物理化学物理化学物理化学 (29).pdf

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1、环境科学研究 Research of Environmental Sciences ISSN 1001-6929,CN 11-1827/X 环境科学研究网络首发论文环境科学研究网络首发论文 题目：反渗透技术对消毒副产物的去除效果、机理及影响因素研究进展 作者：何欢，杨洁，陈白杨 DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.07 收稿日期：2021-08-11 网络首发日期：2021-10-25 引用格式：何欢，杨洁，陈白杨反渗透技术对消毒副产物的去除效果、机理及影响因素研究进展J/OL环境科学研究.网络首发网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用

2、定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合出版管理条例和期刊出版管理规定的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发

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4、*哈尔滨工业大学(深圳),深圳 518055 摘要：反渗透(RO)技术因操作简便、无药剂添加等特点，而被广泛应用于管网末端痕量污染物的去除.为深入理解RO技术在去除饮用水中消毒副产物(DBP)的应用，本文总结了近二十年来RO截留DBPs的效果、机理、影响因素及工艺.结果表明：空间位阻效应是 RO 膜去除 DBPs 的主要作用机制，静电排斥效应对带电小分子 DBPs 的去除更加明显；此外，膜对疏水性 DBPs 也具有一定的吸附截留作用；适当提高 pH、操作压力或膜改性(如使膜孔变小或增强膜的亲水性)能增强 DBPs 的去除，但升高温度不利于 DBPs 去除.在一定范围内 DBPs 浓度变化(02

5、00 g/L)对 RO 截留影响不明显；目前尚存争议的是水中离子浓度和膜老化对 RO 效率的影响及各种 RO 工艺的优选.建议未来深入探究 DBPs 在 RO 工艺中的吸附和穿透行为及规律，并致力于开发净水能力更强且更节能省水的 RO 工艺.关键词：反渗透膜；消毒副产物；效果；机理；影响因素；工艺 中图分类号：X1 文章编号：1001-6929(2021)00-00-00 文献标志码：A DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.07 A Review of Disinfection Byproducts Removal Efficiency and Infl

6、uencing Factors in Reverse Osmosis Technology HE Huan,YANG Jie,CHEN Baiyang*Harbin Institute of Technology(Shenzhen),Shenzhen 518055,China Abstract:Reverse osmosis(RO)technology is currently widely used in the removal of trace pollutants from pipe network end due to its simple operation and chemical

7、-free characteristic.In order to gain insights into the application of RO technology in removing disinfection by-products(DBPs),this review summarized the effects,mechanisms,influencing factors and RO techniques on rejection of DBPs within the past two decades.The results show that steric hindrance

8、is the major force governing the removal of most of DBPs by RO,while electrostatic repulsion has strong impacts on the removal of those charged,small molecular DBPs.Meanwhile,RO membrane can effectively reject hydrophobic DBPs due to its adsorption capacity.Increasing pH and operating pressure or mo

9、difying membrane properties(e.g.,reducing pore size or enhancing hydrophilicity of membrane)can increase the removals of DBPs,whereas an increase in temperature is often harmful to the removal of DBPs.Varying initial DBPs concentrations(0-200g/L)within certain levels posed little effects on the perf

10、ormance of RO.However,there remain some controversies now regarding the influences of coexisting ions in water and membrane aging on the retention of DBPs.In the future,it is suggested to further explore the adsorption and penetration behaviors and mechanisms of DBPs in the RO treatment process,and

11、to committee to developing RO processes with stronger pollutant mitigation ability and more energy and water-saving features.Keywords:reverse osmosis;disinfection byproducts;efficiency;mechanism;influencing factors;processes 收稿日期：2021-08-11 修订日期：2021-10-13 作者简介：何欢(2000-)，女，湖南衡阳人，HeH.*责任作者，陈白杨(1976-)

12、，男，湖南娄底人，教授，博士，博导，主要从事饮用水安全与控制研究，popla_ 基金项目：国家自然科学基金项目(No.51978194)；深圳市科创委项目(No.JCYJ20180306171820685)Supported by National Natural Science Foundation of China(No.51978194);Shenzhen Science and Technology Innovation 网络首发时间：2021-10-25 15:32:02网络首发地址：https:/ Commission,China(No.JCYJ20180306171820685)

13、饮用水安全是一个各界广泛关注的问题.由于源水中含有大量细菌和有机物等污染物，因此有必要对源水进行消毒处理1-2.余氯因具有低廉易得、效果持久等优点，目前国内外大型水厂多选用其为消毒剂3,4.然而，余氯在消毒的同时会与水中天然有机物反应生成一系列消毒副产物(DBPs)5-8，它们已被证明具有较强的致畸、致癌、致突变潜在危害9-11.因此，国内外政府高度重视，目前已颁布了一系列针对饮用水 DBPs的浓度限值标准12(见表 1).表 1 各国 DBPs 浓度限值12-16 Table 1 Concentration limits of DBPs by different countries mg/L

14、 消毒剂 DBPs 类型 致癌性 WHO US EU 日本 中国 印度 液氯/氯胺 三卤甲烷(THMs)氯仿 2B 0.3 0.08-0.06 0.06 0.2 一溴二氯甲烷 2B 0.06 0.08-0.03 0.06 0.06 二溴氯甲烷 3 0.1 0.08-0.1 0.1 0.1 三溴甲烷 2B 0.1 0.08-0.09 0.1 0.1 总 THMs *0.08 0.1 0.1*-卤乙酸(HAAs)一氯乙酸 0.2 0.06-0.02-二氯乙酸 2B 0.05 0.06-0.03 0.05-三氯乙酸 2B 0.2 0.06-0.03 0.1-二溴乙酸 2B-溴氯乙酸 2B-总 HAA

15、 -0.06 0.06-卤代乙腈(HAN)二氯乙腈 3 0.02-0.04-三氯乙腈 3-二溴乙腈 2B 0.07-溴氯乙腈 3-二氧化氯 氯酸盐类 ClO2-3 0.7-0.25 0.6 0.7-ClO3-0.7 1 0.25 0.6 0.7-臭氧 溴酸盐类(BrO3-)/醛类 BrO3-2B 0.01 0.01-0.01 0.01-甲醛-0.08 0.9-注：*表示各类化合物浓度中各种化合物的实测浓度与其各自限值比值之和不得超过 1，-为无限值；2B 为很可能致癌物；3为不致癌物.常见饮用水 DBPs 的处理策略包括三类：即 DBPs 前体物的去除、消毒剂种类和投加方式的优化、管网末端的净

16、化.第 1 种方式采用过滤、吸附、混凝及膜处理等技术将 DBPs 前体物去除17-19，目的是减少前体物与消毒剂反应20.第2种方式是通过优化消毒剂种类和合理的投加方式来减少DBPs生成量21.第3种方式则是在管网末端安装净水设备降低已生成的 DBPs 含量.家庭端去除 DBPs 的净化技术包括加热煮沸22-23、活性炭吸附24、紫外光解25等.近年来膜过滤技术被广泛应用于水处理领域26-27，且常见的超滤膜、纳滤膜和 RO 膜均已被用于商业饮用机，该技术也具备去除 DBPs 的潜力.RO 技术是指在高于溶液渗透压的条件下，通过外加压力使水分子透过而溶质分子被截留的一种分离方式.RO 膜由于其

17、极小的膜孔能截留水中多种污染物，如盐离子、新兴有机污染物等28-31，也常应用于饮 用水中 DBPs 的去除32.因此，为深入理解 RO 去除 DBPs 的应用，本综述通过总结近二十年来 RO 在 DBPs去除领域的研究进展，具体包括去除效果、机理、操作条件影响和工艺等方面.籍此，提出了当前研究的不足及未来可能的研究方向.1 RO 去除 DBPs 效率 目前已有多项研究证实了RO工艺对多种DBPs均具有良好的去除效果.例如，RO膜对THMs和HAAs去除率分别在 60%90%和 86%94%之间28,33-34.两类 DBPs 的差别说明 RO 膜对带电 DBPs 的截留效果高于不带电 DBP

18、s.RO 膜对 HANs 也具有良好的截留效果，平均去除率可达 73%35.此外，有中试研究也发现 RO 膜对 DBPs 具有良好的截留效果.Karakulski 等36利用两种高压 RO 膜(FT30 和 AFC99，承压能力4MPa)处理自来水和微咸水发现，FT30 膜对 THMs 去除率高达 99.5%.AFC99 膜在 13 MPa 的范围内，可去除 80%的 THMs.另外，TFC-HR 和 NF90 膜对 N-亚硝基吗啉(NMOR)去除效果比 N-亚硝基哌啶(NPIP)分别低 2%和 16%37，也说明不同膜有不同的表现.当前膜领域研究热点之一是新膜的开发.除常规聚酰胺商业膜外，付

19、一菲等38研究了两种纳米改性膜(TFC 和 ZIF/TFN)对 DBPs 的去除，结果发现改性后的 RO 膜比商业膜对 DBPs 的处理效果更好，但不足的是水通量减小.比如，用 50nm ZIF 改性后的 ZIF/TFN 膜孔径仅为 0.34nm，具有很好的截污性能(对比效果见表 2).该结果表明，若膜的改性作用可使膜孔径减小，更多小分子的 DBPs 将被截留.表 2 各种膜对 DBPs 的去除效果38 Table 2 DBPs removal efficiency of various membranes38%膜类型 TCM DCAN TCAN DCAM TCAM 商品膜 26.2 29.4

20、 60.8 55.1 66.5 TFC 32.1 37.3 82.2 71 90.5 ZIF/TFN 38.4 45.3 95.5 80 99.2 注：TCM 为三氯甲烷；DCAN 为二氯乙腈；TCAN 为三氯乙腈；DCAM 为二氯乙酰胺；TCAM 为三氯乙酰胺.2 RO 膜截留 DBPs 的机理 当前，RO 膜截留 DBPs 的机理主要包括空间位阻效应、静电排斥效应及膜吸附效应三种.在空间位阻方面，RO 膜的平均孔径小于 1nm，因此在外加的压力作用下，空间位阻效应即可有效截留大分子 DBPs39.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.比如，Steinle

21、-Darling 等40建立了分子量与去除率的良好线性关系(R2=0.960.99).然而，DBPs 分子量与 RO 膜的去除程度在其他研究中并不呈线性关系.此外，Fujioka 等37研究发现 NMOR 的去除率比 NPIP 的低，而二者的分子量却相似(NMOR 为 116 g/mol，NPIP 为 114 g/mol).据此，该文提出了“分子宽度”的新概念指标，并将其与 N-亚硝胺去除率建立了良好相关性.Yang 等41发现分子量相似的物质具有不同的分子半径(rs)，因此该研究将 rs作为描述 DBPs 尺寸的首选指标.Fujioka 等42也发现 NDMA、二甲基甲酰胺(DMF)和异丁醛

22、(IBAL)具有相似的分子量(7274 g/mol)但明显不同的去除率(分别为 30%、52%和 88%)，并提出用最小投影面积作为尺寸指标建立和去除率的相关性.由此可见，空间位阻效应中可用多个 DBPs 尺寸指标进行描述，且选用不同指标的相关性程度不同，未来该方向的深入探究或许可发掘该效应更深层次的机理.在静电排斥方面，RO 膜因所带官能团可受水样 pH 的影响而促进或抑制对离子态 DBPs 的截留作用43.一般来说，在中性和碱性条件下 RO 膜表面带负电，若 DBPs 在该 pH 条件下脱氢而带负电，则两者所带 电荷相同会发生静电排斥作用，从而促进 DBPs 的截留.且该排斥作用对较小分子

23、的效果更为明显41，被认为是带电的小分子 DBPs 的主要去除机制.在膜吸附截留方面，该作用对不带电且疏水性较强的 DBPs 的去除具有较大影响.有研究通过物质守恒分析发现，某些疏水 DBPs 会被吸附在 RO 膜表面或嵌入膜中44,45.其迁移途径为疏水性 DBPs 穿过聚酰胺层进入膜中，而后被聚砜层吸附，使 DBPs 暂时留在膜层中46.其主要原因为膜材料也为疏水性物质，二者具有良好的亲和性47，但吸附力的强弱也受到 DBPs 物理化学特性的影响48,49.然而，因膜吸附位点有限，该作用随着操作时间的延长可能会逐渐减弱，且在截留吸附到一定程度后，某些污染物可能会穿过膜层进入清水中，从而影响

24、净水效果41,44,50,51.该方向的研究目前还亟待深入探索和发掘.3 RO 去除 DBPs 的影响因素 RO 去除 DBPs 的效果可受到多种因素的影响，包括溶液 pH、操作压力、温度、离子类型、水质及 RO膜老化程度等28,52.因此，本节对 RO 去除 DBPs 的常见影响因素进行了总结了.3.1 pH pH 可改变膜表面电荷及溶质的带电性而影响膜的截留性能53.Wang 等54研究了初始 pH 对多级 RO截留 HAAs 的影响，结果发现，在中性(pH=7.5)和弱碱性(pH=8.5)溶液的 HAAs 截留率明显高于弱酸性水(pH=6.5).Chen 等46研究发现，RO 截留自来水

25、中 DBPs 的效果较超纯水中 DBPs 更好，据此推测是实际水中 pH 更高所致.因原水中 OH-浓度高于 H+，而循环 RO 系统中 OH-得到富集，更加强了膜的静电排斥作用.同样，Fujioka 等55发现，pH 由 10.0 降至 3.5，亚硝胺的去除率随之下降，这意味着 pH 下降使膜带正电从而降低了排斥效应.此外，有研究发现小分子电中性的 DBPs 也会受到 pH 的影响，总体上随 pH 的增加而 DBPs 去除率增大56,57.该现象的原因是 pH 提高导致了膜聚合物基体的延伸链构象37，从而使膜的孔径变小.因此，RO 技术运用过程中适当提高溶液 pH 可提高 DBPs 的去除效

26、果.3.2 操作压力 操作压力通过压力差的作用而对 RO 膜产生影响，理论上说压力差增大会使得水通量增加，DBPs 去除效果越佳.家用RO膜的工作压力一般在0.22.0 MPa之间，而水厂或废水厂的工作压力可以高达4 MPa.汤钟58在不同 RO 压力(0.41.2 MPa)下的研究发现，0.4MPa 操作压力下 THMs 去除率略低(90%)，而随着压力的增加可达到 95%以上，其中二碘甲烷、三溴甲烷物质去除效率甚至可达到 99.5%.值得一提的是，操作压力增大会产生大量气泡，相当于增加了曝气作用，这也可促进 THMs 的挥发，而该原因的贡献程度尚未被报道.此外，提高 RO 操作压力可提高水

27、的渗透通量.Fujioka 等59发现当渗透通量从 10 L/m2h 增至 42 L/m2h时，NDMA 的去除率也增加了 17%，这与 Miyashita 等60的研究一致.Wijmans 等61用溶质扩散模型将水通量与溶质通量的关系进行了阐述，其表达如式(1)(2)所示：)(PAJv(1)(splfoCCBJ(2)式中：A 为水渗透常数；B 为盐渗透常数；P为膜静压差，为膜渗透压差；Cfo为膜界面的进样中的溶质浓度；Cpl是渗透面膜界面的渗透溶质浓度.根据式(1)(2)可知，水通量随进样端压力的增加而增加，而溶质通量与压力无关，因此溶质的去除率就会增加.当然，渗透通量是动态变化的，其差异可

28、能受到进 样压力损失、渗透压力增加和膜污染等因素影响62.因此，发生在 RO 系统中渗透物通量的变化也可能伴随着 DBPs 截留率的变化.3.3 温度 RO 运行温度会影响到膜的热稳定性、膜孔径和 DBPs 物化性质.目前已报道的文献显示，温度的升高会降低 DBPs 的去除率.比如，Fujioka 等37将水样温度从 20增加到 30，发现 TFC-HR 膜对 NDMA 去除率从 49%下降到 25%.Fujioka 等63用 RO 膜进行中试研究，处理温度为 1334 的污水厂二次出水时，发现 NDMA 的去除率随温度增加由 87%降至 65%.其原因可能是活性膜表面层膨胀而使聚合物变得松弛

29、，从而降低了膜截留能力38.此外，温度升高时膜表面的孔径也会变大64，促进溶质的渗透65，进而导致DBPs 去除率下降.上述结果说明在利用 RO 膜进行净水处理时，应考虑季节和操作环境引起的温度变化对DBPs 去除率的影响，如可采用控温的方式实现 RO 膜对 DBPs 的稳定去除.3.4 进水种类 不同水样中物质组成与性质不同，因此实验室超纯水配水试验结果需要与实际水样结果进行对比以找出差距.但孙亚南66的研究发现，自来水环境相比超纯水环境更易去除 HAAs 物质.究其原因，是自来水本身 pH 呈相对碱性，这更有利于 HAAs 类物质的去除.此外，HAAs 可能与自来水中金属阳离子类物质发生了

30、络合作用，使得物质分子量加大66.而对于非离子型 DBPs，配水种类改变不会对 RO 膜的去除性能造成明显影响.比如，甘轶群67研究了实际水样(包括自来水和湖水)中 RO 膜对 THMs 的去除性能，结果发现不同水样中 THMs 的去除率始终维持在 95%100%范围内.上述结果也表明，实验室配水试验效果不会高估 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 离子浓度 从理论上而言，离子浓度越大渗透压越大，就需要越大压力才能让水通过半透膜进入到净水一侧.但少量研究发现，盐度增加反而可以促进 RO 膜截留 DBPs.如张弛68的研究发现，高离子浓度下 RO 膜对

31、THMs 去除效果更好，且 DBPs 去除率随卤素取代基越大受离子浓度影响越小(见图 1).其原因可能是盐浓度的增加会促进疏水性物质在膜材料上的吸附，类似加盐可以促进 DBPs 从水相进入溶剂甲基叔丁基醚的液液萃取过程.TCMDCBMDBCMTBMTIMTECM8090100去除率/%DBPs类型 低离子浓度 高离子浓度 图 1 不同离子浓度下 RO 膜对 THMs 的去除率变化56 Fig.1 The removal efficiency of THMs by RO membranes with different ion concentrations 但对于分子量小且不带电的 DBPs(以

32、 NDMA 为例)，盐浓度的增加会降低 RO 去除 DBPs 效率，其原 因除 RO 压差变小之外，也可能是离子浓度的增加会增大膜孔径或改变溶质的尺寸69,70.比如，Steinle-Darling 等40向亚硝胺类 DBPs 溶液中加入 10nmol/L 和 100nmol/L 的 NaCl 发现，高浓度盐降低了亚硝胺类 DBPs 去除率约 15%，且统计方差分析可证明影响显著(p0.05).另一研究也有类似结论，即当盐浓度由 26nmol/L 增至 260nmol/L 后，TFC-HR 膜对 NDMA 的去除率从 52%下降到 34%37.因上述研究结果所得趋势并不完全一致，未来或需评价更

33、多离子种类和浓度的差异对不同 DBPs 的影响 3.6 初始 DBPs 浓度 DBPs 产生的种类和浓度随水质不同而呈现差异.理论上说，浓度越大渗透压越大，就需要更大压力才能让水通过半透膜进入到净水一侧.但郭晓琦71的研究发现，一定范围内不同初始浓度(0100g/L)的三氯乙醛经 RO 处理后，在净水侧三氯乙醛浓度始终维持在 1g/L 左右.甘轶群67也发现 0200g/L 范围内，净水侧THMs浓度保持在10g/L以下.同样地，Fujioka等37发现，亚硝胺类DBPs在进水浓度250-1500ng/L范围内对 RO 膜去除率没有明显影响，说明在一定浓度范围内受测 DBPs 的去除率不随 D

34、BPs 初始浓度显著变化.Fujiako 等55随后利用水动力学模型进一步解释了 NDMA 截留与初始浓度无关的合理性，其模型表达式如下72：(3)式中：Cp为渗透液中溶质浓度；Cf为进样中溶质浓度；Kc为空间分配因子；Js为溶质通量；Dp为溶质在膜孔中的扩散系数；x为孔内距离入口的位置；Jv为水通量.由该模型可知，溶质的截留率仅与膜聚合物的水通量和溶质特性有关，而与溶质初始浓度无关.3.7 膜污染/老化 目前针对膜老化对 RO 膜去除效果的影响有两种对立观点，一种认为 RO 膜去除效率不会随使用时间而恶化；相反，因为膜老化过程减小了膜孔孔径，DBPs 的去除率反而会有所增加.Wang 等54

35、对比了旧膜与新膜的 HAAs 去除性能，结果发现使用过的膜(94.1%)比新膜(88.5%)去除效果更好.在新膜上可观察到典型的网状结构，而老化膜可观察到分形和紧凑的海绵状结构.虽然老膜比新膜更粗糙，但水透过性更低73,74.Fujiako 等75研究了三级废水处理后的 RO 膜对 NDMA 的去除性能，发现随着膜的不断使用 NDMA 去除率由 34%逐渐增加到 73%，这说明膜老化或污染作用促进了低分子量 N-亚硝胺类 DBPs 的去除.与之相反，另一种观点则认为膜污染后其水通量和污染物去除能力均会减弱76,77.有学者发现长期操作 RO 膜会使膜的吸附位点饱和，从而使膜对 DBPs 的吸附

36、效果减弱，该过程中本应被膜吸附的溶质穿过膜层进入清水侧，从而使水质变得恶化46,78.比如，Fang 等44发现在膜污染导致渗透通量降低 50%时，RO膜去除碘代甲烷的性能降低了 17.2%.Steinle-Darling 等40利用海藻酸钠作为污垢剂研究了膜污染前后去除NDMA 的效果，结果也发现在膜污染导致水通量下降 15%的同时，NDMA 和 NMEA 的去除率分别从 56%下降到 39%和从 79%下降到 68%.虽然长期暴露于氧化剂(如次氯酸)所引起的膜老化也被证明对无机盐和微量有机物的去除具有负面作用79，但目前尚未见消毒剂处理 RO 膜对 DBPs 去除效果的影响.3.8 膜改性

37、 由于组分的差异与性质的不同，不同的膜材料可能产生完全不同的去除效果，因此选用合适的膜是提高目标 DBPs 去除效率的关键.而针对去除效果欠佳的 RO 膜，可通过膜改性的方式提高其性能.例如，)exp(1 111pvcccfpjDxJKKKCCR Fujioka 等80通过热处理膜的方式对 RO 膜进行了改性，得到结果发现，热处理后的膜可将 NDMA 去除率从 84%提高到 92%.其原因在于热处理过程诱导了聚合物结构的变化，从而可降低 RO 膜的自由体积孔径81.Steinle-Darling 等40将亲水性涂料(PEBAX)涂在三种 RO 膜(ESPA3、LFC3 和 BW30)表层用于去

38、除亚硝胺，结果表明有涂层膜比未涂层膜(ESPA3、LFC3和BW30的初始水通量分别降低了84.6%、60.6%和72.4%)，同时该涂层将ESPA3对NDMA的去除率降低了11%，而对LFC3和BW30膜的去除率增加了6%和15%.另外，结果还发现上述 RO 膜改性措施对于小分子且不带电的 DBPs 影响不大，说明亲水改性对不同 RO 膜及不同 DBPs 的截留影响均不相同，其中原因和机理有待后续深入研究.4 RO 膜去除 DBPs 工艺 常规 RO 过程多采用单级 RO 膜截留污染物，其整体产水率不高(约 20%30%)，容易造成水资源的浪费82.为解决水和能源浪费的问题，有研究提出可采用

39、多级 RO 或循环 RO 及多工艺联用等方式进行水的回收和深度处理，这些工艺也可借鉴用于饮用水中 DBPs 的去除.4.1 多级 RO 工艺 多级 RO 工艺是通过多个 RO 装置连续组合用于截留污染物的一种运行工艺，具有产水量高的优点，能够较好的解决单级 RO 产水低的问题，但也存在占地面积大、投资高等缺点.目前，已有少量文献报道了多级 RO 技术去除 DBPs 的效果和去除机理.对于带电溶质，空间位阻和静电排斥作用是最主要的两种去除机制41.带负电的 DBPs 由于静电效应比电中性的 DBPs 具有更高的截留率28,34,83.Wang 等54研究了多级 RO 处理 HAAs 的效果，结果

40、显示：经五级 RO 处理后水回收率达到 87%，而 HAAs 的整体去除率在75%以上，其去除率从第一级(95.22.4%)到第五级(76.922.7%)逐渐降低.除分子量及尺寸大小影响 RO 去除 DBPs 效果外，DBPs 的疏水性、偶极矩、带电性等特性也是 RO 膜截留效果的重要影响因素79,84,85.Fang等50也研究了多级 RO 膜处理 THMs 的去除效果，结果发现在水回收率达到 60%时，THMs 的整体去除率在 89.0%98.8%之间.上述研究表明，DBPs 去除率不会因水回收率的提高而大幅下降.4.2 循环 RO 为解决多级 RO 工艺占地大、设备投资高等问题，有学者提

41、出了循环 RO 的新工艺方式，即将 RO 处理后的浓水回流至进水端再次进行RO操作.该方法不仅可解决了水资源浪费问题，同时可节约设备投资、能耗及占地，因此具有较好的发展前景.张弛68研究了循环 RO 膜对 DBPs 的去除性能，结果发现除了一氯乙醛(CAL)去除率较低外(58.7%)，其他 DBPs 的去除率均大于 70%(如图 2 所示).这说明循环 RO 工艺对大多数 DBPs 的去除效果都较理想.CALDCALTCALBCMCIMDBMDIMTCMDCBMDBCMTBMTIMTECMCAABAAIAADCAABCAADBAATCAA406080100总去除率/%DBPs类型 图 2 循环

42、 RO 过程中 20 种 DBPs 的总去除率68 Fig.2 Total removal efficiency of 20 DBPs during flexible reverse osmosis68 4.3 多工艺联用 RO 膜膜孔极小，直接处理重污染水样易造成膜堵塞86.为确保 RO 膜的正常运行，常采用微滤、超滤等方式进行样品预处理以保护 RO 膜，并联合多种工艺进行饮用水的深度处理.何忠等39研究了纳滤膜与RO 膜联用对长江原水中 DBPs 的深度处理效果，结果显示在 0.4 MPa 条件下，纳滤膜与 RO 膜联用对 THMs的整体去除率可达 75%以上.郭学博87用活性炭-RO 膜

43、联用去除含氮类 DBPs(N-DBPs)，其对 TCAM、DCAM、TCAN 的去除效率均在 99%以上.Fujioka 等55总结了几处水厂工艺处理 NDMA 的效果，这些水厂具有相似的预处理过程，水回收率(8085%)和水通量(1720.5 L/mh)等运行参数也相似.结果显示NDMA 的去除率介于 10%86%之间，这说明在实际水厂应用中 RO 膜处理效能会受到多方面因素的影响.表 3 总结了一些 RO 联合前处理技术对 DBPs 的去除效果.各项研究结果均表明，各种 RO 联合工艺能较好地去除 DBPs，均达到了较高的净水效果.表 3 RO 膜前处理工艺对 DBPs 的去除效果 Tab

44、le 3 Removal effect of DBPs by RO membrane pretreatment DBPs 的类型 去除率 技术类型 数据来源 THMs 83.8%MF/活性炭/RO 文献88 60%90%NF/RO 文献39 亚硝基二甲胺(NDMA)66%RO/UV 文献89 98%NF/RO 文献90 HAAs 83.77%RO/UV 文献91 N-DBPs 99%RO/活性炭 文献87 溴化物 70.48%RO/UV 文献91 5 结论 a）从机理角度考虑，空间位阻效应是 RO 膜去除绝大多数 DBPs 的主要作用机制.带电 DBPs 会同时受到空间位阻效应和静电排斥效应两

45、种机制作用，且静电排斥效应对小分子带电 DBPs 的 RO 去除影响更为明显.此外，不带电且疏水性的小分子 DBPs 还可能被膜吸附或穿透膜层进入到清水一侧，而之前的研究多为短期试验，未曾系统研究过该类 DBPs 的吸附/穿透行为和机理，未来或可进一步深入探索.b）从 RO 操作影响因素看，提高操作温度会破坏膜的结构而不利于 DBPs 截留.提高 pH 也可通过提高RO膜和溶质带电性能而促进DBPs截留.膜改性降低膜孔径或提高膜的亲水性后，可增加RO膜对DBPs的截留.在运行范围内提高操作压力，通常能提高水的渗透通量和 DBPs 的截留率.水样种类及 DBPs 初始浓度在一定范围内并不影响 R

46、O 膜对 DBPs 去除的效果.而操作因素如膜老化、离子浓度等因素的影响目前尚有争议，还亟待深入研究.c）从工艺角度分析，尽管各项 RO 工艺都实现了 DBPs 的较好去除，但各项工艺存在着各自的一些优势与不足.例如，多级 RO 虽可解决产水量低、能耗高的问题，但其占地较大、一次性投资成本高.循环RO 随能解决能耗、占地及产水等问题，但设备结构复杂.RO 与其他工艺联用可有效地保护 RO 膜免受重污染水样的破坏，避免膜结垢问题的频繁发生，但存操作复杂、成本相对较高等不足.因此，在未来实际应用中应综合考虑能耗、占地、产水量、投资等多因素的影响，致力于开发一种节水低耗且净水能力强的 低压 RO 膜

47、工艺或系统.参考文献 1 TANG Yulin,LONG Xin,WU Mengyi,et al.Bibliometric Review of Research Trends on Disinfection By-products in Drinking Water During 1975-2018J.Separation and Purification Technology,2020,241:116741.2 DU Yanjun,LIANG Zhao,BAN Jie,et al.Cumulative health risk assessment of disinfection by-pro

48、ducts in drinking water by different disinfection methods in typical regions of ChinaJ.Science of The Total Environment,2021,770:144662.3 KALI S,KHAN M,GHAFFAR M S,et al.Occurrence,influencing factors,toxicity,regulations,and abatement approaches for disinfection by-products in chlorinated drinking

49、water:a comprehensive reviewJ.Environmental Pollution,2021,281(1):116950.4 李晨,张建柱.氯化消毒剂对供水水质影响的探讨J.供水技术,2017,11(4):43-44.LI Chen,ZHANG Jianzhu.Discussion of the influence of chlorinated disinfectants on water quality J.Water Technology,2017,11(4):43-44.5 LI XingFang,Mitch W A.Drinking Water Disinfec

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