication of PES-based super-hydrophilic ultrafiltration membranes by combining hydrous ferric oxide particles and UV irradiation[J]. Separation and Purification Technology，2021，259：118132.
[12] 黄霞，桂萍，范晓军，等.膜生物反应器废水处理工艺的研究进展[J].环境科学研究，1998（1）：42-46.
[13] 江津，刘桂中，孙长虹.超滤技术在水污染控制和水回用中的应用[J].膜科学与技术，2003（4）：156-161，240.
[14] 张玺，何兴，周汉，等.浸没式超滤膜替代V型滤池处理冶金工业废水的中试研究[J].甘肃冶金，2020，42（5）：110-113，116.
[15] 林显增，林达超，张伟杰，等.浸没式超滤膜中试装置直接处理北江水的研究[J].中国给水排水，2020，（36）：63-68.
[16] YIN WENCHAO，et al. Fouling control of pre-ozonation on a submerged ultrafiltration system： Characteristics and mechanisms[J]. Environmental Technology & Innovation， 2020，20 ：101-124.
[17] 何崇，楊宏伟，杨娟，等.活性氧化铝吸附-超滤组合工艺除氟的实验研究[J].净水技术，2010，（29）：39-42.
[18] 杨忆新，刘文君，尹艳敏.超滤/粉末活性炭组合工艺深度处理黄河源水[J].中国给水排水，2010，26（15）：48-50，53.
[19] JANG N Y，WATANABE Y，MINEGISHI S. Performance of ultrafiltration membrane process combined with coagulation/sedimentation.[J]. Water science and technology ： a journal of the International Association on Water Pollution Research，2005，51（6-7） ：209-19.
[20] 申露威，陈丽珠，钟惠舟，等.几种超滤膜组合工艺处理东江原水中试研究[J].供水技术，2017（11）：1-4.
[21] SHENGJI XIA. Ultrafiltration of surface water with coagulation pretreatment by streaming current control[J]. Desalination， 2006，204（1）：351-358.
[22] 彭婷，熊玉琴，史载锋，等. 活性炭结合PVC超滤膜处理生活污水的实验研究[C].2014中国环境科学学会学术年会论文集（第五章）.中国环境科学学会、四川大学：2014：8.
[23] 常在功.粉末活性炭吸附对超滤膜污染的影响研究[J].供水技术，2010（4）：24-27.
[24] 罗明汉，陈求稳，侯国华.超滤膜联合高级氧化技术深度处理综合工业污水的研究[J].环境工程，2015（33）：32-37.
[25] 赵欣，蒋丰，李明堂，等.超滤/臭氧氧化工艺对再生水中AOC的去除效果[J].中国给水排水，2012，28（23）：18-21.
[26] 王宁若，张永丽，张建，等.超滤-纳滤双膜工艺处理城市污水厂出水[J].四川大学学报：工程科学版，2013（S2）：108-111.
[27] 党敏，朱学武，杜星，等.超滤—纳滤双膜工艺处理微污染水源水中试研究[J].给水排水，2017（53）：44-48.
[28] 李倩，汪后港，于萍，等.超滤-反渗透双膜法用于中水回用的中试研究[J].膜科学与技术，2013（33）：88-91，96.
关键词：超滤膜 组合工艺 污水处理 处理效果
中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）07（b）-0046-04
Application of Ultrafiltration Membrane and Its Combination Process in Wastewater Treatment
MEI Caihua1 ZHANG Yin1 ZHANG Yongxue1 DING Ning1 LIANG Fang2
（1. College of Civil and Architecture Engineering， Chuzhou University， Chuzhou， Anhui Province， 239000 China; 2. Guangxi Transportation Science and Technology Group Co.，Ltd.， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530007 China）
Abstract： As the core of membrane separation technology， ultrafiltration membrane has attracted more and more attention.This paper summarizes the research on the application of ultrafiltration membrane and its combination process in wastewater treatment in recent years， discusses the research status of the application of ultrafiltration membrane and its combination process in wastewater treatment in China and abroad from three aspects： the types and modification of membrane materials， the placement of membrane modules， the treatment effect， and prospects the future research focus in this field.
Key Words： Ultrafiltration membrane;Combined process;Sewage disposal;Treatment effect
超滤膜过滤技术由于具有操作简单、出水水质好、占地面积小等优点，近年来在水处理领域得到广泛应用[1-3]。随着膜性能的改善和膜寿命的延长，超滤膜在污水领域的应用也越来越多[4-5]。目前，超滤膜在污水领域的应用方式主要包括单独超滤膜及其组合工艺。
1 单独超滤膜工艺
单独超滤膜工艺的研究方向目前主要集中在两个方面：一是膜的改性，如膜表面引入亲水性基团或是对膜进行预处理[6-7];二是改变膜表面的水利条件，如改变膜的放置方式或是对水体曝气等[8-9]。
1.1 膜材料种类和改性
目前，超滤膜材料主要分为有机材料和无机材料两种，主要膜材料种类及优缺点如表1所示。
无机膜材料较难成型，在实际应用中较难推广应用，在膜材料的应用和研究上主要以有机膜材料较为常见。而有机超滤膜的改性一直是业界不断研究的话题，黄小川[10]通过原位植入法对聚砜超滤膜表面进行改性，得到的改性超滤膜可使微生物粘附减少93%。Abdi等[11]则通过水合氧化铁颗粒在紫外线条件下对聚醚砜超滤膜进行改性，获得了超亲水性膜，发现该膜对于油水乳液分离具有优异的性能。
1.2 膜组件放置方式
改变膜表面的水利条件，将对膜过滤效果产生直接影响，笔者总结了超滤膜在污水处理领域改变膜组件的放置方式对出水水质所产生的影响。
1.2.1 分置式超滤膜
分置式是指膜组件与原水容器分开设置，混合液在原水容器内经加压泵增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为较为清洁的水，大分子物质等则被膜截留。
黄霞等[12]用分置式超滤工艺过滤粪水，研究分置式超滤工艺对粪水中氮、磷、病毒和细菌的滤除能力，发现分置式超滤膜对于水中悬浮物（ss）、大肠杆菌等拥有超高的滤除能力。刘桂中[13]应用了分置式超滤膜系统处理含油废水、印制印染废水、造纸废水等发现，分置式超滤膜系统处理后的污水比常規处理后的污水更符合国家排放规定，并且分置式超滤膜使用成本更低，可循环使用。
1.2.2 浸没式超滤膜
浸没式超滤膜是将膜组件放置在膜池中，通过负压抽吸或虹吸自流方式过滤水。
张玺[14]以冶金废水为对象，采用浸没式超滤膜过滤，经过超滤膜过滤后的出水相比较原来出水浊度降低70%，COD小于30mg/L，过滤效能明显。林显增等[15]将浸没式超滤膜用于处理江水，对COMmn的去除率影响显著。Wenchao Yin[16]采用浸没式超滤系统处理经预氧化污水的研究中发现，浸没式超滤系统可降低39.2%的总有机碳，并在化学清洗时浸没式超滤系统对化学药剂的接触面更大，更利于超滤膜的维护与清洗。 浸没式超滤膜较分置式超滤膜清洗效果更方便，还可实现气反洗，延长了膜寿命。但是单独使用超滤膜过滤原水，会导致跨膜压差快速上升，膜污染严重，在工程应用上更多的是将超滤膜工艺和其他工艺组合应用。
2 超滤膜组合工艺
2.1 常见超滤膜组合工艺
单独超滤膜工艺滤除能力较强，但滤膜使用寿命较低，总成本较高。超滤膜可与多种水处理方式相结合，当前主流的组合工艺主要有超滤膜-混凝组合工艺、超滤膜-吸附组合工艺、超滤膜-氧化组合工艺、超滤膜与其他膜组合工艺[17-19]，其工艺原理和适用条件参见表2。
2.2 超滤膜组合工艺去除效果
2.2.1 超滤-混凝组合工艺
申露威[20]以水中总有机碳（TOC）为研究目标，研究了超滤-混凝为主体的组合工艺对TOC去除效果，与其他组合工艺相比，单独超滤膜工艺总去除率最低，组合工艺中以混凝沉淀-臭氧生物活性炭-超滤膜工艺去除能力最好。Shengji Xia等[21]则在地表污水处理过滤的实验中发现了当使用混凝剂时超滤膜表面会获得正流电流（SC）值，不仅可以降低污水处理中超滤膜的工作压力，还可以提高超滤膜的工作性能。
2.2.2 超滤-吸附组合工艺
彭婷[22]等使用活性炭结合PAC超滤膜处理污水，出水效果相较于单独使用PAC膜除浊率有所提高，而对于出水COD和DOC则分别提高了27%和35%。常在功[23]等研究了粉末活性炭对于超滤膜污染的影响，实验结果表明使用粉末活性炭减少了膜孔堵塞和膜孔内吸附污染，还有效缓解了超滤膜使用初期膜通量快速下降的问题。
在超滤膜组合工艺中，活性炭吸附是目前采用最多的吸附方式，超滤膜结合吸附工艺可在一定程度上提高过滤效率，延缓超滤膜污染速度，改善膜反洗的效果，从而大大提高超滤膜使用寿命。
2.2.3 超滤-氧化组合工艺
罗明汉[24]等采用超滤膜结合高级氧化技术对工业园区的混合污水有机物去除，在连续8周的运行下水中的悬浮物、COD、氨氮、总磷和色度等相比较单独超滤膜有一定降低，对总大肠菌的去除率达100%。赵欣[25]等在氧化-超滤膜污水处理中增加了臭氧氧化技术，臭氧化后小分子质量有机物对于AOC除效果贡献度明显提高，所占比例达到74%，大分子质量和中等分子质量有机物所占比例也有明显降低。
超滤技术因为其独特性对于溶解性有机物的滤除效果并不明显，但结合氧化技术之后，超滤处理污水有机物能力大大提高。
2.2.4 超滤与其他膜组合工艺
王宁若[26]等在城市污水的處理研究中发现，超滤–纳滤双膜组合工艺处理城市污水时出水效果良好，纳滤的加入，弥补了超滤对水中的无机离子，氮，磷的去除缺陷。党敏[27]等使用双膜工艺处理南四湖水的中试试验时发现，结合纳滤之后，系统对无机盐、单价离子的去除效果达90%以上。李倩[28]等使用超滤–反渗透双膜法处理冶金废水，出水含盐量较高问题，在使用双膜之后，平均除盐率可达到96.9%。
3 结论与展望
超滤膜作为膜分离技术的核心越来越受到人们的重视，有机超滤膜制膜简单，但使用寿命不长，使用成本较大。结合其他水处理工艺的组合工艺可大大提高膜寿命，而组合工艺中，合适的混凝剂可大大提高超滤膜的使用效率，降低使用成本，混凝或可成为超滤膜污水应用的常用预处理手段。超滤膜技术在污水处理方面的潜力巨大，未来可着重研究膜污染的预防与治理。
（1）目前限制超滤膜广泛应用的仍然是使用成本，可以通过选择合适的制膜工艺与材料，提高超滤膜的抗污能力和使用寿命，降低成本。
（2）目前超滤膜的研究偏重于超滤膜改性研究，超滤膜在污水领域的研究可以侧重于成品商业膜污染机理的研究，进行膜污染控制。
参考文献
[1] 魏旭东.基于超滤膜技术的一体化产水系统在给水工程中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2021（2）：131-132.
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[5] 佘肖伟.双膜法处理沿海城市污水处理厂出水的中试实验研究[D].广州：广州大学，2017.
[6] 杨弋星，吴文标，张敏.超滤膜制膜材料研究进展和发展趋势[J].粮食与油脂，2005（5）：16-19.
[7] 范益群，漆虹，徐南平.多孔陶瓷膜制备技术研究进展[J].化工学报，2013，64（1）：107-115.
[8] PSOCH C， SCHIEWER S.Direct filtration of natural and simulated river water with air sparging and sponge ball application for fouling control[J].Desalination， 2006，197 （1/3） ：190-204.
[9] ANNE-GRETE B. Blankenberg， KETIL HAARSTAD，Anne-Kristine S?vik. Nitrogen retention in constructed wetland filters treating diffuse agriculture pollution[J].Desalination，2007，226（1）：114-120. [10] 黄小川，王小，杨宏伟，等.原位植入TiO_2纳米颗粒改性聚砜超滤膜及其抗生物污染性能研究[J].环境科学学报，2017，37（5）：1711-1721.
[11] ABDI SARA. Fabrication of PES-based super-hydrophilic ultrafiltration membranes by combining hydrous ferric oxide particles and UV irradiation[J]. Separation and Purification Technology，2021，259：118132.
[12] 黄霞，桂萍，范晓军，等.膜生物反应器废水处理工艺的研究进展[J].环境科学研究，1998（1）：42-46.
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[18] 杨忆新，刘文君，尹艳敏.超滤/粉末活性炭组合工艺深度处理黄河源水[J].中国给水排水，2010，26（15）：48-50，53.
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