膜技术应用于给水处理所遇到的主要问题是膜污染.膜污染会造成通量下降或膜压差上升， 导致制水成本上升.水中的有机物是造成膜污染的主要因素， 因此， 防止膜污染的一个重要思路是尽量降低进入膜组件的有机物含量.混凝作为预处理是降低有机物的重要工艺措施.尽管许多研究者进行了大量的试验研究， 但混凝防止膜污染的作用和机理尚未清楚， 甚至存在相互矛盾之处 .卞如林等人认为， 膜污染是大分子的腐殖酸造成的， 混凝处理能有效地去除大分子的腐殖酸， 因此， 混凝能有效地防止膜污染 .Veronigue Lahoussine-Turcaud 发现， 尽管混凝能有效去除DOC 和降低膜过滤阻力， 但无法降低膜污染的速度和程度 .一些研究者指出：由于在污染膜的表面发现大量的高价阳离子， 因此， 投加的无机混凝剂， 如铝盐和铁盐，反而会加重膜污染.天然水中有机物的相对分子质量大小对膜污染有一定影响.Kerry J Howe 等人采用不同相对分子质量的超滤膜将天然水中的有机物分离成3 000 ， 10000 ， 30 000和100 000 分别进行过滤试验， 结果发现， 相对分子质量越大的有机物， 引起的通量下降也越大 .Wei Yuan 的研究也表明， 相对分子质量较大的腐殖酸会造成严重的膜污染.但Carroll 等人的研究表明， 最严重的膜污染是由相对分子质量较小的亲水性有机物造成的 .因此， 天然水中有机物的相对分子质量大小与膜污染有着密切的关系， 通过它可以更深入了解膜污染的机理.但上述研究者是将有机物预先分离成相对分子质量大小不同的样品， 然后分别进行试验得到的结果.但是， 天然水中的有机物是由不同大小相对分子质量组成的混合物， 通过了解膜过滤天然水时不同大小相对分子质量的有机物对膜污染的影响， 可以更深入揭示膜污染的机理， 但对此尚未有学者进行深入的研究.尽管膜污染的机理尚未被完全揭示， 但研究者认为天然水中有机物的吸附或膜孔堵塞是造成膜污染的最重要原因[.在混凝与膜联用处理饮用水时， 通常有2 种方法.一种是将混凝液直接通过膜过滤；另一种是将混凝沉淀后的水进行膜过滤.近来的研究表明， 混凝形成的矾花沉积在膜表面反而有助于防止膜污染 .另外， 残留在混凝上清液中的有机物应该是混凝难以去除的有机物.为此， 本研究试图通过混凝上清液过滤通量的变化， 以及膜过滤前后的有机物相对分子质量的变化， 探讨混凝防止膜污染的作用和机理.
1 试验装置和方法：水质：试验用水采用同济大学校内河水， 浊度5.74NTU ， pH =7.7 ， CODMn 值4.34 mg·L-1 ， UV254 值0.126 cm-1 .
2 试验装置和膜：.将混凝上清液投加到原水箱内， 用加压泵注入膜组件内， 透过膜出水.过滤结束后， 进行反冲洗.用泵将水通过反冲洗阀注入膜组件， 与过滤反方向进行反冲洗， 清洗截留在膜表面上的杂质；反冲洗后再进行正洗， 通过进水阀将水沿膜表面平行方向进行正洗， 将残留在膜表面的杂质清洗干净.反冲洗和正洗用水均采用膜过滤水.混凝剂采用硫酸铝， 用去离子水配制成10mg·mL-1的投加液.混凝剂投加后， 搅拌30min ， 再沉淀30min 后， 取其上清液进行膜过滤试验.过滤周期为1 h ， 反冲洗时间为1min ， 正洗时间为10 s .过滤压力为0.1MPa ， 反冲洗压力为0.1MPa .试验用的超滤膜为平板膜， 膜面积为5.841 ×10-3 m2 ， 膜材质为聚偏氟乙烯（PVDF）， 相对分子质量为15 ×104 .试验的每个工况均采用新膜.超滤膜和试验装置均由日本日东电工公司提供.每个工况试验前， 首先测定新膜的纯水通量J 0 .由于每张新膜的纯水通量都略有不同， 为了便于比较每个工况的效果， 将实际测定的通量J 与纯水通量J 0 之比J J 0 作为通量.通量的单位是L·m-2·min-1 .
分析方法：浊度采用Hach2100N 浊度仪（美国Hach 公司）测定，UV254采用UV755B 紫外分光光度计（上海第3分析仪器厂）测定.有机物相对分子质量分布的测定采用美国Millipore 公司的YM 超滤膜， 截留分子量为30 000 ， 10 000 ， 3 000和1 000 ， 测定方法参见有关文献.
2.试验结果讨论： 直接过滤原水的情况下， 通量迅速下降， 而且反冲洗后的通量恢复很差， 这说明膜已受到污染.当投加了25 mg·L-1 的混凝剂后， 通量的变化情况基本与直接过滤原水时相同， 说明投加25mg·L-1 对防止膜污染的效果很差.图3 表明， 混凝剂投加量增加到50mg·L-1和100mg·L-1时， 无论是通量的提高还是反冲洗后的通量恢复都得到了很大改善.UV254和CODMn的去除率随着混凝剂投加量的增加而提高， 但UV254去除率增加的幅度明显高于CODMn .因此， 混凝处理可降低水中有机物含量， 从而有效地防止膜污染. 投加量为25mg·L-1 时的膜截留UV254最高， 这说明较多的UV254类有机物沉积在膜内， 较低的膜通量；而投加量为50 mg·L-1 和100mg·L-1时，膜去除UV254 下降， 说明较少的UV254 类有机物沉积在膜内， 这导致了通量的提高.但同时表明， 膜去除上清液中的CODMn效果随着混凝剂投加量的增加而增加.UV254 主要代表含有不饱和键的有机物，通常与水中有机物总量有着良好的相关关系.J .M .Laine 指出UV254 TOC 的比值与膜污染程度有很好的相关关系.此外，G .Crozes等人采用臭氧作为膜预处理时发现， 臭氧可有效地提高膜通量， 而臭氧处理水的UV254明显下降， TOC 却保持不变。.由此可见，UV254作为然水中有机物的替代参数， 能更好地反映有机物对膜污染的影响程度.对于CODMn ， 由于高锰酸钾能氧化某些还原性的无机物， 导致图5 中去除效果偏高.CODMn的变化与膜过滤通量的改善程度之间的相关关系较差.超滤膜的相对分子质量仅保证90 %的截留率.此外， 考虑到超滤膜的孔径并非均匀大小一致， 因此， 大于膜的相对分子质量的有机物也可能透过膜，导致出水有机物增加.这是造成图6 中相对分子质量增大的原因.这说明采用超滤膜测定有机物的相对分子质量并非是一种精度很高的测定方法， 但这并不妨碍我们利用它了解处理前后的相对分子质量变化趋势.投加混凝剂后， 相对分子质量大于1 000的有机物呈明显下降趋势， 这表明混凝能有效地去除相对分子质量大于1 000的有机物.投加量为50mg·L
-1和100mg·L-1 时， 混凝上清液中相对分子质量大于1 000的有机物的减少导致了膜通量的明显改善.但投加量为25 mg·L-1时， 尽管有机物也有明显的下降， 但并没有产生所期望的通量改善.从表1 进一步分析可知， 对于上清液中相对分子质量小于1 000的有机物， 无论投加25 mg·L-1 还是50mg·L -1和100mg·L -1 ， 膜都有一定的去除效果.而对 于大于1 000的有机物， 投加量为50mg·L -1 和100mg ·L -1时， 膜的去除效果很差， 说明残留在膜中的这部分有机物很少.相比之下， 25 mg·L-1时的去除效果较好， 说明残留在膜中的相对分子质量大于1 000的 有机物含量较多， 从而导致膜通量下降.由此可见， 造成膜污染的主要因素是天然水中相对分子质量大 于1 000 的有机物， 而相对分子质量小于1 000 的有 机物对膜污染的影响较小.同时， 本试验也表明， 混凝剂的投加量对防止膜污染至关重要.对于本研究而言， 混凝剂投加量达到50mg·L-1可以有效地防止膜污染， 此时相对分子质量大于1 000 的有机物含
实验结论：1)相对分子质量大于1 000 的有机物是造成膜污染的主要因素, 相对分子质量小于1 000 的有机物对膜污染的影响较小;2)混凝能有效地去除相对分子质量较大的有机物, 因而可以防止膜污染;3)混凝是否有效地防止膜污染与混凝后残留在水中相对分子质量大于1000 的有机物含量有关,当这类有机物含量低于原水的50 %时, 则膜污染能被有效防止;4)混凝防止膜污染的效果与其投加量有密切的关系, 较低的投加量对防止膜污染的效果很差, 而较大的投加量防止膜污染的效果较好.本试验表明,硫酸铝的投加量达到50 mg·L-1 能有效地防止膜