活性炭预处理对超滤膜分离技术的影响
粉末活性炭预吸附改善超滤膜通量试验研究
The Improvement of Ultrafiltration Membrane Permeation Flux by Powdered Activated CarbonPretreatmentZHAOShan-shan 1,XUMin 2,WANGZhi-liang 1,ZHANGLin-sheng 2(1.Jiangsu Province Academy of Environmental Science,Nanjing 210036,China;2.School of Energy and Environmental,Southeast University,Nanjing 210096,China)Abstract ：The effect of the pre-adsorption of Yangtze river water by powder activated carbon (PAC)on the utrafiltration membrane permeation flux was studied in this paper.Two kinds of utrafiltration membrane were used in this experiment,with the molecular weight cutoff of 30000and 10000Da,respectively.The efficiency of PAC adsorption on organic compounds with different molecular weight and the improvement effects of the membrane flux were emphatically discussed.The experimental results showed that in the filtration of raw water without PAC pretreatment,the membrane flux declined rapidly.With the PAC pre -adsorption,the fluxes of the two kinds of membrane were improved to some anic compounds with different molecular weight in the PAC pre-adsorption effluent and membrane effluent were determined,and the results showed that the amount of organic compounds with less than 1000Da was higher than the total amount of organic matters with the molecular weight in other range.The smaller pore size of membrane was,the better improvement of permeation flux by PAC pretreatment could be observed.Key words ：Yangtze river water;Ultrafiltration membrane;Powdered activated carbon;Membrane permeation flux粉末活性炭预吸附改善超滤膜通量试验研究赵珊珊1，许敏2，王志良1，张林生2（1.江苏省环境科学研究院，江苏南京210036；2.东南大学能源与环境学院，江苏南京210096）摘要：研究了粉末活性炭（PAC ）预处理长江原水对改善超滤膜通量的效果。
预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响
预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响活性炭是一种具有高孔隙度和大表面积的多孔材料。
由于其独特的结构特点，活性炭被广泛应用于环境保护、能源储存和化学催化等领域。
在生产活性炭的过程中，预处理方法是影响活性炭结构及吸附性能的重要因素之一。
本文将介绍几种常见的预处理方法，并分析其对活性炭结构及吸附性能的影响。
物理活化是一种常用的活性炭预处理方法。
物理活化一般是指通过高温炭化和氧化处理来改变活性炭的结构和孔隙分布。
在高温下炭化，活性炭的结构会发生变化，炭化后的活性炭具有更大的比表面积和更多的孔隙。
氧化处理可以进一步改善活性炭的孔隙结构，增加其吸附能力。
物理活化可以显著提高活性炭的吸附性能。
化学活化也是一种常见的活性炭预处理方法。
化学活化是指通过化学试剂对活性炭表面进行浸渍和处理，改变其结构和化学性质。
常见的化学活化试剂包括磷酸、碱金属氢氧化物和氯化锌等。
这些化学试剂可以与活性炭表面形成化学键，改变其孔隙结构和表面电荷分布。
化学活化还可以引入一些特殊的官能团，使活性炭具有特定的吸附选择性。
还有一些其他的预处理方法，如物理混合预处理和表面改性预处理。
物理混合预处理是指将活性炭与其他物质（如聚合物）混合，并进行炭化处理。
这种预处理方法可以改变活性炭的表面性质，使其具有更好的吸附性能。
表面改性预处理是指在活性炭表面引入一些特殊的官能团，如羧基、氨基等。
这些官能团可以增加活性炭的极性，使其吸附特定物质的能力得到提高。
不同的预处理方法可以对活性炭的结构和吸附性能产生不同的影响。
物理活化、化学活化、热处理以及其他预处理方法都可以改变活性炭的孔隙结构和表面性质，从而提高其吸附性能。
在实际应用中，选择合适的预处理方法对于优化活性炭的性能非常重要。
活性炭和超滤膜技术的负面效应
活性炭和超滤膜技术的负面效应微生物滋生。
活性炭技术和超滤膜技术，本质上是物理过滤，所以，会成为微生物的温床，卫生系统专家支出，在使用没有抑菌(杀菌)装置的净水机时，经过7天左右的时间，微生物指标会大大增高，无论对超滤膜采用正冲或者反冲的清洗手段，效果都不甚理想，再说7天冲一次，消费者不嫌烦吗?亚硝酸盐浓度偏高。
活性炭和超滤膜技术是处理有机污染和余氯的最佳方案，但凡事都有两面性，在有机污染严重、浑浊度明显的地区，这一技术会导致微生物指标增高，从而导致亚硝酸盐浓度增加，其最直接的表现是净水机用一段时间，水质会变咸!不但影响口感，而且严重威胁人体健康。
再谈谈谈谈活性炭在净水机上的应用。
由于国外是限制活性炭发展的，所以有些国产的活性炭经过这么多年的发展，在技术上已经可以与国际品牌的活性炭获得等同“段位”了。
活性炭的种类比较多，用在家用水处理技术上一般是压缩活性炭、颗粒活性炭、粉末活性炭(后2个也称之为散碳)。
从材质上看：在材质上分煤质、椰壳、果壳等。
从吸附效果看：粉末活性炭大于颗粒活性炭大于压缩活性炭(还能起到pp棉的作用) 超过滤的工作原理：进料液在一定压力作用下，水和小分子溶质透过膜成为透过液，而大分子溶质被膜截留为浓缩液。
超滤过程主要有三种情况：①被吸附在过滤膜的表面上和孔中(基本吸附);②被保留在孔内或者从那里被排出(堵塞)：③机械地被截留在过滤膜的表面上(筛分)。
超过滤的特点：一是它的工作范围十分广泛，在水处理中分离细菌、大肠杆菌、热源、病毒，腔体微粒、大分子有机物质等，还可以用于特殊溶液的分离;二是超过滤可以在常温下进行，因此对热敏感性物质如药品、蛋白质制剂、果汁、酶制品等的分离、浓缩、精制等，不会影响产品质量;三是超过滤过程不发生相变，因此能耗低;四是超滤过程是压力作驱动力，故装置结构简单、操作方便、维修容易。
因此，超过滤发展迅速，在过去的10年问，全世界超滤膜的生产平均年增长率在12%左右。
水问生物：对超滤与活性炭在超纯水制备过程中的利弊研究
水问生物对超滤与活性炭在超纯水制备过程中的利弊研究摘要：超纯水是导电离子、胶体、有机物等全部被去除的水，其产水电阻率大于18 MΩ•cm （25 ℃）。
超纯水系统一般采用预处理技术、反渗透技术、电除盐技术和后级处理等，同时，配有紫外灯、TOC 装置等辅助处理。
1 制备超纯水的流程制备超纯水的流程是：自来水→预处理系统→多级高压反渗透系统→EDI 电除盐系统→TOC 装置→抛光混床系统→用水点。
在制备过程中，水泵作为动力源，各级储水箱要确保系统水泵能够安全、稳定运行。
个别部位增加不同处理等级的过滤器，能够保证产水的品质。
同时，在过滤器运行的过程中，添加各种药剂可以调节水的pH 值，降低水中余氯，减缓RO 膜的结垢速度等。
冬季，在北方一些气温较低的地区，会在预处理系统进口处增加换热器，使自来水的水温满足设备产水工艺的要求。
此外，在超纯水箱中，用氮气隔绝水与外界的介质是非常重要的，它能确保制备的超纯水不被空气二次污染。
2 预处理系统的重要性2.1 RO 膜的进水要求在制备超纯水的过程中，RO 系统是最关键的。
RO 系统的正常运行能保证整个纯水设备的运行安全和产水水质。
在制备超纯水的过程中，RO 系统对进水有一定的要求，具体有以下几点：①淤泥密度指数（SDI 值）＜4.0 ；②浊度（NTU ）＜1.0 100T/h ；③有机物含量（COD ）＜1.5 mg/L ；④余氯含量＜0.1 mg/L（实际控制在0 mg/L ）；⑤当溶氧＞5 mg/L 时，铁含量＜0.05mg/L ；⑥浓水中SiO 2 ＜100 mg/L ；⑦LSI ，pHb-pHs ＜0 ；⑧Sr 、Ba 等易形成难溶盐的离子，Ipb ＜0.8 Ksp 。
2.2 预处理系统的作用进入反渗透系统之前，要利用预处理系统清除水中的余氯、大颗粒悬浮物和絮状胶体杂质、有机物、氧化物、有机物、重金属，以降低COD 值、SDI 值。
另外，水中的钙、镁、钡、硫酸盐、硅酸盐和碳酸盐等离子可以通过添加阻垢剂与以上离子结合后形成大分子微粒，然后在反渗透装置中以浓水形式排放。
活性炭—超滤复合工艺去除水中典型PPCPs的效能与机理共3篇
活性炭—超滤复合工艺去除水中典型PPCPs的效能与机理共3篇活性炭—超滤复合工艺去除水中典型PPCPs的效能与机理1活性炭—超滤复合工艺去除水中典型PPCPs的效能与机理随着社会经济的不断发展和人们生活水平的提高，医疗、兽医、农业等行业的广泛应用和滥用，使得水环境中含有的药物和个人护理用品成分（PPCPs）越来越多。
这些化合物在环境中难以降解，对水生生物和人类健康产生潜在风险。
因此，去除水中PPCPs成为当今水处理技术研究的热点之一。
目前，常用的水处理方法包括物理、化学和生物处理等。
然而，这些传统的水处理方法往往会破坏水中有机物的天然稳定性，造成二次污染。
因此，如何寻找一种有效的、经济的并非破坏水质的水处理技术是现在水处理行业所面临的重要挑战。
在此背景下，活性炭和超滤技术逐渐受到了人们的关注。
活性炭具有良好的去除水中难以分解的有机物和有害物质的能力，而超滤技术则能有效去除水中的悬浮颗粒和胶体粒子。
由此，将活性炭和超滤技术有机结合起来，形成活性炭—超滤复合工艺，成为一种理想的水处理工艺。
PPCPs是包括药物、个人护理用品、残留农药等在内的复杂有机污染物的总称。
这些化合物在环境中难以降解，对人类健康产生着不可忽视的风险。
那么，活性炭—超滤复合工艺去除水中PPCPs的效能和机理是怎样的呢？对于水中的药物，活性炭具有很好的吸附作用。
溶液中通过活性炭时，药物分子得到吸附，从而实现去除作用。
活性炭-超滤复合工艺并没有破坏或改变药物的结构，从而不会产生二次污染和新的环境风险。
对于个人护理用品成分，超滤技术能有效去除水环境中的有机颗粒、细菌和病毒等富集物，同时保留了水的营养成分，即通过超滤技术去除污染物的同时，又保持了水的良好品质，具有较好的经济性和可行性。
除了PPCPs以外，活性炭—超滤复合工艺还能去除水中的其他有机污染物和有毒元素，如石油污染物、氨氮、镉等。
它具有技术成熟、运行稳定、投资经济、适应性强等特点，是一种理想的新型水处理技术。
粉末活性炭对膜过滤性能的影响
中 图分 类 号
Ｘ ０ ７３
文献标识码
Ａ
文章编 号
１０ －２ １ ２ ０ ）２０ ８ －３ ０ ８９４ （ ０ ６ １－０ ９０
Ｉ ｆｕｅ ｅ ｏ ｗｄ ｒ ｄ ａ ｔｖ ｔ ｄ ｃ ｒ ｎ ｎ ｔ ｅ ｎ ｌ ｎｃ ｆｐｏ ｅ ｅ ｃ ｉ ａ ｅ ａ ｂｏ ｏ ｈ
摘 要 向一 体 式 膜 生 物 反 应 器 中投 加 粉 末 活 性 炭 （ Ａ ， 以显 著 提 高 膜 的过 滤 性 能 ， 效 缓 解 膜 的 污 染 。研 究 结 Ｐ Ｃ） 可 有
果 表 明 ： 加 Ｐ Ｃ的 吸 附 作 用 减 少 了 由 于胞 外 聚合 物 （ Ｐ ） 引 起 的 膜 污 染 ； 表 面 Ｐ Ｃ颗 粒 的 存 在 减 小 了 浓 差 极 化 层 投 Ａ ＥＳ 而 膜 Ａ 的厚 度 和 水力 边 界 层 的 厚 度 ， 高 了 过 滤 物 质 的 传 递 速 率 ； 表 面 形 成 的 Ｐ Ｃ 层 还 可 过 滤 微 生 物 和 胶 体 颗 粒 ， 少 了它 们 提 膜 Ａ 减
ｔ ｉ ｍｅ，ｔｅＰ ａ ｅ ａ ｌ ｉｅ ｅｍｉｒｏｇ ｎｓ ｎ ｏｌｉｓｔ ｕ ｏ ｎ ｔｅａ ｕ ｔ ａ ｄｎ ｎｔｅｍｅ ｈ ＡＣ ｌｙ ｒｃ ｎ ａｓ ｆｔｒｔ ｃｏ ｒａ ｉ ｏ ｌ ｈ ｍｓａ ｄ ｃ ｌ ｄ ｏｃ ｔ ｗ ｈ ｍｏ ｎ ｎ ｉｇｏ ｈ ｍ・ ｏ ｄ ｌ
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第 ７卷 第 １ ２期
２ ００ ６年 １ ２月
环境 污 染 治 理 技 术 与 设 备
Ｔｅ ｈ ｑ ｓａ ｃ ｎｉｕｅ ｎｄ Ｅｑｕ ｐ ｎｔｆｒ Ｅｎｖｒ ｎ ｎｔｌＰｏｌｕｔｏ ｎｔｏｌ ｉ ｍｅ ｏ ｉｏ ｍｅ ａ ｌ ｉｎ Ｃｏ ｒ
超滤与活性炭的比较
超滤与活性炭的比较活性炭的吸附性能及有机物吸附的一般概念活性炭的强吸附性能除与它的孔隙结构和巨大的比表面积有关外（其比表面积可达500-1700m2/g），还与细孔的行状和分布以及表面化学性质有关活性炭的细孔一般为1～10nm，其中半径在2nm以下的微孔占95％以上，对吸附量影响最大；过渡孔半径一般为10～100nm，占5％以下，它为吸附物质提供扩散通道，影响扩散速度；半径大于100nm所占比例不足1％的大孔也是作为提供扩散通道的活性炭的吸附通道决定影响吸附分子的大小，这是因为孔道大小影响吸附的动力学过程有报道认为，吸附通道直径是吸附分子直径的1.7～21倍，最佳范围是1.7～6倍，一般认为孔道应为吸附分子的3倍活性炭表面化学性质可以说其本身是非极性的，但由于制造过程中处于微晶体边缘的碳原子共价键不饱和而易与其他元素（如HO）结合成各种含氧官能团，如羟基羧基羰基等，以致活性炭又具有微弱的极性，并具有一定的化学和物理吸附能力这些官能团在水中发生离解，使活性炭表面具有某些阴离子特性，极性增强为此，活性炭不仅可以除去水中的非极性物质，还可吸附极性物质，优先吸附水中极性小的有机物，含碳越高范德华力越大，溶解度越小的脂肪酸愈易吸附，甚至微量的金属离子及其化合物活性炭过滤用以脱除水中的微量污染物和对反渗透膜产生损害的游离氯因为活性炭是一种非极性吸附剂，外观为暗黑色，粒状主要成分碳氧硫氢，具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸强碱，能经受水浸高温高压作用，不易破碎活性炭是用动植物煤石油及其它有机物作原料，经加热脱水炭化活化制成的具有巨大的比表面积和发达的微孔，微孔直径为20~30埃此外，活性炭的表面有大量的羟基和羧基官能团，可以对各种性质的有机物进行化学吸附以及静电引力作用因此，可以脱色，除臭味，脱除重金属各种溶解性有机物放射性元素胶体及游离氯等活性炭对有机物的去除活性炭去除有机物的影响因素活性炭对有机物的去除受有机物溶解特性的影响，主要是有机物的极性和分子大小的影响由于活性炭表面性质基本上是非极性的，故对分子量同样大小的有机物，溶解度越大亲水性越强，活性炭对其吸附性越差，反之对溶解度小亲水性差极性弱的有机物（如苯类化合物酚类化合物石油和石油产品等）具有较强的吸附能力对于分子量大的有机物，由于其憎水性强，体积大，又由于膜扩散内扩散控制吸附速度，因而导致吸附速度很慢活性炭对有机物的吸附方式基于上述活性炭对有机物等污染物的吸附现象，可以认为其主要吸附方式为：一是范德华力（分子间力）吸附，是很弱的力，吸附力与活性炭的性质和活性炭本身的微孔结构有关，两者分子间不发生电子转移，故不形成化学键二是物质在活性炭表面之间有电子交换或共享前者是物理吸附，是可逆的；后者是化学吸附，是不可逆的但无论何种吸附方式，都必须接受活性炭本身结构的孔道尺寸是否能够使有机物进入，而后才能被吸附的事实活性炭去除有机物的特点研究认为，分子量在500～3000是活性炭可能吸附的范围，并随分子量的增大，吸附容量减小（见表1）分子直径大于活性炭孔径的有机物难以被活性炭吸附若有机分子直径近似于活性炭孔径，则可能堵塞，形成不可逆吸附表1 活性炭对不同分子量有机物的去除比较尽管两个原水水质不一样，但活性炭对不同分子量有机物的去除却表现出共同的特性活性炭对分子量为500～3000的有机物有十分好的去除效果，对分子量小于500和大于3000的有机物没有去除效果对于分子量小于500的有机物非但没有去除效果，反而还有使其增加的可能，这可能是由于分子量小于500的有机物亲水性较强，易被分子量大于500且具有比其更强的憎水性的能进入活性炭微孔内的有机物所取代活性炭对不同分子量的有机物的吸附量的不同是因为活性炭细孔是最有影响的孔径，即孔径1～10nm被吸附分子直径占活性炭细孔的1/3者，占主要吸附容量，可以说，在此范围内的有机物，基本上是小于2~3nm的有机物，能被活性炭表面吸附（如图1）去除有机物的活性炭的选择目前，国内生产的优质活性炭品种很少，且多数属于气相炭（即18～20埃的细孔占绝大多数），自然界的污染物和有机物要比气体分子大很多，使用气相炭是不适当的据报道，国内还没有专门适用于饮用净水的活性炭用于市政自来水处理的活性炭是过渡孔隙并不足够多的代产品，所以吸附效果较差，周期短特别是设计者和应用者往往盲目地按活性炭的一般吸附性指标（即比表面积碘值四氯化碳吸附值亚甲基蓝吸附值）来选取处理天然水的活性炭，这是不恰当的例如，椰壳炭大部分孔隙直径是18～20埃，其20埃（2nm）以下的微孔占95％以上，尽管这种炭的比表面积最大，达到上千平方米，它只对于气体或小分子具有很高的吸附容量；但对于水中分子量较大分子体积较大的有机物其吸附程度则受活性炭的过渡孔道的影响，因而用于去除天然水中分子量较大的有机物，需选用过渡孔占高比例的活性炭活性炭对碘四氯化碳亚甲基蓝这些小分子物质的吸附是可以进入活性炭的微孔中，其吸附值仅是反映了活性炭对小分子物质的吸附能力天然水中的有机物主要包括腐殖酸富维酸等物质，其分子量比碘亚甲基蓝四氯化碳（分子量大都在100～200以下）的分子量大得多，故其吸附值不能代表对天然水中有机物的吸附能力表2为活性炭一般吸附性指标表2 活性炭一般吸附性指标（国标GB/TB804－1990）活性炭的吸附容量和吸附速度除了与表面积有关外，还与其吸附动力学因素（即吸附质能否顺利迁移至活性炭孔的表面）有关，如前已述及的观点：吸附分子直径大于孔道直径的1/3以上，吸附运动就会受阻，吸附量就会下降各种活性炭吸附性能（吸附容量和吸附速度）排列次序如下表3所示表3 活性炭吸附容量和吸附速度的排列注：活性炭过滤器失效按吸附量降至15％～20％时为终点，大约运行三个月反渗透预处理之超滤技术PK 活性炭传统的反渗透预处理工艺通常为多介质过滤 + 活性炭过滤，但随着用水要求的提高及水处理技术的不断进步，先进的超滤技术逐步登上水处理行业的舞台，这无疑是净水革命史上的一次飞跃下文中将对超滤技术较传统活性炭的先进之处给予简要描述正如人们所认知的影响反渗透给水胶体和悬浮颗粒的水质指标是SDI（即污染指数），污染指数SDI的测定是以0.45m微孔膜作为依据的大于0.45m微孔的有机物相对分子量大约是上百万，这对于有效吸附分子量为500～3000的活性炭来说，是无能为力的即使活性炭过滤使SDI有所降低，使COD有所下降，也只能认为是机械过滤的作用，而不是靠吸附的作用况且活性炭还存在有成为细菌滋生源的负面作用因而在反渗透预处理中，活性炭仅是作为吸附部分小分子有机物之用，很显然以活性炭过滤作为降低由于大分子颗粒形成的高SDI的手段，是不当的而针对于活性炭的上述不足我们可以通过下表4明显的看出超滤技术作为反渗透预处理及在净水工艺中的优越性表4 超滤与活性炭性能比较注：活性炭吸附有机物寿命计算例：3000活性炭罐截面积=7m2活性炭添加量=7m2×1.6m=11.2m3活性炭重量=11.2m3 ×0.45t/m3 =5.04t给水活性炭吸附量(7%)=5.04t ×0.07=0.353t=353Kg活性炭水流量=80t/hr;原水有机物为0.4mg/L=0.4g/t进入活性炭有机物=0.4g/t ×80t/hr=32g/hr=0.032Kg/hr活性炭寿命=353Kg/(0.032Kg/hr)=11031hr=459d=1年零2个半月此外超滤还具有以下优点：大流量错流，污染均化反冲加药，抑制污染化学药洗，及时恢复反冲水回用，节约用水多套交替反冲，稳定连续易与自动控制，直观高效表5运行成本比较工艺：多介质＋活性炭＋反渗透＋混床*其他成本另计工艺：超滤＋反渗透＋混床*其他成本另计总结：以上分析比较表明若预处理系统中采用传统工艺多介质和活性炭，很大程度上势必造成人力和物力的大量消耗，并且对水中各种杂质，尤其一些有机物和胶体等，不能全面而有效的去除，造成对后续反渗透膜的保护不佳，因而大大缩减了膜的使用寿命，增加了劳动量且消耗大量的化学药剂并且通过以上论述可以看出，活性炭吸附有机物的使用寿命相当短，这样活性炭的更换成本就会很高，并且影响系统连续产水，是一种很不经济，也很不实用的过滤系统，而超滤呢，恰恰弥补了活性炭的种种不足，如：自动化程度高能够连续运行产水水质稳定使用寿命长能够很好的保护后续反渗透系统膜，延长反渗透系统膜的使用寿命，降低系统运行成本。
粉末活性炭预沉积去除藻类有机物及其对膜污染的影响
粉末活性炭预沉积去除藻类有机物及其对膜污染的影响王文华;赵瑾;司晓光;姜天翔;马宇辉;王勋亮;王静【摘要】Effectiveness of PAC pre-deposition and pre-adsorption to remove the algal organic matter (AOM) extracted fromProrocentrum donghaiense was investigated. The differences in membrane flux, fouling resistance, hydrophilicity and roughness of membrane surface between direct ultrafiltration (UF), PAC pre-deposition-UF and PAC pre-adsorption-UF were analyzed. The effects of pore structure and deposition doses on AOM removal rates and membrane fouling were evaluated. It was found that DOC and UV254 removal rates could be enhanced by pre-deposition and pre-adsorption, and the former was more favorable for AOM removal than the latter. Mesoporous PAC had a better effect on the improvement of AOM removal rate than microporous PAC during pre-deposition treatment. Compared with direct UF, the removal rates of DOC and UV254 were increased by 25.1% and 33.6%, respectively, when the deposition amount of mesoporous PAC was 0.4g/L. The analysis of UV absorbance ratio index (URI) confirmed that the aromatic groups could be selectively removed over aliphatic groups using PAC pre-deposition and pre-adsorption. The cake layer resistance (Rc) and the pore resistance (Rp) were decreased by 39.6% and 81.2%, respectively, when PAC pre-deposition were used before AOM UF. Membrane fouling rate was reduced by PAC pre-deposition because a PAC cake layer was formed between UF membrane and AOM, resulting in the mitigation of irreversiblefouling.%以东海原甲藻分泌的藻类有机物(AOM)为研究对象,研究粉末活性炭预沉积和预吸附两种膜前预处理手段对海水中AOM的去除作用,对比分析AOM直接超滤、预沉积和预吸附后再超滤时膜通量、膜阻力分布、膜表面亲疏水性和粗糙度的变化,探讨粉末活性炭孔隙结构、沉积量对AOM去除效果及超滤膜污染的影响.结果表明,活性炭预沉积和预吸附能够提高超滤膜对含AOM海水中DOC和UV254的去除率,预沉积对AOM的去除作用优于预吸附,介孔活性炭较微孔活性炭的预沉积效果更好,当介孔活性炭PAC2的沉积量为0.4g/L时,DOC和UV254的去除率较直接超滤分别提高了25.1%和33.6%.紫外吸收比指数(URI)分析表明,活性炭预沉积和预吸附对有机物的去除作用具有选择性,AOM中芳香族物质较脂肪族羧基类物质更易被除去.粉末活性炭预沉积下AOM超滤时的滤饼层污染阻力(Rc)和膜孔堵塞阻力(Rp)较直接超滤分别降低了39.6%和81.2%,活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构将AOM与超滤膜进行了隔离,能够减缓膜污染速率,对于控制膜的不可逆污染亦具有重要作用.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2018(038)006【总页数】9页(P2135-2143)【关键词】粉末活性炭(PAC);预沉积;藻类有机物;超滤;膜污染【作者】王文华;赵瑾;司晓光;姜天翔;马宇辉;王勋亮;王静【作者单位】国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192【正文语种】中文【中图分类】X703海水淡化是解决沿海国家和地区水资源短缺的重要途径,双膜法(超滤+反渗透)海水淡化具有设备简单、操作方便、易于自动控制等突出优点,是当前主流的海水淡化工艺之一.该系统运行过程中超滤膜的有机污染和反渗透膜的生物污染是面临的主要问题,特别是在赤潮爆发时期,海洋微藻大量繁殖对双膜法海水淡化系统运行造成的重大影响已受到广泛关注[1-3].作为世界上赤潮多发国家之一,2016年我国海域共发现赤潮68起,其中东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)引发的赤潮累计面积最大,约占五分之二[4].随着我国海水淡化规模的不断扩大,探索赤潮爆发期间海水淡化系统的稳定运行方案十分必要.藻类在生长及新陈代谢过程中释放的藻类有机物(algal organic matter,AOM)含有较高比例的亲水性多糖和蛋白质类有机物[5-6],是造成超滤膜通量衰减的主要物质[7-9].吸附预处理是缓解超滤膜有机污染的主要措施之一,粉末活性炭[10-12]、树脂[13-14]、热化氧化铝颗粒(heated aluminum oxide particles, HAOPs)[15]等吸附材料利用其发达的孔隙结构能够强化有机物的去除,减缓超滤膜的污染速率.通常吸附预处理需要设置单独的吸附处理单元,存在占地面积大、基建投资费用高等问题.近年来有研究者将吸附材料直接预沉积在超滤膜上[16-18],利用其在超滤膜表面形成的滤饼层结构不仅能强化有机物的截留作用,还能有效缓解膜污染.课题组前期探讨了粉末活性炭和硅藻土预沉积对海水中几种典型有机物的去除效果和作用机制[19].但上述研究选用的有机物为内陆湖水[16,18]或腐植酸、海藻酸钠、牛血清白蛋白等模型有机物[17,19],以中国海域赤潮藻释放AOM为目标污染物进行预沉积减缓膜污染的研究还未曾见报道.鉴于此,本文分别将微孔和介孔粉末活性炭预沉积在聚醚砜超滤膜表面,考察了其对东海原甲藻源有机物的去除作用和膜污染的影响,比较分析了预沉积和预吸附两种膜前预处理手段的差异,以期为赤潮多发地区藻类有机物控制及双膜法海水淡化预处理系统设计提供参考.1 材料与方法1.1 材料亲水性聚醚砜(PES)超滤膜购自上海摩速科学器材有限公司,截留分子量为 100kDa;木质粉末活性炭PAC1和PAC2分别购自国药集团化学试剂有限公司和河南巩义市源隆净水材料有限公司,采用Sympatec Rodos-Helos激光粒度仪和Quantachrome Autosorb-iQ比表面及孔径分布分析仪对两种粉末活性炭的粒径分布及孔隙结构进行了表征. 结果见表1.表1 实验用粉末活性炭的主要性能Table 1 Main characteristics of PAC in the experiment参数 PAC1 PAC2平均粒径(d50, µm) 26.06 29.63比表面积(m2/g) 1442 469微孔体积(cm3/g) 0.516 0.049介孔体积(cm3/g) 0.350 0.492平均孔径(nm) 2.60 4.741.2 藻类的培养与分离选取我国海域常见赤潮藻东海原甲藻为实验藻类,藻种来自上海光语生物科技有限公司,接种于含 f/2培养基的天然海水中,置于光照培养箱中在22℃下经过12h光照12h黑暗交替培养至稳定生长期.取稳定生长期的藻类培养液,用Whatman Nuclepore 5µm 聚碳酸酯玻璃膜过滤,过滤时负压维持在 20kPa以下,以避免藻细胞的破裂,过滤后的培养液用人工海水稀释至TOC为3mg/L,即为实验用含AOM 海水.1.3 膜过滤实验粉末活性炭预沉积和 AOM 超滤实验均在Millipore Amicon 8400超滤杯上进行,实验装置如图1所示.超滤杯容积为400mL,并配备容积为800mL的Millipore RC800微型储液罐;采用死端过滤方式,有效过滤面积为 41.8cm2.过滤系统压力由氮气瓶提供,通过调节减压阀使过滤过程中跨膜压差稳定在 80kPa.超滤杯过滤液收集在放置于电子天平上的烧杯中,电子天平通过数据线与电脑连接,利用软件实时记录累计出水质量.全新膜片用500mL超纯水浸泡,期间至少换水 3次,置于4℃冰箱中过夜.膜过滤实验开始前先过滤超纯水至少200mL直至通量稳定,然后过滤300mL粉末活性炭悬浮液使其预沉积在PES超滤膜表面,再进行 AOM 超滤实验,整个实验过程通过电子天平采集到的数据计算膜通量.预吸附实验则是将相同质量的粉末活性炭投加到AOM 海水中,置于恒温震荡器中于 150r/min转速下震荡2h,经5µm聚碳酸酯玻璃膜抽滤以除去粉末活性炭,然后进行后续超滤实验.图1 过滤实验装置示意Fig.1 Schematic diagram of device set-up used in the filtration experiment不同预处理条件下含AOM海水进行DOC、紫外吸收和三维荧光光谱分析,利用接触角测量仪对超滤膜片的亲疏水性变化进行分析,并通过原子力显微镜对其表面形貌结构进行观察.为了定量分析粉末活性炭预沉积对 AOM 膜污染特性的影响,利用串联阻力模型对膜过滤实验中的膜固有阻力(Rm)、滤饼层阻力(Rc)、膜孔堵塞阻力(Rp)和膜过滤总阻力(Rt)进行了分析[13,19].1.4 分析表征方法东海原甲藻源有机物的分子量分布采用高效凝胶色谱仪(HPSEC)和紫外检测器以及TOC检测仪(Sievers M9)联用进行测定,色谱柱选用TSKgelG3000PWXL.紫外吸收(UVA)采用 Hach DR5000紫外可见分光光度计测定,波长扫描范围为 200～500nm,间隔为 1nm;溶解性有机碳(DOC)采用Analytik Jena Multi N/C 3100总有机碳/总氮分析仪测定;三维荧光(Fluorescence excitation-emission matrix,FEEM)光谱采用Hitachi F-4600荧光分光光度计测定,仪器光源为150W 氙灯,光电倍增管电压为700V,扫描速度为1200nm/min,激发光波长和发射光波长扫描范围分别为200～450nm和280～550nm,间隔分别为5nm和1nm.超滤膜与纯水的接触角采用上海中晨JC2000D型接触角测量仪进行测定,液滴体积为2µL,停留时间为 5s,在同一膜片的不同位置分别测定3次,测量出的接触角以平均值±标准方差表示;膜表面形貌利用Veeco Nanoscope 3D原子力显微镜进行观察,测定过程采用轻敲模式,扫描面积为5µm×5µm,利用 NanoScope Analysis软件计算均方根粗糙度(Rq)和平均粗糙度(Ra).2 结果与分析2.1 活性炭预沉积对藻类有机物的去除2.1.1 有机碳和紫外光谱分析直接过滤和不同预处理条件下超滤膜对海水中AOM 的去除效果如图2所示.由图2可见,直接超滤对含AOM海水中DOC和UV254的去除率分别为32.2%和11.1%,东海原甲藻分泌的 AOM 在分子量 1kDa 附近含有较多组分(图 3),100kDa聚醚砜超滤膜无法对其有效截留.将粉末活性炭PAC1和PAC2预沉积在超滤膜表面能够显著提高超滤膜对东海原甲藻源有机物的截留,DOC的去除率分别为55.4%和 57.3%,UV254的去除率分别为 51.5%和44.7%.从表1中可以看出,PAC1和PAC2的平均孔径分别为2.60nm和4.74nm,PAC1的孔隙主要为微孔,而 PAC2除含有微孔外还含有较为发达的介孔孔隙结构.对于 PAC2而言,AOM 中的小分子和较大分子组分均能进入其孔隙内部,因此PAC2预沉积对DOC的去除率高于PAC1预沉积.UV254主要反映 AOM 中腐植酸类以及含C=O双键的芳香族蛋白类物质的多少,由图 3可知,UV254的响应信号多为小分子类物质,所以PAC1预沉积对 UV254的去除作用要优于 PAC2预沉积.随着粉末活性炭预沉积量的增加,超滤膜对DOC和UV254的去除率均有所增加. 实验还比较了预吸附和预沉积两种手段强化超滤膜去除有机物的效果,从图 2中可以看出,0.2g/L PAC2预吸附对DOC和UV254的去除率分别为41.9%和37.2%,而0.2g/L PAC2预沉积对 DOC和 UV254的去除率分别为 55.9%和31.4%.与预吸附相比,预沉积通过粉末活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构强化了超滤膜对大分子多糖和蛋白质类有机物的截留[13,20],因此预沉积对 DOC的去除效果更好,但由于预吸附实验在恒温振荡器中进行,粉末活性炭对小分子腐植酸类物质的吸附速率高于预沉积+超滤过程,故而预吸附对 UV254的强化去除效果稍优于预沉积. 图2 不同预处理对超滤膜去除藻类有机物的影响Fig.2 Effects of different pretreatments on removal efficiencies of AOM by UF membraneA:超滤B:0.4 g/L PAC1沉积+超滤C:0.4 g/L PAC2沉积+超滤D:0.4 g/L PAC1沉积+超滤E:0.4 g/L PAC2吸附+超滤图3 含AOM海水中有机物的分子量分布Fig.3 Distribution of molecular weight in AOM-bearing seawater此外,从图2中发现,无论是直接超滤还是预沉积和预吸附再超滤,其对含AOM海水中DOC的去除率均略高于UV254,这是由于AOM中含有大量多糖类物质[6],而这类物质并没有紫外吸收.有机物在210nm处的紫外吸收来自于含苯环、羧基等不饱和化合物,但只有芳香族化合物才在254nm处有紫外吸收[18].Her等[21]提出利用紫外吸收比指数(UV absorbance ratio index,URI)分析水样中蛋白质类和腐植酸物质的相对含量[21],URI值可由式(1)计算:式中:2 1 0～215和2 5 4～259分别表示水样在 210～215nm处和254～259nm处的平均吸光度值.URI值越大,说明有机物中含羧基和氨基等的不饱和化合物组分越多,蛋白质类物质的 URI值要远大于腐植酸类物质,牛血清白蛋白的 URI值为13.50,而腐植酸的URI值仅为1.59[21].从图2中可以看出,预沉积和预吸附再超滤处理后的URI值增大率均大于直接超滤,这表明预沉积和预吸附对 AOM 中各组分的去除作用具有选择性,芳香族类物质较脂肪族羧基类物质更易于被除去.2.1.2 三维荧光光谱分析有研究者将三维荧光光谱图分为 5个区,分别代表酪氨酸类芳香族蛋白质(Ⅰ区)、色氨酸类芳香族蛋白质(Ⅱ区)、富里酸类有机物(Ⅲ区)、溶解性微生物代谢产物(Ⅳ区)和腐殖酸类有机物(Ⅴ区)[22].由图4a可知,含 AOM 海水的最主要的两个荧光峰分别出现在Ⅰ区和Ⅳ区,均属于蛋白类荧光,Ⅰ区的荧光峰强度最大,代表东海原甲藻在生长和代谢过程中分泌的胞外蛋白质类有机物,Ⅳ区出现的荧光峰则说明含AOM海水中存在酪氨酸、色氨酸等蛋白质及多糖类物质[23].直接超滤后 AOM 海水在Ⅰ区和Ⅳ区的荧光峰强度明显减弱(图 4b),说明100kDa聚醚砜超滤膜对藻类有机物中大分子蛋白质类有机物具有较好的去除效果,而在Ⅴ区仍存在腐植酸类物质的荧光峰,腐植酸类物质是分子量分布范围较宽的非均一性有机物,超滤膜无法有效截留小分子(＜100kDa)组分.将微孔粉末活性炭PAC1预沉积在超滤膜表面,图4c中没有观察到I区和Ⅳ区的荧光峰,说明微孔活性炭预沉积能够显著提高超滤膜对AOM中蛋白质及多糖类物质的去除,但Ⅴ区的荧光峰较强,这是由于微孔活性炭孔径较小,对超滤膜无法截留的相对较大分子的腐植酸类物质吸附能力有限.而通过将具有介孔孔隙结构特征(见表 1)的 PAC2预沉积在膜表面,Ⅰ区和IV区的荧光峰完全消失,V区的荧光峰强度也较PAC1预沉积显著降低,说明介孔活性炭对海水中蛋白类、多糖和腐殖酸类有机物均有非常好的去除能力,且粉末活性炭PAC2预沉积量越多,其对 AOM 的去除作用越好.图 4-f为0.2g/L PAC2预吸附再超滤后含AOM海水的三维荧光谱图,与图4-e相比,Ⅴ区腐植酸类物质的荧光峰强度有一定程度的增加,这进一步说明预沉积利用粉末活性炭在膜表面形成的滤饼层结构能够强化超滤膜对含海水中有机物的截留作用.图4 不同处理条件下藻类有机物的三维荧光光谱Fig.4 Fluorescence excitation-emission matrix (FEEM) spectra of AOM samples under different treatment conditions2.2 活性炭预沉积对超滤膜污染的控制2.2.1 膜通量变化含AOM海水在直接超滤、预沉积和预吸附再超滤过程中膜通量的变化情况如图5所示.从图5中可以看出,100kDa PES超滤膜的膜通量随着过滤体积的增加逐渐降低,过滤700mL含AOM海水后,膜通量仅为纯水通量的28.6%.预沉积和预吸附可以在一定程度上缓解膜通量的下降,在相同沉积量下PAC2预沉积减缓膜污染的效果要优于 PAC1,粉末活性炭沉积量越多,在相同过滤体积下归一化膜通量越大,当PAC2的沉积量为0.4g/L时,膜通量较直接超滤提高了10%左右.此外,从图5中可以看出,预吸附再超滤初期膜通量维持在较高水平,但随着过滤体积增加,膜通量下降十分明显,在过滤后期膜通量甚至低于直接超滤,这是由于预吸附处理能够除去 AOM 组分中小分子有机物,在过滤初期降低了这些有机物对超滤膜的污染堵塞,但过滤后期大分子有机物在膜表面的沉积及对膜孔的堵塞导致膜通量急剧降低.预沉积利用粉末活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构避免了AOM与超滤膜直接接触,因此减缓膜污染效果要优于预吸附.图5 不同预处理对AOM超滤过程中膜通量的影响Fig.5 Effects of different pretreatment on membrane flux during UF of AOM solutions2.2.2 对膜阻力分布的影响实验还比较分析了不同预处理条件下含藻类有机物超滤时膜阻力的分布,从图6中可以看出,预沉积和预吸附能够在一定程度上降低AOM 超滤时的膜过滤阻力,特别是 0.4g/L PAC2预沉积再超滤时的膜过滤总阻力(Rt)仅为直接超滤时的70.8%.从具体膜阻力分布情况来看,预沉积再超滤的滤饼层阻力(Rc)和膜孔堵塞阻力(Rp)均低于直接超滤,Rc和Rp较直接超滤分别降低了39.6%和 81.2%.预沉积处理利用粉末活性炭发达的孔隙结构能够有效去除 AOM中造成膜孔堵塞的那部分有机物组分,因此 Rp较直接超滤显著降低,这一推论在预吸附再超滤时较小的 Rp得到证实.此外,由于粉末活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构较为疏松[24],将 AOM 与超滤膜进行了有效“隔离”,所以预沉积再超滤时的Rc也较小.图6 不同预处理对藻类有机物超滤时膜阻力的影响Fig.6 Effects of different pretreatment on fouling resistance during UF of AOM solutionsA:超滤B:0.4 g/L PAC1沉积+超滤C:0.4 g/L PAC2沉积+超滤D:0.4 g/L PAC1沉积+超滤E:0.4 g/L PAC2吸附+超滤2.2.3 对膜粗糙度的影响利用原子力显微镜对全新膜片、AOM直接超滤、预沉积和预吸附再超滤等不同条件下聚醚砜超滤膜表面形貌的变化,图 7为轻敲模式下测得的三维结构图像.从图 7中可以看出,新膜的表面比较光滑平坦,均方根粗糙度(Rq)和平均粗糙度(Ra)分别仅为3.48nm 和 2.59nm,直接超滤后虽然经物理清洗除去了膜表面的大部分污染物,但仍有部分污染物膜吸附于膜表面,使得超滤膜表面出现凹凸不平,Rq和Ra分别增大到33.5nm和24.7nm.预沉积再超滤后膜表面粗糙度较直接超滤明显降低,0.4g/L PAC2预沉积再超滤后膜表面粗糙度Rq和 Ra分别为 4.87nm 和 3.87nm,与新膜的 Rq和 Ra较为接近,这是由于粉末活性炭预沉积在膜表面避免了超滤膜与污染物直接接触,超滤后经过简单物理清洗,膜表面污染物更容易被除去.值得注意的是,与预沉积相比,预吸附再超滤后膜表面粗糙度仍较大,Rq和 Ra分别达到了23.3nm 和 18.4nm,粉末活性炭预吸附处理尽管能除去AOM中的组分中小分子的多糖、蛋白质和腐植酸类物质,但仍有相当一部分有机物在超滤过程中吸附沉积于膜表面,由于 AOM 中的多糖类物质粘性较大[25],简单的物理清洗无法将其完全脱除,导致预吸附再超滤后膜表面仍残存一部分AOM组分. 图7 不同预处理下PES膜过滤藻类有机物后的AFM三维图像(Z轴刻度: a,c,d,e: -20nm～20nm,b,f: -80nm～80nm)Fig.7 The 3-dimensional AFM images ofPES membrane after AOM filtration under different pretreatment conditions2.2.4 对膜表面亲疏水性的影响膜的亲疏水性影响着膜的分离性能,一般而言,膜的亲水性越强,膜的渗透性、稳定性和抗污染能力越好[26-27].实验测定了全新膜片、AOM直接超滤、预沉积和预吸附再超滤等不同条件下膜片表面亲疏水性的变化,为了分析预沉积和预吸附对减缓超滤膜不可逆污染的作用,超滤后膜片经物理清洗除去了膜表面的滤饼层结构.从表 2中可以看出,全新聚醚砜超滤膜的接触角为53.0°,说明新膜具有较好的亲水性,直接超滤含 AOM 海水后,虽然经过物理清洗除去了膜表面沉积的AOM滤饼层,但AOM中的疏水性组分对膜孔的吸附堵塞导致接触角较新膜明显增大,直接触角增大到69.0°.从 SEC-UV254-DOC分析(图3)和FEEM三维荧光光谱图(图4)可以看出,实验使用的东海原甲藻源有机物含有腐植酸类物质的分子量分布范围较宽,该部分组分是造成超滤膜不可逆污染和膜表面接触角增大的主要物质[28-29].预沉积和预吸附再超滤后膜表面接触角增大的幅度要小于直接超滤,特别是 0.4g/L PAC2预沉积再超滤后膜表面接触角为 56.0,该数值与新膜接触角较为接近,这说明预沉积和预吸附能够在一定程度上缓解超滤膜的不可逆污染,且预沉积的效果要优于预吸附,两种粉末活性炭中含有介孔孔隙结构的 PAC2效果更好,这一实验结果与AOM 去除效果及膜阻力分布分析的结果一致.表2 不同条件下PES膜过滤AOM后的接触角Table 2 Contact angle of PES membranes after AOM filtration under different conditionsPES超滤膜接触角(°)新膜53.0±0.5直接超滤69.0±1.5 0.4g/L PAC1预沉积62.5±1.0 0.4g/L PAC2预沉积56.0±1.0 0.2g/L PAC2预沉积57.5±1.5 0.2g/L PAC2预吸附60.5±2.0在 AOM 超滤工艺中,利用膜前预沉积手段能够强化超滤膜对AOM中多糖、蛋白质和腐植酸类物质的去除,利用粉末活性炭在超滤膜表面形成的疏松滤饼层结构将超滤膜与 AOM 进行了有效“隔离”,避免了超滤膜与污染物直接接触,能够在一定程度上降低超滤过程中膜污染速率.粉末活性炭沉积层对 AOM 中腐植酸类物质的截留和去除作用减少了其膜孔内的吸附堵塞几率,能够有效缓解超滤膜不可逆污染.对于双膜法海水淡化系统,赤潮爆发期间利用粉末活性炭预沉积技术能够有效控制AOM 引起的超滤膜有机污染和反渗透膜生物污染问题,对于维持反渗透膜产水率和脱盐率,保障系统稳定运行具有重要意义.3 结论3.1 与预吸附相比,预沉积更有利于强化超滤膜对藻类有机物(AOM)的去除,介孔粉末活性炭PAC2预沉积效果优于微孔粉末活性炭PAC1,0.4g/L PAC2预沉积后超滤膜对 DOC和UV254的去除率较直接超滤分别提高了25.1%和33.6%.3.2 活性炭预沉积可在一定程度上减缓 AOM超滤过程中膜污染速率,滤饼层阻力(Rc)和膜孔堵塞阻力(Rp)较直接超滤分别降低了 39.6%和81.2%.3.3 活性炭预沉积提高了超滤膜过滤 AOM 后膜表面的亲水性,膜的粗糙度也更小,利用粉末活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构避免了AOM 与超滤膜直接接触,有效减缓超滤膜不可逆污染,活性炭预沉积使超滤膜表面污染物更易于清洗.参考文献：[1]Richlen M L, Morton S L, Jamali E A, et al. 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活性炭预处理对超滤膜
分离技术的影响
超滤技术是一种以压力差为推动力，利用膜的透过性能，达到分离水中离子、分子以及某种微粒为目的的膜分离技术。
超滤膜应用的孔径范围大致在0.005~1微米之间，填补了微滤和纳滤之间空隙。
国内外学者提出超滤过程实际上同时存在三方面的情形：
1.溶质在膜表面以及微孔壁内产生吸附。
2.溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质在孔中停留，引起堵塞。
3.溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分。
超滤膜分离技术一般有两种方式:终端过滤和错流过滤。
对浊度较低、水质较好的原水，一般采用终端过滤，这样可以大大降低工艺的能耗;对于浊度较高、污染较为严重的水，就采用错流过滤，这样可以避免大量的污染物累积在膜的表面，造成膜的污染，降低过滤性能。
超滤膜的形态结构和种类
超滤膜的横截面具有不对称结构。
它一般是由一层厚度<1微米，起到筛分作用的致密层和一层厚度较大(通常为125微米)、具有海绵
状或指状多孔结构的支撑层组成。
目前，已经在工业生产和生活中常用的膜组件主要有:管式、板框式、卷式和中空纤维式等几种。
中空纤维膜又有内压膜(致密层在内)、外压膜(致密层在外)和双向膜(内外都有致密层)三种结构。
总的来说，还是存在膜品种少、膜孔径分布较宽和性能不稳定等缺陷。
超滤膜对有机物的去除效果及影响因素
超滤膜的截留分子量范围一般为5000~10000ODalton，天然水体中有相当大一部分溶解性有机物的分子量低于该范围，导致超滤膜对其拦截效果很差。
事实上，天然水中这一类的低分子溶解性有机物所占的比例往往较大。
超滤膜对有机物的去除，不同情况下差异很大。
有学者用切割分子量为10万Dalton的中空纤维超滤膜对20种不同的原水进行过滤，TOC平均去除率为18%，UV25的平均去除率为28%。
同样为去除水中的TOC，Laine等人用终端过滤的方式处理地表水，超滤膜对TOC的去除率在42%左右。
所以，寻找合适的方式尽可能地减少这种差异，提高超滤膜的处理效率是关键。
从膜方面着手，就是寻找新的膜材料或者对膜进行改性;从处理工艺方面着手，就是寻找合适的处理工艺与超滤膜相组合，从而达到优化处理的效果。
预处理对膜过滤性能的影响
水中的悬浮物、胶体杂质、细菌等在过滤过程中会附着在膜表面，使膜受到污染，被截留的杂质也会迅速在膜的表面产生浓差极化现象;同时，水中部分细小的颗粒物会进入膜孔内使水通道堵塞，水体中的微生物及其代谢产物也会粘附在膜表面。
所有这些都会影响到膜的过滤性能，再加上前面提及的诸多影响因素，因此，膜供水必须进行适当的预处理，尽可能多的去除水中的溶解性有机物或者改变其在状态、降低膜污染、提高膜的过滤性能、延长使用寿命并降低水处理费用。
预处理方法有很多:生物预处理、臭氧预处理、活性炭预处理混凝预处理等。
其中研究最多的则是臭氧、活性炭和混凝三种预处理方法。
臭氧预处理对膜过滤性能的影响
臭氧预氧化对孔径为0.1微米的PVDF微滤膜过滤性能的影响。
试验用5.0mg/l的腐殖酸和10mg/l的高岭土配置原水，然后向水中投加4.5mg/l的，结果发现该状况下的透水通量是未臭氧预处理时的2倍。
并且，投加时，过滤阻力下降;停止投加，过滤阻力上升。
臭
氧能将水中本来对膜有污染作用的有机物分解成不易污染膜的、更分散的物质，减缓膜污染，并使得反冲洗时膜表面的污染层更容易去除。
可见，臭氧预氧化对膜过滤性能的改善是有利的。
但是臭氧氧化副产物(如溴酸盐)和膜组件的耐臭氧性能是该预处理方法应该考虑
的问题。
活性炭预处理对膜过滤性能的影响
利用活性炭和其他多孔的具有较大比表面积的吸附剂来吸附原水中能够污染膜的溶解性有机物，达到降低过滤阻力、提高透水通量和有机物的去除率的目的。
混凝预处理对膜过滤性能的影响
混凝对膜过滤性能的影响，到现在还没有一个定论。
原因很多，一方面，人们对引起膜污染的原因及其物质还没有达成共识;另一方面，混凝对水中有机物和膜表面的荷电性有什么影响也还不清楚。