膜技術廣泛應用於水處理中，用於去除汙染水中的懸浮顆粒、膠體和有機汙染物。作為無機膜的典型代表，具有高通量和耐化學性等優點，陶瓷膜在地表水、工業廢水、城市汙水和飲用水的處理中具有巨大的潛在價值。

 

然而，膜汙染是膜工藝發展和推廣的關鍵問題。這個問題廣泛存在於各種膜工藝中，特別是在廢水過濾的壓力驅動過程中。因此，陶瓷膜也不可避免地受到膜汙染的限製。因此，在水處理過程中迫切需要一種有效的減少膜汙染的預處理技術。

 

混凝法因其低成本、高性能和去除天然有機物（NOM）的能力而被認為是最成功的膜汙染預處理技術之一。目前，基於鋁和鐵的鹽是最普遍的混凝劑，因為它具有優異的混凝性能和成本效益。

 

但鋁基和鐵基鹽的應用分別受到生物毒性和廢水著色的限製。鈦基混凝劑是一種先進的工藝，近年來因其無毒、性能優異和汙泥回收利用等優點而受到廣泛關注。有望作為新一代混凝劑替代鋁基、鐵基混凝劑，實現高效安全的水質淨化。

 

濟南大學、齊魯工業大學（山東省科學院）和香港大學的研究人員以新興鈦基混凝劑（聚氯化鈦，PTC）為例，對鈦基混凝劑的預混凝性能進行了評估。將混凝劑與傳統的鋁基混凝劑（聚合氯化鋁，PAC）進行比較，並使用四種不同的數學模型綜合研究以下陶瓷膜錯流過濾的汙染機理。這項研究在線發表在環境科學與工程前沿。

在這項研究中，研究小組發現新興的鈦基混凝劑增強了陶瓷膜的過濾性能。

 

與 PAC 相比，PTC 具有顯著優勢，可去除約 20% 的有機物。用陶瓷膜對 PTC 凝結的流出物進行後續過濾，產生的濾液質量得到改善（DOC 去除率約為 78.0%），通量約為 600 L/(m² ·h)。

 

作為參考，PVDF 膜過濾可以獲得相當的 DOC 去除率（約 77.0%），但過濾通量較低，僅為60 L/(m² ·h)。

 

四個數學模型用於模擬陶瓷膜的汙染機製。在 PTC 案例中，由於經典 Hermia 模型模擬表明的濾餅主要汙染機製，膜汙染稍慢，而對於 PAC，標準過濾/中間過濾（膜孔阻塞）也是關鍵汙染機製。

 

並且 Visvanathan 和 Ben aïm 報告的標準法過濾和經典濾餅過濾模型不適用於陶瓷膜的汙染表征，沒有識別所有不同情況的R2值。需要進行分段模擬，以使用線性經典 Hermia 模型區分 PTC 和 PAC 案例之間的結垢機製差異。

 

本研究研究了PTC預凝聚增強陶瓷膜的錯流性能。結果表明，陶瓷膜過濾對地表水處理表現出較高的性能，PTC預混凝可顯著提高陶瓷膜的過濾性能，有效控製陶瓷膜汙染。

 

該工作不僅為提高水處理過濾性能提供了一種高效的預處理技術，而且為先進的預混凝技術對抗膜汙染的開發和評估提供了前進的方向。