饮用水净化的膜组合工艺优化调控原理

在膜法饮用水处理工艺的应用中，有诸多关键的科学和技术问题尚未解决，其核心问题是：在水处理过程中膜对水中共存物质及其结构和形态的变化如何响应，这种响应会对膜的性能和净水效率产生什么影响，如何调控各要素间的作用关系并构建最优化的饮用水处理协同工艺。为此，本项目将在深入探讨膜与共存物质结构和形态作用关系的基础上，以表面响应-过程调控-原理协同-工艺构建为主线，重点研究絮凝、吸附、氧化及其联合作用过程中膜对共存物质结构、形态及其变化的响应规律，探明膜净水性能改变的本质诱因；在微观层次上阐明膜与相关处理过程的协同作用关系，建立针对典型水质特性的膜最优化运行调控机制；以常规中空纤维超膜和压力响应膜反应器核心单元，构建适应微污染原水安全高效净化的最佳技术组合及工艺优化模式；在膜法饮用水净化的过程机理、关键技术和工艺原理上实现创新突破，为提升膜技术在饮用水安全保障中的应用水平提供科学依据和技术原理。

本项目深入探讨了膜与共存物质形态和结构的作用关系，以表面响应-过程调控-原理协同-工艺构建为主线，重点研究了膜对絮凝、吸附、氧化等预处理及其联合作用过程中膜的响应规律，并进一步研发了新型膜材料。.针对膜与共存物质形态、结构的匹配关系，发现絮体形态和结构是影响膜污染程度的重要因素。相比铁盐絮体，铝盐絮体形成的滤饼层疏松且薄，膜污染程度较低。适当投加助凝剂可增大铝盐絮体滤饼层孔隙度，减小滤饼层厚度，进一步降低了膜污染。同时相比传统膜法水处理工艺，短流程工艺占地面积较小，絮体松散且粒径较大，膜污染程度低，运行能耗较少。针对膜与吸附剂结构及吸附质形态的匹配关系，系统研究了吸附预处理对不同有机物引起的膜污染控制效能，发现有机物与吸附剂的性质是影响吸附预处理控制膜污染的主要因素。以膜材质（聚醚砜）为原料制备的中孔吸附树脂，能显著降低藻源吸附质引起的膜污染。针对膜与氧化过程的匹配关系，探讨了预氧化（紫外、H2O2）、预氯化（NaClO）等处理方式及与絮凝、吸附过程协同作用下的膜污染行为。发现单独预氧化、预氯化未能有效改善膜污染，而与絮凝、吸附协同作用后，不仅使得膜池内微生物活性降低，亦使得膜表面滤饼层更薄，更疏松，进而减缓了膜污染，且出水消毒副产物等几乎无变化，尤其预氯化（1 mg/L有效氯）。此外，膜材料作为膜法饮用水处理工艺的核心，研发了具有可变孔特性的压力响应膜（RPM），以减缓污染物吸附于膜孔引起的严重膜污染。同时研发了以亲水聚酯无纺布为基衬的聚偏氟乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯双层复合膜，突破了传统意义上支撑层与功能层集于膜本体的限制，显著提高了膜分离性能。.项目执行期间共发表相关论文71篇，其中SCI 论文53篇，且26篇影响因子>5.0。共申请专利18项，其中授权7项。培养博士后1名，博士研究生9名，硕士研究生19名。此外，出版专著1部并举办相关会议2次。项目成果为膜法饮用水处理技术提供了重要理论支持。