微纳米气泡强化Fe(II)/过硫酸盐体系控制超滤膜污染的性能与机制研究

针对超滤(UF)过程中膜污染和新兴污染物(EPs)去除效率低的难题，研究人员开发了微纳米气泡(MBs)增强的Fe(II)/过硫酸盐(PS)预氧化系统(MBs/Fe(II)/PS)。该系统通过原位生成Fe(III)的混凝作用和SO4•–/•OH/1O2的氧化机制，显著缓解了由天然有机物(NOM)引起的可逆/不可逆膜污染，并高效去除乙酰甲草胺(AC)。该研究为MBs基预氧化技术的工程应用提供了理论支撑。

　　

随着全球水资源短缺危机加剧，超滤(UF)技术因其低能耗和高截留能力成为水处理领域的研究热点。然而，天然有机物(NOM)引起的膜污染和新兴污染物(EPs)去除效率低的问题，严重制约了该技术的广泛应用。传统Fe(II)/过硫酸盐(PS)预处理系统存在持续活化效率低、pH适用范围窄等缺陷。针对这些挑战，中国某高校的研究团队创新性地将微纳米气泡(MBs)引入Fe(II)/PS体系，系统探究了MBs/Fe(II)/PS对膜污染的控制效能与作用机制，相关成果发表于《Journal of Membrane Science》。

研究采用膜污染表征、自由基淬灭实验、XDLVO理论分析等关键技术，通过构建含腐殖酸(HA)、海藻酸钠(SA)和牛血清蛋白(BSA)的NOM模拟体系，结合乙酰甲草胺(AC)作为EPs代表物，评估了不同预处理系统对膜通量恢复和污染物去除的影响。

HA fouling
研究发现，未经处理的HA导致膜通量(J/J₀)在三轮过滤后降至0.75。MBs/Fe(II)/PS预处理通过生成Fe(III)胶体和自由基，使HA分子量分布向更大范围迁移，显著降低膜表面污染物沉积。

结论与讨论
在30 μM Fe(II)/PS条件下，MBs/Fe(II)/PS系统对SA和混合NOM引起的可逆污染(R_r)和不可逆污染(R_ir)缓解效果优于传统Fe(II)/PS系统。虽然HA和BSA组分经两种预处理后均加剧膜污染，但MBs的加入显著减弱了Fe(II)/PS的负面效应。机制分析表明：

1. MBs通过提供气-液界面高温位点促进PS活化，持续生成SO₄^•–、•OH和¹O₂；
2. 原位形成的Fe(III)通过电中和作用改变污染物聚集状态；
3. 系统使膜污染模式从滤饼过滤转变为完全阻塞或中间阻塞模式，降低界面自由能。

该研究首次阐明了MBs在Fe(II)/PS体系中的协同增效机制，为开发高效、可持续的膜污染控制技术提供了新思路。通过同时实现NOM去除率提升(达68.5%)和AC降解效率优化(91.2%)，证实了MBs/Fe(II)/PS系统在应对复杂水质挑战中的双重优势。研究成果对推动UF技术在饮用水深度处理领域的应用具有重要指导价值。