Bi2O3/rGO/TiO2催化膜深度处理二级出水：EfOM降解机制与膜污染控制研究

为解决二级出水有机物(EfOM)引发的超滤(UF)膜污染问题，研究人员开发了Bi2O3/rGO/TiO2改性陶瓷超滤膜(MCUM)。该膜通过光催化氧化有效降解芳香族大分子EfOM，将可逆污染阻力降低76.8%，不可逆阻力降低34.3%，为市政污水回用提供了高效抗污染解决方案。

　　

随着全球水资源短缺问题日益严峻，市政污水回用成为可持续发展的重要策略。然而，二级出水中的有机物(EfOM)如同"隐形杀手"，不仅含有蛋白质、腐殖酸等复杂成分，还会在超滤(UF)膜表面形成顽固的污染层，导致膜通量下降、运行成本飙升。更棘手的是，传统预处理方法如混凝仅能转移污染物，而高级氧化工艺又面临化学药剂消耗大、操作复杂等瓶颈。如何打破EfOM膜污染的"魔咒"，成为制约污水回用技术推广的关键难题。

哈尔滨工业大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向了一种新型的Bi₂O₃/rGO/TiO₂(BRGT)复合催化膜。他们通过真空过滤-热处理工艺，在陶瓷超滤膜表面构建了具有光催化功能的纳米涂层，创造出兼具分离与氧化功能的"双效武器"。这项发表在《Journal of Water Process Engineering》的研究表明，这种改性陶瓷超滤膜(MCUM)不仅能高效截留大分子有机物，还能在紫外光(UV)下将其降解为小分子物质，从根本上解决膜污染问题。

研究团队运用了多项关键技术：从北京某污水处理厂获取二级出水作为实验样本；采用平行因子分析(PARAFAC)结合自组织映射(SOM)算法解析EfOM组分变化；基于XDLVO理论计算膜-污染物界面作用能；通过修正Hermia模型阐明污染机制演变规律。这些方法的综合应用，为揭示MCUM的抗污染机理提供了多维度证据。

【Removal of UV₂₅₄ and DOC】
实验数据显示，在UV条件下，最优配比的MCUM-2.88对DOC和UV₂₅₄的去除率分别达到31.4%和42.5%，显著高于传统陶瓷膜。荧光组分分析表明，该膜能优先降解芳香族大分子物质，而色氨酸类物质因抗光解特性成为主要残留物。

【Conclusions】
研究得出三大突破性结论：首先，MCUM通过光催化作用将中分子量腐殖类物质转化为小分子衍生物，使膜污染机制从完全/中间阻塞转变为以中间阻塞为主；其次，改善的膜表面粗糙度和亲水性增强了界面排斥力，使可逆污染阻力降低76.8%；最后，SOM算法可视化追踪到荧光组分的降解轨迹，证实BRGT涂层对芳香族组分的特异性降解能力。

这项研究的创新价值在于：首次将BRGT复合催化剂与陶瓷膜结合，创造了"过滤-降解"协同作用的新型处理范式；通过机器学习算法揭示了EfOM组分的动态转化规律；为市政污水深度处理提供了能耗低、效率高的绿色解决方案。正如研究者Zhiwei Zhou团队强调的，该技术不仅能延长膜使用寿命，更将推动污水回用从"可行"向"经济高效"跨越，对实现联合国可持续发展目标(SDG6)具有重要实践意义。