陶瓷膜及其組合工藝在飲用水處理中的研究進(jìn)展
行業(yè)動態(tài)
全球地表水水質(zhì)的不斷惡化和飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，使低壓膜過濾技術(shù)（微濾MF/超濾UF）在地表水處理中的應(yīng)用得到迅猛發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來，在有機(jī)高分子膜（主要為PES或PVDF中空纖維膜）占據(jù)主導(dǎo)地位的膜分離技術(shù)領(lǐng)域，無機(jī)陶瓷膜因其耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、抗污染能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度好、孔徑分布窄、使用壽命長等特點(diǎn)，逐步成為近幾十年來新型膜材料研究和發(fā)展的重要方向，已成功應(yīng)用于石油化工、食品、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域。陶瓷膜昂貴的價(jià)格使其起初僅在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用，但隨著陶瓷膜的規(guī)?；蜕唐坊a(chǎn)，其價(jià)格不斷下跌，應(yīng)用范圍越來越廣，在飲用水處理中的應(yīng)用逐漸成為可能，相關(guān)研究也日益增多。
本文主要針對近年來無極陶瓷膜技術(shù)的研究狀況，對單獨(dú)陶瓷膜及其常用組合工藝的特點(diǎn)及優(yōu)勢，污染物去除效果、緩解膜污染的作用和機(jī)理等方面進(jìn)行了總結(jié)和介紹。
1 單獨(dú)陶瓷膜工藝
陶瓷膜通常具有3層結(jié)構(gòu)（多孔支撐層、過渡層及分離層），呈非對稱結(jié)構(gòu)，主要由金屬氧化物（Al2O3、TiO2、ZnO2等）材料制備而成，過濾精度涵蓋微濾、超濾、“細(xì)孔”超濾及納濾級別，市政常用的為微濾和超濾膜，能夠有效截留水中的顆粒物、膠體、微生物和大分子有機(jī)物等污染物。在飲用水處理中，單獨(dú)陶瓷膜工藝的研究重點(diǎn)主要包括對污染物的去除效果和膜污染特點(diǎn)這兩個方面。
陶瓷膜去除污染物的機(jī)理與有機(jī)膜相似，主要是依靠尺寸排阻的物理截留作用，尺寸大于膜孔荊的污染物均能得到良好的去除。單獨(dú)陶瓷膜工藝對水中總懸浮固體、濁度、細(xì)菌和藻類的去除率均高于99%，但對于地表水中小分子、溶解性有機(jī)物和氨氮的去除效果并不理想。研究表明，單獨(dú)陶瓷微濾膜過濾對水中溶解性有機(jī)碳（DOC）和UV254的去除率僅為26%和14%；單獨(dú)陶瓷超濾膜對DOC和UV254的去除效果也僅能達(dá)到40%左右；單獨(dú)陶瓷膜過濾對氨氮幾乎沒有去除效果。
單從尺寸排阻的分離機(jī)理出發(fā)，陶瓷膜和有機(jī)膜對水中污染物分子質(zhì)量的截留效果僅受到膜截留分子質(zhì)量（MWCO）大小的影響，而與膜材料無關(guān)。MWCO同為8000的陶瓷和有機(jī)超濾膜對DOC和UV254的去除率均在40%上下，無顯著差異。然而，膜材料會影響膜表面電荷的大小，改變膜與污染物間的靜電作用，從而影響污染物去除效果。Lee等發(fā)現(xiàn)MWCO為1000的陶瓷膜和250的有機(jī)聚合膜去除水中天然有機(jī)物（NOM）和鹵乙酸生成潛能（HAAFP）的效果幾乎相同，認(rèn)為該條件下陶瓷膜表面所帶的負(fù)電荷高于有機(jī)膜是導(dǎo)致其去除效率高于預(yù)期的重要原因之一。中性條件下水中的NOM帶負(fù)電，膜表面負(fù)電荷越高則靜電排斥效應(yīng)越強(qiáng)，對NOM的去除效果就越好。Fujioka等在比較陶瓷和有機(jī)納濾膜去除水中痕量有機(jī)物的特性時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象，陶瓷膜對帶負(fù)電的痕量有機(jī)物的去除率（90%）比帶正電的有機(jī)物（70%）高20%左右，而污染物所帶電荷的正負(fù)對聚合膜的去除效果無影響，說明兩種膜與帶電污染物間的電荷相互作用不同。綜上，陶瓷膜過濾受電荷相互作用影響較大，因此在去除某些帶負(fù)電荷污染物時(shí)，可考慮采用細(xì)孔陶瓷膜代替有機(jī)納濾膜，在保證去除效果的前提下還能維持較高的膜通量。
天然水體中的腐殖質(zhì)類物質(zhì)和生物高分子是造成MF/UF可逆與不可逆污染的重要因素，但膜材料的不同造成陶瓷膜與有機(jī)膜在污染特性方面存在差異。Lee等通過激光共聚焦顯微鏡（CLSM）對陶瓷膜和有機(jī)膜進(jìn)行膜污染的可視化與半定量分析，觀察到有機(jī)膜表面與橫斷面上污染物密集程度遠(yuǎn)高于陶瓷膜。經(jīng)反沖洗，陶瓷膜與有機(jī)膜的污染程度分別減輕了36%和26%，化學(xué)清洗后，兩種膜上污染物殘余量分別為8%和19%。通過膜污染數(shù)學(xué)模型分析可知，陶瓷膜同有機(jī)膜一樣，均是由過濾初期的膜孔堵塞逐步向?yàn)V餅層污染轉(zhuǎn)化，但陶瓷膜過濾時(shí)，孔堵現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間極短，濾餅層污染占據(jù)主導(dǎo)地位，所以通過物理反沖洗便可大幅減輕膜污染。且陶瓷膜不可逆膜污染阻力占總阻力比重很小，經(jīng)化學(xué)清洗即可完全恢復(fù)膜通量，對膜組件的長期運(yùn)行十分有利。這是由于與有機(jī)膜相比，陶瓷膜表面親水，對污染物吸附量低、與污染物間粘附力弱且作用范圍小，能從一定程度上降低膜污染并提高膜清洗效率。
對于陶瓷膜來說，腐殖質(zhì)類物質(zhì)比生物高分子更易造成膜孔堵塞，形成不可逆污染。且陶瓷膜UF和MF不可逆膜污染的組成略有差異，前者主要由單分子層的腐殖質(zhì)吸附形成，后者則是由生物高分子或腐殖質(zhì)與生物高分子的混合物組成。也有研究表明由于陶瓷膜和有機(jī)膜材料的親疏水性不同，藻類有機(jī)物（AOM）中的親水性組分更易進(jìn)入陶瓷膜孔內(nèi)形成不可逆膜污染，而疏水組分則是造成有機(jī)膜不可逆污染的主要原因?？梢愿鶕?jù)陶瓷膜和有機(jī)膜污染特性的不同，采取對應(yīng)措施降低膜污染，延長膜組件的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。
雖然陶瓷膜較有機(jī)膜在某些污染物去除效果和膜污染控制方面有一定優(yōu)勢，但單獨(dú)陶瓷膜工藝對于地表水中溶解性有機(jī)物的去除效果有限。因此，陶瓷膜工藝通常與其他工藝組合使用，目前研究較多的預(yù)處理工藝主要包括混凝、臭氧、光催化、生物活性炭等。預(yù)處理的主要目的是提高目標(biāo)污染物的去除效率并減緩膜污染，降低陶瓷膜工藝的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
2 混凝/陶瓷膜組合工藝
混凝/陶瓷膜組合工藝一般分兩類，一是將混凝形成的礬花沉淀后再進(jìn)行膜過濾；二是混凝后不去除礬花直接進(jìn)行過濾，即在線混凝/陶瓷膜組合工藝。兩者相比，在線混凝在保證處理效果的前提下能減少加藥量、縮短混凝時(shí)間，且無需沉淀環(huán)節(jié)，降低基建費(fèi)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。但需注意，在線混凝預(yù)處理的目標(biāo)和要求與傳統(tǒng)水處理的混凝有所不同；傳統(tǒng)的混凝工藝需要保證足夠的加藥量和混合時(shí)間以保證形成足夠大的礬花，易于在后續(xù)沉淀工藝中沉降去除，而在線混凝/陶瓷膜組合工藝中，混凝應(yīng)當(dāng)首先保證較佳的污染物去除效果并較大程度緩解膜污染。
大量研究表明，混凝作為陶瓷膜前處理工藝改變了原水中懸浮顆粒的尺寸分布，增強(qiáng)了陶瓷膜對小顆粒和溶解性污染物的去除作用?；炷?/span>/陶瓷膜組合工藝出水濁度遠(yuǎn)低于飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值，且出水顆粒數(shù)穩(wěn)定，不易受進(jìn)水水質(zhì)波動等因素影響，水質(zhì)明顯優(yōu)于常規(guī)工藝。即使對直徑小于膜孔徑的病毒，經(jīng)混凝預(yù)處理后，去除效果也能大大增強(qiáng)。有機(jī)物去除方面，組合工藝對DOC的去除率在34%～54%，優(yōu)于單獨(dú)混凝或單獨(dú)膜過濾。同時(shí)Rakruam等證實(shí)在線混凝/陶瓷膜組合工藝對溶解性有機(jī)物（DOM）組分中疏水性酸（HPOA）、親水性酸（HPIA）和疏水性堿（HPOB）及其相應(yīng)的三鹵甲烷生成潛能（THMFP）有較高的去除率，尤其對常規(guī)工藝去除率極低，且具有高三鹵甲烷生成活性的HPOB組分有很好的去除效果。另一方面，混凝過程中形成的大尺寸絮凝體能夠形成多孔濾餅層，減輕膜孔堵塞，減少濾餅層阻力，減緩膜通量的下降。此外，混凝劑能夠通過絡(luò)合和電性中和等機(jī)理，有效地去除含藻水中的生物高聚物（MWCO≥20000），減少濾餅層厚度，降低90%以上的可逆膜污染阻力和65%的不可逆膜污染阻力。綜上所述，混凝/陶瓷膜組合工藝能顯著加強(qiáng)濁度、病毒及有機(jī)物等污染物的去除效果，同時(shí)維持較高的膜通量，適用于高NOM、高濁度的微污染地表水。
關(guān)于膜污染方面，膜表面濾餅層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對膜污染程度及膜通量的變化起著決定性作用。許多研究也探討了在混凝/陶瓷膜組合工藝中，混凝階段形成的礬花間的性質(zhì)差異（如尺寸、密度、抗剪切力和分形結(jié)構(gòu)等）對膜表面多孔濾餅層滲透性能的影響。一些學(xué)者認(rèn)為分形維數(shù)高的絮體緊實(shí)，形成濾餅層的可壓縮性差，透水性能低，會造成膜通量快速下降，剪切力造成絮體破碎和再生后會降低絮體分形維數(shù)，減緩跨膜壓差（TMP）的增長；另一些學(xué)者則認(rèn)為可壓縮性高的絮體會導(dǎo)致較高的濾餅比阻，加劇膜污染，發(fā)現(xiàn)剪切力造成絮體破碎后會增大濾餅層的過濾阻力，降低滲透性能，絮體強(qiáng)度高、抗剪切能力強(qiáng)能增強(qiáng)濾餅層滲透性。
陶瓷膜抗污染能力強(qiáng)，且混凝減輕了污染物與膜表面的相互作用，所以在混凝/陶瓷膜組合工藝中，濾餅層的形成所造成的可逆膜污染可以通過定期高強(qiáng)度的水力反沖洗大幅減輕甚至消除。而在實(shí)際生產(chǎn)中，膜的不可逆污染程度決定了膜工藝長期運(yùn)行的能耗及可持續(xù)運(yùn)行能力，和工藝運(yùn)行成本密切相關(guān)，因此，關(guān)于水力不可逆膜污染的研究更值得重視。Kimura等探討了不同堿基度和硫酸化度的聚氯化鋁（PACl）對組合工藝不可逆膜污染的影響，發(fā)現(xiàn)高堿基度的PACl（71%）能更好地控制TMP的長期增長，原因是高堿基度的PACl單體鋁含量低，能減少穿透膜的單體鋁，降低不可逆污染物的Si/Al比。而絮體尺寸大小對不可逆膜污染無明顯影響。此外，堿基度為90%的PACl并不能進(jìn)一步減少TMP的增加，所以不可逆膜污染不僅僅取決于鋁的穿透和沉積量，還可能與許多其他因素有關(guān)，目前相關(guān)的研究較少，需要進(jìn)一步深入研究。
綜上，混凝/陶瓷膜組合工藝能夠提高各種污染物的去除效率，同時(shí)有效緩解膜污染，處理效果優(yōu)于常規(guī)混凝或單獨(dú)膜工藝，而其中在線混凝/陶瓷膜組合能節(jié)省加藥量、縮短混凝時(shí)間，減少工藝占地面積并降低基建費(fèi)用，是未來發(fā)展的趨勢。如何改善絮體的組成和結(jié)構(gòu)，如投加新型助凝劑等，提高在線混凝組合工藝的污染物去除率、減少可逆與不可逆膜污染、維持長期穩(wěn)定的膜通量更是未來研究的重點(diǎn)。
3 臭氧/陶瓷膜組合工藝
目前有關(guān)臭氧/陶瓷膜組合工藝的研究中，絕大部分是將臭氧作為陶瓷膜工藝處理微污染水源的預(yù)處理工藝，即在膜前的水流中直接投加臭氧進(jìn)行預(yù)氧化，為保證水中溶解態(tài)臭氧的濃度，通常要加入過量臭氧，且需要臭氧尾氣破壞裝置。有研究者探索了一種新型浸沒式臭氧/陶瓷膜組合工藝，通過底部臭氧擴(kuò)散器在膜過濾的同時(shí)投加臭氧，不僅能有效緩解膜污染，當(dāng)臭氧投加量在3.1mg O3/mg TOC以下時(shí)，還能保證臭氧100%消耗，無需尾氣破壞裝置。這種全新的臭氧投加方式能精確控制投加量，減少臭氧的消耗，降低組合工藝整體的運(yùn)行費(fèi)用。
臭氧能夠通過直接氧化和間接氧化作用促進(jìn)有機(jī)物的去除，有效控制膜污染，同時(shí)陶瓷膜對臭氧氧化具有催化作用，可以促進(jìn)臭氧的有效利用。
研究顯示，臭氧氧化和陶瓷膜過濾間能產(chǎn)生協(xié)同作用，對水中DOC、UV254、三鹵甲烷（TTHMs）和鹵乙酸（HAAs）的去除效果均優(yōu)于單獨(dú)臭氧或單獨(dú)陶瓷膜過濾，對分子質(zhì)量遠(yuǎn)低于陶瓷膜截留分子質(zhì)量的溶解性藥物也有較高的去除效率，同時(shí)還能夠有效減少臭氧氧化產(chǎn)生的副產(chǎn)物，如醛類、酮類及酮酸，提高工藝出水水質(zhì)。然而，臭氧/陶瓷膜組合工藝對DOC的去除效果不夠理想，一方面是由于臭氧僅是將小部分DOC礦化，而將大部分的大分子DOC分解為小分子，對DOC的去除率僅有10%左右，另一方面，可能臭氧氧化后產(chǎn)生的小分子DOC更易透過膜，進(jìn)入膜出水。
關(guān)于臭氧/陶瓷膜組合工藝延緩膜污染的機(jī)理可以歸結(jié)為三個方面的原因，首先是臭氧能在膜表面分解產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基·OH，氧化分解膜表面的有機(jī)污染物，緩解膜污染；其次臭氧氧化減少了易造成膜污染的大分子有機(jī)物；第三是臭氧還能使水中腐殖質(zhì)類物質(zhì)由疏水性向親水性轉(zhuǎn)變，減輕膜表面對疏水性污染物的吸附。因此增加臭氧投加量和提高氣液兩相間傳質(zhì)效率是減輕膜污染的兩種方法。然而，臭氧投加量過高雖能極大地緩解膜污染，卻會由于減少了膜孔堵塞和膜表面濾餅層的形成而降低對有機(jī)物的截留效果。尋找到既能有效緩解膜污染，又不影響膜出水水質(zhì)的較佳臭氧投加量至關(guān)重要。
綜上，臭氧/陶瓷膜組合工藝是一種有效的處理微污染水源水的工藝，陶瓷膜的抗氧化性能彌補(bǔ)了傳統(tǒng)有機(jī)聚合膜的弊端，同時(shí)還能促進(jìn)臭氧的氧化作用，提高對有機(jī)物的降解效率。臭氧應(yīng)用于飲用水處理可以避免生成氯化消毒副產(chǎn)物，但可能產(chǎn)生溴酸鹽問題，原水pH和溴離子濃度越高、臭氧投加量越大、膜孔徑越小的臭氧/陶瓷膜組合工藝中溴酸鹽的生成量越高，因此在溴離子含量高的原水地區(qū)使用該工藝需要慎重，盡量以較少的臭氧投加量和相對較大的膜孔徑達(dá)到去除污染物的目的。此外，為進(jìn)一步加強(qiáng)組合工藝對污染物的去除效果，其他氧化工藝與陶瓷膜的組合，如UV/H2O2，也是未來研究的重要方向。
4 光催化/陶瓷膜組合工藝
光催化與膜分離技術(shù)的結(jié)合，即光催化膜反應(yīng)器（PMR），是一種新型組合工藝，不僅保留了兩種工藝各自的優(yōu)勢，更彌補(bǔ)了缺陷，近年來在水及污染處理中發(fā)展迅速。根據(jù)光催化劑的存在形式可將PMR分為懸浮式和固定式兩類。前者是將催化劑分散于水中進(jìn)行反應(yīng)，利用陶瓷膜截留回收催化劑；后者則是將催化劑負(fù)載于陶瓷膜表面，膜分離與光催化降解同時(shí)進(jìn)行。
TiO2由于其抗化學(xué)和光腐蝕，無毒價(jià)廉等優(yōu)勢，且已商品化，是懸浮式PMR中常用的光催化劑。但TiO2僅能吸收波長較短的紫外光（占太陽光不到5%），太陽能利用率低，因此許多研究通過金屬離子參雜改性或與碳材料復(fù)合（如石墨烯類、碳納米管等）等，提高光催化劑的可見光響應(yīng)活性，在固定式PMR中尤為多見。
PMR反應(yīng)器對膜材料的化學(xué)穩(wěn)定性及耐熱性能等有一定要求。傳統(tǒng)有機(jī)膜易受UV輻照及光催化產(chǎn)生的自由基的損害，造成膜結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致膜分離效果和使用壽命的下降。而無機(jī)陶瓷膜不僅不易受輻照及自由基強(qiáng)氧化性的影響，且孔徑分布窄，易于解決細(xì)微光催化劑顆粒的分離與回收。田蒙奎等設(shè)計(jì)的懸浮型分置式UV/TiO2/陶瓷微濾膜耦合裝置對納米TiO2（P25）的截留率可達(dá)99.1%以上，實(shí)現(xiàn)了光催化劑的高效分離和回收再利用。與此同時(shí)，陶瓷膜的多孔非對稱結(jié)構(gòu)和耐熱性更適合于光催化劑薄層的負(fù)載，有利于光催化劑的固定及固液相的充分混合。研究顯示，PMR在氧化降解天然有機(jī)物、染料、藥物及個人護(hù)理用品、內(nèi)分泌干擾素等多種污染物方面均有不錯的表現(xiàn)。PMR用于消毒也被證實(shí)對細(xì)菌和病毒有較好的滅殺效果。
懸浮式PMR的優(yōu)勢在于反應(yīng)器中催化劑與污染物接觸面積大，接觸時(shí)間充分，具有傳質(zhì)效率高，光源利用率好的特點(diǎn)，因此應(yīng)用較為廣泛。其中，Photo-CatTM組合系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用前景。Benotti等采用Photo-CatTM系統(tǒng)對水中32種藥物、內(nèi)分泌干擾物及雌激素活性的去除效果進(jìn)行評價(jià)，該系統(tǒng)對29種污染物及雌激素活性的去除率超過70%，僅3種污染物在UV照射條件下（4.24kW·h/m3）的降解率低于50%，TiO2由陶瓷膜截留后重新進(jìn)入懸浮反應(yīng)器循環(huán)利用。除氧化降解污染物質(zhì)外，Stancl等采用同樣的組合系統(tǒng)處理含Cr（VI）水，光催化作用可將Cr（VI）還原為Cr（Ⅲ），改變其表面電荷，使其吸附于TiO2催化劑表面并形成沉淀得以去除。TiO2投加量為1g/L時(shí)，對Cr（VI）的去除率高于90%，且UV照射條件下陶瓷膜對催化劑的截留率高于95%。但是懸浮式PMR的易于在膜表面沉積納米光催化劑造成膜通量及光催化效率的下降，必需通過定時(shí)反沖洗以減輕膜污染。而固定式PMR則不需要額外的分離系統(tǒng)，便于實(shí)現(xiàn)催化劑的再利用。膜分離與光催化降解同步進(jìn)行，膜可作為污染物降解過程中副產(chǎn)物的屏障，光催化能降解膜表面污染物起到緩解膜污染的作用。但固定式PMR也存在許多問題，如傳質(zhì)效率限制、催化劑有效表面積低等，都會降低光催化的效率。為提高氧氣的傳質(zhì)效率及光催化降解效果，研究者提出許多措施，如通過控制膜兩側(cè)氣相壓力稍高于液相，將液-氣界面維持在膜內(nèi)部光催化劑表面，能提高光催化反應(yīng)速率；又如開發(fā)內(nèi)外側(cè)均負(fù)載光催化劑的高效光催化膜，提高催化劑有效表面積，不僅能夠保持穩(wěn)定的膜通量，同時(shí)還避免了濃縮水污染的產(chǎn)生。
綜上，光催化/陶瓷膜的組合工藝對于多種污染物均有很好的降解效果，通常能將污染物徹底礦化，不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，同時(shí)光催化/陶瓷超濾膜即可取代傳統(tǒng)有機(jī)納濾工藝，在污染物去除效果、水回收率和能耗方面都有一定優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景。如何開發(fā)綠色高效低價(jià)的光催化劑和能保障運(yùn)行效果的組合工藝系統(tǒng)是未來必須解決的關(guān)鍵問題。
5 多元陶瓷膜組合工藝
針對目前飲用水水源污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，二元陶瓷膜組合工藝可能無法達(dá)到水質(zhì)要求，而多元陶瓷膜組合工藝可強(qiáng)化常規(guī)及新型污染物的去除效果，滿足日益嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。多元組合工藝通常由混凝、氣浮、臭氧、活性炭中的幾種與陶瓷膜過濾組合，多種工藝間相互影響，協(xié)同作用，可根據(jù)水質(zhì)污染狀況選擇合適的組合工藝的單元，尤適用于微污染水源水處理。
應(yīng)對水源季節(jié)性的濁度與藻類污染，Hog等采用混凝/氣浮/浸沒式陶瓷膜組合工藝，溶氣氣浮工藝能將細(xì)小顆粒提升至氣浮池的表面并形成易去除的污泥浮層，使?jié)岫鹊娜コ蕪?/span>72%提高至90%，長期保持在1NTU以下。結(jié)合適當(dāng)頻率的反沖洗，組合工藝能實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定的TMP下維持恒定的通量。在混凝/浸沒式陶瓷超濾膜工藝中通過底部曝氣投加低劑量的O3（2.0～2.5mg/L）能夠?qū)⒛さ倪^濾周期延長一倍，有助于實(shí)現(xiàn)污染物的原位控制。但上述混凝/臭氧/浸沒式陶瓷膜組合工藝存在缺陷，如對于小分子溶解性有機(jī)物，尤其是氨氮的去除效果差；臭氧的應(yīng)用會導(dǎo)致出水生物可降解有機(jī)碳（BDOC）升高，增加飲用水生物風(fēng)險(xiǎn)等。生物活性炭（BAC）能有效去除水中的DOC和氨氮，一些研究報(bào)道了將BAC與臭氧/陶瓷膜工藝結(jié)合能使有機(jī)物的去除率提高至80%以上。Guo與Fan等開發(fā)了一種高度混合的陶瓷膜組合工藝，包括混凝、臭氧/浸沒式陶瓷膜、BAC濾池3個單元，該工藝能除去99%的濁度和99.9%的顆粒數(shù)，100%去除微生物，對氨氮、TOC的去除率分別高達(dá)90%及76%。此外，組合工藝對多種臭味物質(zhì)、消毒副產(chǎn)物（DBPs）、內(nèi)分泌干擾物（EDCs）及藥品與個人護(hù)理用品（PPCPs）的去除率在73%～98%。且BAC池出水中不含BDOC，能充分保障飲用水水質(zhì)安全和官網(wǎng)生物穩(wěn)定性。因此，可以根據(jù)處理水質(zhì)的不同和其他具體情況選用合適的多元陶瓷膜組合工藝。
多元陶瓷膜組合工藝能夠滿足飲用水水質(zhì)安全，簡化并縮短微污染水源的處理工藝流程，減少基建費(fèi)用與占地面積，尤其適用于水廠的升級改造，在未來的給水處理領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景和研究價(jià)值。
6 總結(jié)與展望
陶瓷膜較有機(jī)聚合膜在污染物去除效果和膜污染控制方面有一定優(yōu)勢，但單獨(dú)陶瓷膜工藝仍存在種種不足。陶瓷膜組合工藝的處理效果及抗污染性能均優(yōu)于單獨(dú)陶瓷膜工藝，組合工藝的選擇應(yīng)當(dāng)視原水水質(zhì)條件及處理目標(biāo)、各工藝適用性、現(xiàn)場條件和經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析而確定，應(yīng)盡量達(dá)到各單元工藝互補(bǔ)促進(jìn)的效果，在保證污染物去除率的同時(shí)，盡可能減少對膜的不可逆污染，從而延長陶瓷膜使用壽命并降低運(yùn)行成本。組合工藝尤其適用于微污染水源水處理，不僅出水水質(zhì)好，還能縮短水處理工藝鏈，節(jié)省占地面積和基建費(fèi)用，適應(yīng)于未來飲用水行業(yè)發(fā)展的需要。
為盡快實(shí)現(xiàn)陶瓷膜組合工藝的大規(guī)模應(yīng)用，還需對以下課題進(jìn)行深入探討：
（1）膜污染仍是陶瓷膜組合工藝中不可忽視的問題，尤其不可逆膜污染會直接導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行成本增加，甚至降低工藝的使用壽命。因此組合工藝對不可逆膜污染的控制效果和影響因素有待進(jìn)一步研究。
（2）陶瓷膜單位體積內(nèi)膜面積填充率低，價(jià)格昂貴，一般是有機(jī)膜的幾倍甚至更高。如何進(jìn)一步完善膜組件結(jié)構(gòu)，開發(fā)高填充率，高性價(jià)比的陶瓷膜組件是陶瓷膜技術(shù)能否得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。
（3）目前，對于陶瓷膜及其組合工藝的研究多限于實(shí)驗(yàn)室小試及中試研究，無法準(zhǔn)確體現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)行時(shí)的真實(shí)情況，仍需大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)對大規(guī)模運(yùn)行時(shí)的處理效果、通量、膜污染情況和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，并不斷優(yōu)化運(yùn)行條件。
