臭氧预处理调控超滤膜污染机制：基于污染物-膜-流体相互作用的新视角

针对超滤(UF)处理市政二级出水(SE)时膜污染严重的问题，研究人员通过臭氧预处理结合XDLVO理论、Pearson相关性分析等技术，揭示了臭氧剂量与初始通量对污染物去除及膜污染控制的协同作用机制，为优化UF工艺提供了理论依据和实践指导。

　　

随着全球水资源短缺加剧，市政污水回用成为重要解决方案，但二级出水(SE)中的有机物和胶体物质易导致超滤(UF)膜污染，制约其大规模应用。传统研究多聚焦污染物-膜相互作用，而忽略了膜-流体-污染物三者复杂互作机制。为此，北京工业大学等机构的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表论文，创新性地结合臭氧预处理与流体动力学调控，系统解析了UF膜污染的多尺度控制机制。

研究采用UV₂₅₄、TOC和荧光光谱量化有机物去除效率，通过阻力分析、复合污染模型（结合孔堵塞与滤饼过滤）和XDLVO理论计算界面作用能，结合Pearson相关性分析揭示关键控制参数。实验使用100 kDa PVDF膜，以污水处理厂SE为原水，对比不同臭氧剂量(0.5-4 mg/L)和初始通量下的污染行为。

关键结果

1. 臭氧剂量与污染物去除：UV₂₅₄去除率随臭氧剂量增加显著提升（0.5 mg/L时降至0.091 cm^?1，4 mg/L时达0.037 cm^?1），臭氧通过降解大分子有机物（如多糖/蛋白质）和增强亲水性，使滤饼层厚度减少30%-50%。
2. 流体动力学影响：高初始通量增强渗透拖曳力，但臭氧剂量（相关系数R=0.82）比初始通量（R=0.45）对污染控制的贡献更显著。
3. XDLVO理论验证：臭氧使污染物-膜界面排斥能提升2-3倍，有效抑制孔堵塞和滤饼层形成。

结论与意义
该研究首次从"污染物-膜-流体"三元互作角度阐明臭氧预处理缓解UF膜污染的双重机制：宏观上通过氧化降解降低污染物负荷，微观上调控界面相互作用能。研究提出臭氧剂量<5 mg/L为最优区间，超过10 mg/L可能因过度氧化加剧污染，为工程应用中臭氧-UF联用工艺的参数优化提供了精准指导。成果对推动污水资源化、实现"双碳"目标下的低能耗水处理具有重要实践价值。