反滲透技術(shù)對消毒副產(chǎn)物的去除效果、機(jī)理及影響因素研究進(jìn)展

何 歡，楊 潔，陳白楊

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳），深圳 518055

飲用水安全是社會各界廣泛關(guān)注的問題.由于源水中含有大量細(xì)菌和有機(jī)物等污染物，因此有必要對源水進(jìn)行消毒處理[1-2].余氯因具有低廉易得、效果持久等優(yōu)點(diǎn)，目前國內(nèi)外大型水廠多選用其為消毒劑[3-4].然而，余氯在消毒的同時會與水中天然有機(jī)物反應(yīng)生成一系列消毒副產(chǎn)物(DBPs)[5-8]，它們已被證明具有較強(qiáng)的致畸、致癌、致突變潛在危害[9-11].因此，國內(nèi)外政府高度重視，目前已頒布了一系列針對飲用水DBPs 濃度的限值標(biāo)準(zhǔn)(見表1)[12-16].

表1 各國DBPs 濃度的限值[12-16]Table 1 Concentration limits of DBPs by different countries[12-16]

常見飲用水DBPs 的處理策略包括三類，即DBPs 前體物的去除、消毒劑種類和投加方式的優(yōu)化、管網(wǎng)末端的凈化.第1 種方式采用過濾、吸附、混凝及膜處理等技術(shù)將DBPs 前體物去除[17-19]，目的是減少前體物與消毒劑反應(yīng)[20]；第2 種方式是通過優(yōu)化消毒劑種類和合理的投加方式來減少DBPs 生成量[21]；第3 種方式則是在管網(wǎng)末端安裝凈水設(shè)備降低已生成的DBPs 含量.家庭端去除DBPs 的凈化技術(shù)包括加熱煮沸[22-23]、活性炭吸附[24]、紫外光解[25]等.近年來膜過濾技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域[26-27]，且常見的超濾膜、納濾膜和RO 膜均已被用于商業(yè)飲用機(jī)，該技術(shù)也具備去除DBPs 的潛力.

RO 技術(shù)是指在高于溶液滲透壓的條件下，通過外加壓力使水分子透過而溶質(zhì)分子被截留的一種分離方式.RO 膜由于其極小的膜孔能截留水中多種污染物，如鹽離子、新興有機(jī)污染物等[28-31]，也常應(yīng)用于飲用水中DBPs 的去除[32].因此，為深入理解RO 去除DBPs 的應(yīng)用，該文通過總結(jié)近20 年來RO 在DBPs去除領(lǐng)域的研究進(jìn)展，具體包括去除效果、機(jī)理、操作條件影響和工藝等方面，提出了當(dāng)前研究的不足及未來可能的研究方向，以期更好地理解和利用RO 技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效低耗凈水目的.

1 RO 去除DBPs 效率

目前已有多項(xiàng)研究證實(shí)，RO 工藝對多種DBPs 均具有良好的去除效果.例如，RO 膜對THMs 和HAAs去除率分別在60%～90%和86%～94%之間[28,33-34].兩類DBPs 的差別說明RO 膜對帶電DBPs 的截留效果高于不帶電DBPs.RO 膜對HANs 也具有良好的截留效果，平均去除率可達(dá)73%[35].此外，有中試研究也發(fā)現(xiàn)，RO 膜對DBPs 具有良好的截留效果.例如，Karakulski 等[36]利用兩種高壓RO 膜(FT30 和AFC99膜，承壓能力>4×106Pa)處理自來水和微咸水時發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)T30 膜對THMs 去除率高達(dá)99.5%，AFC99 膜在1×106～3×106Pa 的范圍內(nèi)，可去除80%的THMs.另外，TFC-HR 和NF90 膜對N-亞硝基嗎啉(NMOR)去除效果比N-亞硝基哌啶(NPIP)分別低2%和16%[37]，也說明不同膜有不同的表現(xiàn).

當(dāng)前膜領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一是新膜的開發(fā).除常規(guī)聚酰胺商業(yè)膜外，付一菲[38]研究了兩種納米改性膜(TFC 和ZIF/TFN 膜)對DBPs 的去除，結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性后的RO 膜比商業(yè)膜對DBPs 的處理效果更好，但不足的是水通量減小，例如，用50 nm ZIF 膜改性后的ZIF/TFN 膜孔徑僅為0.34 nm，具有很好的截污性能(見表2).該結(jié)果表明，若膜的改性作用可使膜孔徑減小，更多小分子的DBPs 將被截留.

表2 各種膜對DBPs 的去除效果[38]Table 2 DBPs removal efficiency of various membranes[38]

2 RO 膜截留DBPs 的機(jī)理

當(dāng)前，RO 膜截留DBPs 的機(jī)理主要包括空間位阻效應(yīng)、靜電排斥效應(yīng)及膜吸附效應(yīng)3 種.在空間位阻方面，RO 膜的平均孔徑小于1 nm，因此在外加壓力的作用下，空間位阻效應(yīng)即可有效截留大分子DBPs[39].可以理解的是，DBPs 分子量越大，其被RO膜截留越多，去除率就越高.例如，Steinle-Darling等[40]建立了分子量與去除率的良好線性關(guān)系(R2=0.96～0.99).然而，DBPs 分子量與RO 膜的去除程度并不呈線性相關(guān)[41].此外，F(xiàn)ujioka 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，NMOR 的去除率比NPIP 的去除率低，而二者的分子量卻相似(NMOR為116 g/mol，NPIP為114 g/mol).據(jù)此，該文提出了“分子寬度”的新概念指標(biāo)，并將其與N-亞硝胺去除率建立了良好相關(guān)性.Yang 等[42]發(fā)現(xiàn)分子量相似的物質(zhì)具有不同的分子半徑(rs)，因此該研究將rs作為描述DBPs 尺寸的首選指標(biāo)；Fujioka等[41]也發(fā)現(xiàn)，NDMA、二甲基甲酰胺(DMF)和異丁醛(IBAL)具有相似的分子量(72～74 g/mol)，但其去除率(分別為30%、52%和88%)明顯不同，并提出用最小投影面積作為尺寸指標(biāo)建立與去除率的相關(guān)性.由此可見，空間位阻效應(yīng)中可用多個DBPs 尺寸指標(biāo)進(jìn)行描述，且選用不同指標(biāo)的相關(guān)性程度不同，未來該方向的深入探究或許可發(fā)掘該效應(yīng)更深層次的機(jī)理.

在靜電排斥方面，RO 膜因所帶官能團(tuán)可受水樣pH 的影響而促進(jìn)或抑制對離子態(tài)DBPs 的截留作用[43].一般來說，在中性和堿性條件下RO 膜表面帶負(fù)電，若DBPs 在該pH 條件下脫氫而帶負(fù)電，則二者所帶電荷相同會發(fā)生靜電排斥作用，從而促進(jìn)DBPs的截留.另外，該排斥作用對較小分子的效果更為明顯[41]，被認(rèn)為是帶電小分子DBPs 的主要去除機(jī)制.

在膜吸附截留方面，該作用對不帶電且疏水性較強(qiáng)的DBPs 的去除具有較大影響.有研究通過質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)，某些疏水DBPs 會被吸附在RO 膜表面或嵌入膜中[44-45]，其遷移途徑為疏水性DBPs 穿過聚酰胺層進(jìn)入膜中，而后被聚砜層吸附，使DBPs 暫時留在膜層中[46].究其原因可能是，膜材料也為疏水性物質(zhì)，與DBPs 具有良好的親和性[47]，但吸附力的強(qiáng)弱也受到DBPs 物理化學(xué)特性的影響[48-49].然而，因膜吸附位點(diǎn)有限，該作用隨著操作時間的延長可能會逐漸減弱，且在截留吸附到一定程度后，某些污染物可能會穿過膜層進(jìn)入清水中，從而影響凈水效果[42,44,50-51].該方向的研究目前還亟待深入探索和發(fā)掘.

3 RO 去除DBPs 的影響因素

RO 去除DBPs 的效果可受到多種因素的影響，包括溶液pH、操作壓力、溫度、離子類型、水質(zhì)及RO 膜老化程度等[28,52].因此，該文對RO 去除DBPs的常見影響因素進(jìn)行了總結(jié).

3.1 pH

pH 可改變膜表面電荷及溶質(zhì)的帶電性而影響膜的截留性能[53].Wang 等[54]研究了初始pH 對多級RO 截留HAAs 的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在中性(pH=7.5)和弱堿性(pH=8.5)溶液的HAAs 截留率明顯高于弱酸性水(pH=6.5).Chen 等[46]研究發(fā)現(xiàn)，RO 膜截留自來水中DBPs 的效果較超純水中DBPs 更好，據(jù)此推測是實(shí)際水中pH 更高所致.因原水中OH-濃度高于H+濃度，而循環(huán)RO 系統(tǒng)中OH-得到富集，更加劇了膜的靜電排斥作用.同時，F(xiàn)ujioka 等[55]研究發(fā)現(xiàn)，pH由10.0 降至3.5，亞硝胺的去除率隨之下降，這意味著pH 下降使膜帶正電從而降低了排斥效應(yīng).此外，有研究[56-57]發(fā)現(xiàn)，小分子電中性的DBPs 也會受到pH 的影響，總體上呈隨pH 的增加而DBPs 去除率增大的趨勢.該現(xiàn)象的原因是，pH 提高導(dǎo)致了膜聚合物基體的延伸鏈構(gòu)象[37]，從而使膜的孔徑變小.因此，RO 技術(shù)運(yùn)用過程中適當(dāng)提高溶液pH 可提高DBPs的去除效果.

3.2 操作壓力

操作壓力通過壓力差的作用而對RO 膜產(chǎn)生影響，理論上說壓力差增大會使得水通量增加，DBPs去除效果越佳.家用RO 膜的工作壓力一般在0.2×106～2.0×106Pa 之間，而水廠或廢水廠的工作壓力可以高達(dá)4×106Pa.湯鐘[58]在不同RO 壓力(0.4×106～1.2×106Pa)下的研究發(fā)現(xiàn)，0.4×106Pa 操作壓力下THMs 去除率略低(>90%)，而隨著壓力的增加可升至95%以上，其中二碘甲烷、三溴甲烷物質(zhì)去除率甚至可達(dá)到99.5%.值得一提的是，操作壓力增大會產(chǎn)生大量氣泡，相當(dāng)于增加了曝氣作用，這也可促進(jìn)THMs 的揮發(fā)，而該原因的貢獻(xiàn)程度尚未被報道.

此外，提高RO 操作壓力可提高水的滲透通量.Fujioka 等[59]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滲透通量從10 L/(m2·h)增至42 L/(m2·h)時，NDMA 的去除率也增加了17%，這與Miyashita 等[60]的研究結(jié)果一致.Wijmans 等[61]用溶質(zhì)擴(kuò)散模型將水通量〔Jv，m3/(m2·s)〕與溶質(zhì)通量〔Js，mol/(m2·s)〕的關(guān)系進(jìn)行了闡述，其表達(dá)如式(1)(2)所示：

式中：A為水滲透常數(shù)；B為鹽滲透常數(shù)；ΔP為膜靜壓差，MPa；ΔΠ為膜滲透壓差，MPa；Cfo為膜界面進(jìn)樣中的溶質(zhì)濃度，mol/m3；Cpl為滲透面-膜界面的滲透溶質(zhì)濃度，mol/m3.

根據(jù)式(1)(2)可知，水通量隨進(jìn)樣端壓力的增加而增加，而溶質(zhì)通量與壓力無關(guān)，因此溶質(zhì)的去除率相應(yīng)增加.當(dāng)然，滲透通量是動態(tài)變化的，其差異可能受到進(jìn)樣壓力損失、滲透壓力增加和膜污染等因素影響[62].因此，RO 系統(tǒng)中滲透物通量的變化也可能伴隨著DBPs 截留率的變化.

3.3 溫度

RO 運(yùn)行溫度會影響到膜的熱穩(wěn)定性、膜孔徑和DBPs 物化性質(zhì).已有研究顯示，溫度的升高會降低DBPs 的去除率.例如，F(xiàn)ujioka 等[37]將水樣溫度從20 ℃增至30 ℃時發(fā)現(xiàn)，TFC-HR 膜對NDMA 去除率從49%降至25%.Fujioka 等[63]用RO 膜進(jìn)行中試研究，處理溫度為13～34 ℃的污水處理廠二次出水時發(fā)現(xiàn)，NDMA 的去除率隨溫度增加由87%降至65%.究其原因可能是，活性膜表面層膨脹而使聚合物變得松弛，從而降低了膜截留能力[38].此外，溫度升高時膜表面的孔徑也會變大[64]，促進(jìn)溶質(zhì)的滲透[65]，進(jìn)而導(dǎo)致DBPs 去除率下降.上述結(jié)果說明在利用RO 膜進(jìn)行凈水處理時，應(yīng)考慮季節(jié)和操作環(huán)境引起的溫度變化對DBPs 去除率的影響，如可采用控溫的方式實(shí)現(xiàn)RO 膜對DBPs 的穩(wěn)定去除.

3.4 進(jìn)水種類

不同水樣中物質(zhì)組成與性質(zhì)不同，因此實(shí)驗(yàn)室超純水配水試驗(yàn)結(jié)果需要與實(shí)際水樣結(jié)果進(jìn)行對比以找出差距.但孫亞南[66]研究發(fā)現(xiàn)，自來水環(huán)境相比超純水環(huán)境更易去除HAAs 物質(zhì).究其原因可能是，自來水本身pH 呈相對堿性，這更有利于HAAs 類物質(zhì)的去除.此外，HAAs 可能與自來水中金屬陽離子類物質(zhì)發(fā)生了絡(luò)合作用，使得物質(zhì)分子量加大[66].而對于非離子型DBPs，配水種類改變不會對RO 膜的去除性能造成明顯影響.例如，甘軼群[67]研究了實(shí)際水樣(包括自來水和湖水)中RO 膜對THMs 的去除性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同水樣中THMs 的去除率始終維持在95%～100%范圍內(nèi).上述結(jié)果也表明，實(shí)驗(yàn)室配水試驗(yàn)效果不會高估RO 去除DBPs 的能力，甚至可能在一定程度上低估RO 去除效果.

3.5 離子濃度

從理論上而言，離子濃度越大滲透壓越大，就需要越大壓力才能讓水通過半透膜進(jìn)入到凈水一側(cè).但少量研究發(fā)現(xiàn)，鹽度增加反而可以促進(jìn)RO 膜截留DBPs.如張弛[68]的研究發(fā)現(xiàn)，高離子濃度下RO 膜對THMs 去除效果更好，且DBPs 去除率隨鹵素取代基越大受離子濃度影響越小(見圖1).究其原因可能是，鹽濃度的增加會促進(jìn)疏水性物質(zhì)在膜材料上的吸附，類似加鹽可以促進(jìn)DBPs 從水相進(jìn)入溶劑甲基叔丁基醚的液液萃取過程.

圖1 不同離子濃度下RO 膜對THMs去除率的變化[68]Fig.1 The removal efficiency of THMs by RO membranes with different ion concentrations[68]

但對于分子量小且不帶電的DBPs (以NDMA 為例)，鹽濃度的增加會降低RO 膜去除DBPs 的效果，其原因除RO 壓差變小外，也可能是離子濃度的增加會增大膜孔徑或改變?nèi)苜|(zhì)的尺寸[69-70].例如，Steinle-Darling 等[40]向亞硝胺類DBPs 溶液中加入10 nmol/L和100 nmol/L 的NaCl 發(fā)現(xiàn)，高濃度鹽降低了亞硝胺類DBPs 去除率(約15%)，且統(tǒng)計方差分析可證明影響顯著(P<0.05)；Fujioka 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽濃度由26 nmol/L 增至260 nmol/L 后，TFC-HR 膜對NDMA的去除率從52%降至34%.因上述研究結(jié)果所得趨勢并不完全一致，未來或需評價更多離子種類和濃度的差異對不同DBPs 的影響.

3.6 初始DBPs 濃度

DBPs 產(chǎn)生的種類和濃度隨水質(zhì)不同而呈現(xiàn)差異.理論上說，濃度越大滲透壓越大，就需要更大壓力才能讓水通過半透膜進(jìn)入到凈水一側(cè).但郭曉崎[71]研究發(fā)現(xiàn)，一定范圍內(nèi)不同初始濃度(0～100 μg/L)的三氯乙醛經(jīng)RO 處理后，在凈水側(cè)三氯乙醛濃度始終維持在1 μg/L 左右.甘軼群[67]研究也發(fā)現(xiàn)，0～200 μg/L范圍內(nèi)，凈水側(cè)THMs 濃度保持在10 μg/L 以下.同樣地，F(xiàn)ujioka 等[37]研究也發(fā)現(xiàn)，亞硝胺類DBPs 在進(jìn)水濃度為250～1 500 ng/L 范圍內(nèi)對RO 膜去除率沒有明顯影響，說明在一定濃度范圍內(nèi)DBPs 的去除率不隨DBPs 初始濃度變化而顯著變化.Fujiako 等[55]隨后利用水動力學(xué)模型進(jìn)一步解釋了NDMA 截留與初始濃度無關(guān)的合理性.水動力學(xué)模型的表達(dá)式如式(3)[72]所示：

式中：Cp為滲透液中溶質(zhì)濃度，mol/m3；Cf為進(jìn)樣中溶質(zhì)濃度，mol/m3；Φ為空間分配因子，無量綱；Kc為空間分配因子；Dp為溶質(zhì)在膜孔中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；Δx為孔內(nèi)距離入口的位置，m.由該模型可知，溶質(zhì)的截留率僅與膜聚合物的水通量和溶質(zhì)特性有關(guān)，而與溶質(zhì)初始濃度無關(guān).

3.7 膜污染/老化

目前針對膜老化對RO 膜去除效果的影響有兩種對立觀點(diǎn)，一種認(rèn)為RO 膜去除率不會隨使用時間而惡化，相反因?yàn)槟だ匣^程減小了膜孔徑，DBPs的去除率反而會有所增加.Wang 等[54]對比了老化膜與新膜的HAAs 去除性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，老化膜(94.1%)比新膜(88.5%)去除效果更好.在新膜上可觀察到典型的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而老化膜可觀察到分形和緊湊的海綿狀結(jié)構(gòu).雖然老化膜比新膜更粗糙，但透水性更低[73-74].Fujiako 等[75]研究了三級廢水處理后的RO 膜對NDMA 的去除性能，發(fā)現(xiàn)隨著膜的不斷使用NDMA去除率由34%逐漸增至73%，這說明膜老化或污染作用促進(jìn)了低分子量N-亞硝胺類DBPs 的去除.

與之相反，另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，膜污染后其水通量和污染物去除能力均會減弱[76-77].有研究[46,78]發(fā)現(xiàn)，長期操作RO 膜會使膜的吸附位點(diǎn)飽和，從而使膜對DBPs 的吸附效果減弱，使得部分溶質(zhì)穿過膜層進(jìn)入清水側(cè)，從而使水質(zhì)變得惡化.例如，F(xiàn)ang 等[44]發(fā)現(xiàn)在膜污染導(dǎo)致滲透通量降低50%時，RO 膜去除碘代甲烷的性能降低了17.2%；Steinle-Darling 等[40]利用海藻酸鈉作為污垢劑研究了膜污染前后去除NDMA 的效果，結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，在膜污染導(dǎo)致水通量下降15%的同時，NDMA 和NMEA 的去除率分別從56%、79%降至39%、68%.雖然長期暴露于氧化劑(如次氯酸)所引起的膜老化也被證明對無機(jī)鹽和微量有機(jī)物的去除具有負(fù)面作用[79]，但目前尚未見消毒劑處理RO 膜對DBPs 去除效果的影響.

3.8 膜改性

由于組分的差異與性質(zhì)的不同，不同的膜材料可能產(chǎn)生完全不同的去除效果，因此選用合適的膜是提高目標(biāo)DBPs 去除率的關(guān)鍵.而針對去除效果欠佳的RO 膜，可通過膜改性的方式提高其性能.例如，F(xiàn)ujioka 等[80]通過熱處理膜的方式對RO 膜進(jìn)行了改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熱處理后的膜可將NDMA 去除率從84%提高至92%.主要原因在于，熱處理過程誘導(dǎo)了聚合物結(jié)構(gòu)的變化，從而可降低RO 膜的自由體積孔徑[81].Steinle-Darling 等[40]將親水性涂料(PEBAX)涂在3 種RO 膜(ESPA3、LFC3 和BW30 膜)表層用于去除亞硝胺，結(jié)果表明，有涂層膜比無涂層膜水通量更低(如ESPA3、LFC3 和BW30 膜的初始水通量較無涂層前分別降低了84.6%、60.6%和72.4%)；同時，該涂層將ESPA3 膜對NDMA 的去除率降低了11%，而對LFC3 和BW30 膜的去除率分別增加了6%和15%.另外，結(jié)果還發(fā)現(xiàn)上述RO 膜改性措施對于小分子且不帶電的DBPs 影響不大，說明親水改性對不同RO 膜及不同DBPs 的截留影響均不相同，其中原因和機(jī)理有待后續(xù)深入研究.

4 RO 膜去除DBPs 工藝

常規(guī)RO 過程多采用單級RO 膜截留污染物，其整體產(chǎn)水率不高(范圍為20%～30%)，容易造成水資源的浪費(fèi)[82].為解決水和能源浪費(fèi)的問題，有研究提出可采用多級RO 或循環(huán)RO 及多工藝聯(lián)用等方式進(jìn)行水的回收和深度處理，這些工藝也可借鑒用于飲用水中DBPs 的去除.

4.1 多級RO 工藝

多級RO 工藝是通過多個RO 裝置連續(xù)組合用于截留污染物的一種運(yùn)行工藝，具有產(chǎn)水量高的優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地解決單級RO 產(chǎn)水低的問題，但也存在占地面積大、投資高等缺點(diǎn).目前，已有少量文獻(xiàn)報道了多級RO 技術(shù)去除DBPs 的效果和去除機(jī)理.例如，對于帶電溶質(zhì)，空間位阻和靜電排斥作用是最主要的兩種去除機(jī)制[41].帶負(fù)電的DBPs 由于靜電效應(yīng)比電中性的DBPs 具有更高的截留率[28,34,83].Wang 等[54]研究了多級RO 處理HAAs 的效果，結(jié)果顯示，經(jīng)五級RO 處理后水回收率達(dá)到87%，而HAAs 的整體去除率在75%以上，其去除率從第一級(95.2±2.4%)到第五級(76.9±22.7%)逐漸降低.除分子量及尺寸大小影響RO 去除DBPs 效果外，DBPs 的疏水性、偶極矩、帶電性等特性也是RO 膜截留效果的重要影響因素[79,84-85].Fang 等[50]也研究了多級RO 膜處理THMs的去除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在水回收率達(dá)到60%時，THMs 的整體去除率在89.0%～98.8%之間.上述研究表明，DBPs 去除率不會因水回收率的提高而大幅下降.

4.2 循環(huán)RO

為解決多級RO 工藝占地大、設(shè)備投資高等問題，有學(xué)者提出了循環(huán)RO 的新工藝方式，即將RO 處理后的濃水回流至進(jìn)水端再次進(jìn)行RO 操作.該方法不僅解決了水資源浪費(fèi)問題，同時也節(jié)約了設(shè)備投資、能耗及占地，因此具有較好的發(fā)展前景.張弛[68]研究了循環(huán)RO 膜對DBPs 的去除性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除一氯乙醛(CAL)去除率較低(58.7%)外，其他DBPs 的去除率均大于70% (見圖2).這說明循環(huán)RO 工藝對大多數(shù)DBPs 的去除效果均比較理想.

圖2 循環(huán)RO 過程中20 種DBPs 的總?cè)コ蔥68]Fig.2 Total removal efficiency of 20 DBPs during flexible reverse osmosis[68]

4.3 多工藝聯(lián)用

RO 膜膜孔極小，直接處理重污染水樣易造成膜堵塞[86].為確保RO 膜的正常運(yùn)行，常采用微濾、超濾等方式進(jìn)行樣品預(yù)處理以保護(hù)RO 膜，并聯(lián)合多種工藝進(jìn)行飲用水的深度處理.何忠等[39]研究了納濾膜與RO 膜聯(lián)用對長江原水中DBPs 的深度處理效果，結(jié)果顯示在0.4×106Pa 條件下，納濾膜與RO 膜聯(lián)用對THMs 的整體去除率可在75%以上.郭學(xué)博[87]用活性炭-RO 膜聯(lián)用去除含氮類DBPs(N-DBPs)，其對TCAM、DCAM、TCAN 的去除率均在99%以上.Fujioka 等[55]總結(jié)了幾處污水處理廠工藝處理NDMA的效果，發(fā)現(xiàn)這些污水處理廠雖然具有相似的預(yù)處理過程及運(yùn)行參數(shù)，但NDMA 的去除率變化較大(10%～86%)，這說明在實(shí)際污水處理廠應(yīng)用中RO 膜處理效能會受到多方面因素的影響.一些RO 聯(lián)合前處理技術(shù)對DBPs 的去除效果如表3 所示.由表3 可見，各種RO 聯(lián)合工藝均能較好地去除DBPs，且均達(dá)到了較高的凈水效果.

表3 RO 膜前處理工藝對DBPs 的去除效果Table 3 Removal effect of DBPs by RO membrane pretreatment

5 結(jié)論

a) 從機(jī)理角度考慮，空間位阻效應(yīng)是RO 膜去除絕大多數(shù)DBPs 的主要作用機(jī)制.帶電DBPs 會同時受到空間位阻效應(yīng)和靜電排斥效應(yīng)兩種機(jī)制作用，且靜電排斥效應(yīng)對小分子帶電DBPs 的RO 去除影響更為明顯.此外，不帶電且疏水性的小分子DBPs 還可能被膜吸附或穿透膜層進(jìn)入到清水一側(cè)，而已有的研究多為短期試驗(yàn)，未曾系統(tǒng)研究該類DBPs 的吸附/穿透行為和機(jī)理，未來或可進(jìn)一步深入探索.

b) 從RO 操作影響因素來看，提高操作溫度會破壞膜的結(jié)構(gòu)而不利于DBPs 截留.提高pH 也可通過提高RO 膜和溶質(zhì)帶電性能而促進(jìn)DBPs 截留.膜改性降低膜孔徑或提高膜的親水性后，可增加RO 膜對DBPs 的截留.在運(yùn)行范圍內(nèi)提高操作壓力，通常能提高水的滲透通量和DBPs 的截留率.水樣種類及DBPs 初始濃度在一定范圍內(nèi)并不影響RO 膜對DBPs 去除的效果.而操作因素如膜老化、離子濃度等因素的影響目前尚有爭議，還亟待深入研究.

c) 從工藝角度分析，盡管各項(xiàng)RO 工藝都實(shí)現(xiàn)了DBPs 的較好去除，但各項(xiàng)工藝均存在優(yōu)勢與不足.例如，多級RO 雖可解決產(chǎn)水量低、能耗高的問題，但其占地較大、一次性投資成本高.循環(huán)RO 雖然能解決能耗、占地及產(chǎn)水等問題，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜.RO與其他工藝聯(lián)用可有效地保護(hù)RO 膜免受重污染水樣的破壞，避免膜結(jié)垢問題的頻繁發(fā)生，但存在操作復(fù)雜、成本相對較高等不足.因此，在未來實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮能耗、占地、產(chǎn)水量、投資等多因素的影響，致力于開發(fā)一種節(jié)水低耗且凈水能力強(qiáng)的低壓RO 膜工藝或系統(tǒng).