超滤膜对水中新兴微污染物的截留机制与效能分析

张义辉

（国能新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

摘  要：针对传统水处理工艺对新兴微污染物（EMPs)去除的局限性，超滤膜技术展现出独特优势。系统剖析了超滤膜筛分、吸附、静电作用等多重截留机制的协同效应，分析了膜材料特性、操作参数对截留效能的影响规律。结合案例指出，膜表面改性（如亲水化、纳米复合)与工艺参数调控（如pH策略）是提升选择性与抗污染性的关键，总结了膜污染控制策略，展望了技术发展方向。研究成果为超滤膜在高标准水质净化中的应用提供了参考。

关键词：超滤膜；新兴微污染物；截留机制;效能分析；膜改性；水处理

新兴微污染物（EMPs）如药物残留、内分泌干扰物等对水环境构成严重威胁，其高效去除是水处理领域的挑战。超滤膜技术凭借其多机制协同的分离特性，在EMPs深度去除方面潜力显著。本文旨在系统分析超滤膜对EMPs的截留机制，评估关键因素对效能的影响，并针对选择性低、膜污染等问题探讨改性与工艺优化策略，以推动该技术的精准应用。

1 超滤膜对EMPs的截留机制

1.1 筛分效应主导的物理截留

筛分效应是超滤膜最基础的截留机制，本质为物理空间排阻。当污染物的流体力学直径大于膜表面有效孔径（通常为0.01~0.10μm)时，其将被直接截留。该机制对于大分子形态的微污染物（如胶体态微塑料、高分子量有机聚合物）效果显著。例如，在处理碱减量印染废水时，超滤膜可有效截留对苯二甲酸钠的胶体团聚体，为后续资源化回收创造前提，其对苯二甲酸钠TA的截留回收率可达88.2%。然而，多数EMPs（如抗生素、内分泌干扰物）的分子量远低于超滤膜的截留分子量（通常>1kDa），使得单纯依靠筛分效应难以实现高效去除，此时膜与污染物间的界面相互作用至关重要。

1.2 膜表面吸附作用

当污染物尺寸小于膜孔径时，其截留主要依赖于膜材料与污染物之间的界面相互作用，如疏水作用、氢键及范德华力。疏水性有机污染物易吸附于疏水性膜表面（如常规PVDF膜），此过程虽能贡献一定的表观截留率，但却是引发膜孔堵塞和不可逆污染、导致通量持续衰减的主要原因。因此，膜表面亲水化改性是提升抗污染能力和改变截留选择性的关键策略。研究表明，通过等离子体辅助接枝技术将亲水性单体（如N-乙烯基吡咯烷酮，NVP)）接枝到PVDF膜表面，可引人大量酰胺基团（N-C-0），显著增强膜亲水性。亲水表面能形成稳定的水合层，作为能量屏障有效减弱疏水性污染物与膜面的直接接触与吸附。

1.3 静电排斥与 Donnan效应

对于带电污染物（如离子型药物、表面活性剂），膜表面电荷产生的静电相互作用成为主导截留机制之一。通常，膜表面因材料特性或吸附水中离子而带有一定电荷（常为负电荷），通过静电排斥可有效截留带同种电荷的污染物。例如，在碱减量废水处理中，纳滤膜（其分离机制与荷电超滤膜相通）在碱性条件下表面带负电，能通过静电排斥高效截留对苯二甲酸根离子(TA2-），实现TA与NaOH的有效分离，回收率可达89.5%，此即 Donnan效应的体现。膜表面的Zeta电位是衡量此作用强度的关键指标，而溶液pH值能同时调控污染物电离形态与膜表面电荷，是实践中最具操作性的调控手段。

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