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在水资源短缺背景下，膜过滤技术意义重大，但其面临膜污染（membrane fouling）难题。研究人员针对此，用 SA、BSA、HA 三种有机污染物，对 NF90 平板膜和中空纤维（HF）纳滤膜展开污染研究。结果显示 HF 纳滤膜在部分污染中有优势，该研究助力膜产品选型。
随着全球人口的快速增长、城市化和工业化进程的加速，水资源短缺问题日益严峻，寻找可持续且高效的水处理技术迫在眉睫。膜基水处理技术凭借能有效去除多种污染物、步骤简便等优势脱颖而出，其中纳滤（NF）技术更是备受关注。它能去除二价和多价离子、有机物及病原体，同时允许单价离子通过，能耗较低，在饮用水生产、废水处理和工业用水回用等领域大显身手。
然而，NF 系统在实际应用中遭遇了膜污染这一 “拦路虎”。膜污染指污染物在膜表面或膜孔内积累，会导致水力阻力增大、水通量降低、能耗增加，甚至改变膜的选择性。在众多膜污染类型中，有机污染由于对膜性能影响显著，成为研究的重点对象。常见的有机污染模拟物有海藻酸钠（SA）、腐殖酸（HA）和牛血清白蛋白（BSA），SA 代表多糖类物质，广泛存在于天然有机物和工业废水中；HA 源自动植物材料分解，是地表水和地下水中天然有机物的重要组成部分；BSA 作为蛋白质类化合物，常被用于研究生物和工业污染物导致的膜污染。
膜组件的结构设计对其性能和污染行为影响巨大。螺旋卷式膜组件是 NF 系统市场的主流产品，它通过将平板膜围绕中央渗透收集管卷绕，并在层间插入进料间隔物维持流道，具有较高的填充密度和经济可行性，适用于大规模应用。但间隔物却成了污染的 “帮凶”，会在狭窄通道中促使污染物堆积。相比之下，中空纤维（HF）膜组件逐渐在 NF 领域崭露头角，其由直径几毫米的中空纤维紧密排列在压力容器内构成，不仅填充密度更高，制造成本低，而且没有内部间隔物，理论上在抗污染方面更具优势。
尽管已有研究表明 HF 膜组件在污染控制上可能优于螺旋卷式膜组件，但目前关于两者污染性能的详细对比研究仍较少，对 HF 膜在不同污染物导致的有机污染中的优势差异和程度也缺乏全面评估。为了填补这一研究空白，来自未知研究机构的研究人员开展了一项系统研究。研究成果发表在《Desalination》上，为膜产品的选择提供了重要参考。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，以聚醚砜（PES）超滤（UF）中空纤维膜为支撑膜，通过界面聚合（IP）技术，分别利用哌嗪（PIP）和均苯三甲酰氯（TMC）在水相和有机相中反应制备 HF 纳滤膜；其次，搭建了模拟螺旋卷式条件的实验装置对 NF90 平板膜进行污染实验，同时为自制的 HF 纳滤膜定制了错流实验装置；最后，让两种膜都经历三个周期的污染 - 清洗过程，分别使用 SA、HA 和 BSA 作为污染物进行实验，对比分析膜的污染过程、污染机制以及污染物截留率。
膜污染行为研究
在使用 SA 作为污染物的实验中，NF90 平板膜和 HF 纳滤膜的初始水渗透率约为 5.5 L?m-2·h-1·bar-1。NF90 平板膜在第一个周期开始时水渗透率就大幅下降，到周期结束时降至约 3.6 L?m-2·h-1·bar-1。而 HF 纳滤膜在三个周期内水渗透率下降幅度较小，总污染（TF）更低，污染速率也有所降低，显示出更强的抗污染能力。
在 HA 和 BSA 污染实验中，HF 纳滤膜在实验初期总污染更低，通量恢复率更高，但污染速率与 NF90 平板膜相近。
污染机制分析
研究发现，完全堵塞和滤饼层形成在两种膜的污染过程中都起着重要作用。而且，相同污染物在两种不同构型膜上的污染机制存在差异，这充分证实了膜几何形状对污染动态的影响。
截留率研究
在所有实验周期中，两种膜对 SA、HA 和 BSA 三种污染物都始终保持着较高且稳定的截留率。
综合上述研究结果，该研究得出结论：HF 纳滤膜在面对 SA、BSA 和 HA 三种不同污染物时，展现出与 NF90 平板膜截然不同的污染特性。尤其是在 SA 污染时，HF 纳滤膜抗污染性能更为突出。研究结果不仅加深了人们对 HF 纳滤膜在减轻膜污染方面优势的理解，也为不同应用场景下膜产品的选择提供了有价值的信息，有助于推动膜技术在水处理领域更高效、更广泛的应用，对解决水资源短缺问题具有重要意义。
